1、第四章第四章 免疫球蛋白免疫球蛋白抗体的的发现及其特性抗体的的发现及其特性 德国学者德国学者BehringBehring和日本学者北里于和日本学者北里于18901890年在年在KochKoch研究所应用白喉外毒素免疫动物，发现在研究所应用白喉外毒素免疫动物，发现在其血清中有一种能中和外毒素的物质，称为抗其血清中有一种能中和外毒素的物质，称为抗毒素，此即为在血清中发现的首例抗体。毒素，此即为在血清中发现的首例抗体。v19371937年，年，TiseliusTiselius和和KabatKabat用电泳方法将血清蛋用电泳方法将血清蛋白分成四个组分白分成四个组分v19381938年，年，Tiseli
2、usTiselius和和KabatKabat用肺炎球菌抗血清吸收用肺炎球菌抗血清吸收试验证实了抗体的活性存在于血清中试验证实了抗体的活性存在于血清中-球蛋白部球蛋白部分分v其后经对不同免疫血清中的电泳分析、超速离心其后经对不同免疫血清中的电泳分析、超速离心分析及分子量测定等方法，发现抗体不但存在于分析及分子量测定等方法，发现抗体不但存在于-球蛋白部分，也存在于球蛋白部分，也存在于-和（或）和（或）-球蛋球蛋白区内白区内v免疫球蛋白免疫球蛋白（ImmunoglobulinImmunoglobulin，IgIg）是指具有）是指具有抗体活性或化学结构与抗体相似的球蛋白。包括抗体活性或化学结构与抗体相
3、似的球蛋白。包括正常和异常的正常和异常的IgIg。具有膜型。具有膜型(membrane Ig(membrane Ig，mIg)mIg)和分泌型和分泌型(secreted Ig,sIg)(secreted Ig,sIg)两种形式两种形式v抗体抗体（antibodyantibody，Ab)Ab)是是B B细胞识别抗原后增殖分细胞识别抗原后增殖分化为浆细胞所产生的一种蛋白质，主要存在于血化为浆细胞所产生的一种蛋白质，主要存在于血清等体液中，能与相应抗原特异性地结合，具有清等体液中，能与相应抗原特异性地结合，具有免疫功能免疫功能v免疫球蛋白免疫球蛋白：化学结构化学结构 的概念的概念v抗体抗体：生物学功
4、能生物学功能 的概念的概念 病原微生物病原微生物B细胞细胞抗体抗体浆细胞浆细胞BCRIg Ab第一节第一节 免疫球蛋白的结构免疫球蛋白的结构一、基本结构一、基本结构 四肽链结构四肽链结构 所有所有Ig的基本单位的基本单位都是四条肽链的对称结构都是四条肽链的对称结构 重链和轻链重链和轻链 可变区和恒定区可变区和恒定区 铰链区铰链区 结构域结构域（一）重链和轻链（一）重链和轻链重链（重链（H）：）：分子量约为分子量约为50-75KD，由，由450-500个氨基酸残基组个氨基酸残基组成成。由于恒定区氨基酸的组成和排由于恒定区氨基酸的组成和排列顺序不同，将免疫球蛋白分为五列顺序不同，将免疫球蛋白分为五
5、类，又称五个同种型类，又称五个同种型，即即IgM、IgD、IgG、IgA、IgE，其相应的重链分，其相应的重链分别为别为、链链轻链（轻链（L）：）：分子量约为分子量约为25KD，由由214个氨基酸残基构成。分为两个氨基酸残基构成。分为两型，即型，即、型，一个天然型，一个天然Ig分子上分子上两条轻链的型别总是相同的两条轻链的型别总是相同的 （二）可变区（二）可变区（V）和恒定区（）和恒定区（C）v可变区可变区 靠近靠近N端氨基酸序列变化端氨基酸序列变化较大的区域，分别占重较大的区域，分别占重链和轻链的链和轻链的1/4和和1/2v恒定区恒定区 靠近靠近C端氨基酸序列变化端氨基酸序列变化较大的区域，
6、分别占重较大的区域，分别占重链和轻链的链和轻链的3/4和和1/2v高变区高变区（HVR）比较不同抗体比较不同抗体V区的氨基酸序列，发现区的氨基酸序列，发现VH和和VL各有各有3个区域的氨基酸组成和个区域的氨基酸组成和排列顺序特别易变化，这些区域称为排列顺序特别易变化，这些区域称为HVR，分别用，分别用HVR1、HVR2、HVR3表示。高变区之外区域的氨基酸组成表示。高变区之外区域的氨基酸组成和排列顺序相对不易变化，称为骨架和排列顺序相对不易变化，称为骨架区（区（FR）v互补决定区（互补决定区（CDR）VH和和VL的三个高变区共同组成的三个高变区共同组成Ig的抗的抗原结合部位，该部位形成一个与抗
7、原原结合部位，该部位形成一个与抗原决定基互补的表面，也称为决定基互补的表面，也称为CDR，分，分别用别用CDR1、CDR2、CDR3表示表示Structure of the Variable RegionvHypervariable(HVR)or complimentarity determining regions(CDR)HVR3FR1FR2FR3FR4HVR1HVR2Variability Index257550100Amino acid residue150100500vFramework regionsRecognition=complementaritycomplementarit
8、y-determining regions(CDRs)Maurits Escher(1898-1972),Angels and Devils（三）铰链区：（三）铰链区：位于位于CH1与与CH2之间，富含脯氨酸之间，富含脯氨酸v(四四)结构域（功能区）结构域（功能区）Ig分子的每条肽链（分子的每条肽链（H、L链）折叠成的几个链）折叠成的几个由链内二硫键连接的球形结构由链内二硫键连接的球形结构 VH:CH1、CH2、CH3、CH4(IgM,IgE)VL、CL 功能区的功能不同，但结构相似，即在各类功能区的功能不同，但结构相似，即在各类Ig相应功能区中，约有相应功能区中，约有1/3的氨基酸序列相同的
9、氨基酸序列相同 IgSF（免疫球蛋白超家族免疫球蛋白超家族）二、其他成分二、其他成分J链和分泌片链和分泌片vJ链链 稳定多聚体结构，稳定多聚体结构，并参与体内转运并参与体内转运v分泌片（分泌片（SP）保护分泌型保护分泌型IgA免受免受环境中蛋白酶的破坏；环境中蛋白酶的破坏；并介导并介导IgA的转运的转运水解片段水解片段抗原结合片断抗原结合片断可结晶片断可结晶片断 C端端N端端可变区（可变区（1/2L+1/4H）铰链区铰链区(位于位于CH1与与CH2之之间，富含脯氨酸间，富含脯氨酸)恒定区恒定区(1/2L+3/4H）C端端N端端 抗原结合部位抗原结合部位 补体结合部位补体结合部位 Fc结合部位结
10、合部位Ig分子结构的功能区分子结构的功能区第二节第二节 免疫球蛋白的异质性免疫球蛋白的异质性v异质性异质性（heterogeneity）：不同抗原表不同抗原表位刺激机体所产生的不同类型的免疫球蛋位刺激机体所产生的不同类型的免疫球蛋白分子，识别抗原的特异性不同，其重链白分子，识别抗原的特异性不同，其重链类别和轻链型别也有差异；不同抗原表位类别和轻链型别也有差异；不同抗原表位诱导的同一类型的免疫球蛋白，其识别抗诱导的同一类型的免疫球蛋白，其识别抗原的特异性不同原的特异性不同v内源性和外源性因素内源性和外源性因素一、免疫球蛋白的类型一、免疫球蛋白的类型v类（类（class）：同一种属的所有个体，重链
11、恒定同一种属的所有个体，重链恒定区所含抗原表位不同，分区所含抗原表位不同，分5类类v亚类（亚类（subclass）：同一类免疫球蛋白其重链同一类免疫球蛋白其重链的抗原性及二硫键数目和位置不同的抗原性及二硫键数目和位置不同v型（型（type）：同一种属的所有个体内，轻链同一种属的所有个体内，轻链C区区所含抗原表位的不同所含抗原表位的不同v亚型（亚型（subtype）：同一型免疫球蛋白，轻链同一型免疫球蛋白，轻链C区区N端氨基酸排列的差异端氨基酸排列的差异二、外源因素所致的异质性二、外源因素所致的异质性多样性多样性v多样性抗原多样性抗原的存在是免疫球蛋白异质性的存在是免疫球蛋白异质性（即具有不同的
12、抗原识别特异性）的物（即具有不同的抗原识别特异性）的物质基础，反映出机体对抗原精细结构的质基础，反映出机体对抗原精细结构的识别和应答识别和应答三、内源因素所致的异质性三、内源因素所致的异质性血清型血清型v同种型（同种型（isotype）:存在于同种抗体分子中的抗原存在于同种抗体分子中的抗原表位，是同一种属所有个体表位，是同一种属所有个体Ig分子共有的抗原特异性标志，分子共有的抗原特异性标志，为种属型标志，存在于为种属型标志，存在于IgC区区v同种异型（同种异型（allotyoe）:存在于同种但不同个体中存在于同种但不同个体中的免疫原性，是同一种属不同个体间的免疫原性，是同一种属不同个体间Ig分
13、子所具有的不同分子所具有的不同抗原特异性标志，为个体型标志，存在于抗原特异性标志，为个体型标志，存在于IgC区和区和V区区 v独特型（独特型（idiotype）:同一种属、同一个体来源的抗同一种属、同一个体来源的抗体分子由于其体分子由于其CDR区的氨基酸序列的不同，可显示不同的区的氨基酸序列的不同，可显示不同的免疫原性，称为独特型，是每个免疫原性，称为独特型，是每个Ig分子所特有的抗原特异分子所特有的抗原特异性标志，其表位又称为性标志，其表位又称为独特位独特位(idiotope)，存在于，存在于V区。针区。针对独特位产生相应抗体，即对独特位产生相应抗体，即抗独特型抗体抗独特型抗体(anti-i
14、diotype antibody,AId).同种型同种型独特型独特型同种异型同种异型免疫球蛋白血清型的分布（图免疫球蛋白血清型的分布（图4-64-6）第三节第三节 免疫球蛋白的功能免疫球蛋白的功能三方面的三方面的“二合一二合一”分子分子 结构：结构：Fab+Fc 功能：功能：抗原识别抗原识别Fab 效应功能效应功能Fc 效应：效应：可对机体有利，也可对机体有害可对机体有利，也可对机体有害vV区的功能区的功能：识别并特异性结合抗原识别并特异性结合抗原 由由V区特别是区特别是HVR（CDR）的空间构型）的空间构型所决定所决定 Ig单体可结合两个抗原表位，为双价单体可结合两个抗原表位，为双价 Ab+
15、Ag发挥免疫效应发挥免疫效应 B细胞膜表面的细胞膜表面的IgM和和IgD是是B细胞识别细胞识别抗原的受体抗原的受体Neutralization by IgG Antibodies Protects Cells from Toxin ActionViral and Bacterial Infection of Cells can be Blocked by Neutralizing AntibodiesvC区的功能：区的功能：CH2:结合细胞表面的补体受体激活补体结合细胞表面的补体受体激活补体 CH3:结合细胞表面的结合细胞表面的Fc受体受体 调理作用调理作用：抗体、补体促进吞噬细胞吞噬抗体、补
16、体促进吞噬细胞吞噬 ADCC作用作用：具有杀伤活性的细胞通过识别抗体的具有杀伤活性的细胞通过识别抗体的Fc段直接杀伤靶细胞段直接杀伤靶细胞 介导介导I型超敏反应型超敏反应：促进肥大细胞和嗜碱性细胞释放生促进肥大细胞和嗜碱性细胞释放生物活性物质，引起炎症反应物活性物质，引起炎症反应 穿过胎盘和黏膜穿过胎盘和黏膜 Initiation of complement activation by binding of C1 to antibody.This results in the activation of C1r and C1s subunits,exposing an enzymatic ac
17、tive site.IgGvIgG于出生后于出生后3个月开始合成个月开始合成vIgG多为单体，半衰期约为多为单体，半衰期约为23天，占血清免天，占血清免疫球蛋白总量的疫球蛋白总量的75%80%v是再次体液免疫应答产生的主要是再次体液免疫应答产生的主要IgvIgG1、IgG2和和IgG3的的CH2能通过经典途径能通过经典途径激活补体激活补体第四节第四节 各类免疫球蛋白的特性与功能各类免疫球蛋白的特性与功能v是唯一能通过胎盘的抗体是唯一能通过胎盘的抗体v通过通过Fc段与吞噬细胞表面段与吞噬细胞表面FcR结合，发挥调理结合，发挥调理作用；与作用；与NK细胞结合，发挥细胞结合，发挥ADCC作用；与作用
18、；与葡萄球菌蛋白葡萄球菌蛋白A（SPA）结合）结合v参与参与II、III型超敏反应型超敏反应v临床使用的丙球和免疫球蛋白制剂中主要成分临床使用的丙球和免疫球蛋白制剂中主要成分是是IgGIgMv分泌型为五聚体，是分子量最大的分泌型为五聚体，是分子量最大的Igv单体（单体（mIgM）是）是B细胞抗原受体的主要成分细胞抗原受体的主要成分v个体发育过程中最早出现，胚胎晚期已能合成，个体发育过程中最早出现，胚胎晚期已能合成，新生儿脐带血中若新生儿脐带血中若IgM水平升高，表示该儿曾水平升高，表示该儿曾有宫内感染有宫内感染v IgM是抗原刺激后出现最早的抗体，检测其水是抗原刺激后出现最早的抗体，检测其水平
19、可用于感染的早期诊断平可用于感染的早期诊断 v天然血型抗体是天然血型抗体是IgMv高效能，作用比高效能，作用比IgG高高5001000倍，可倍，可激活补体激活补体v可参与可参与II、III型超敏反应型超敏反应IgAv分为血清型和分泌型分为血清型和分泌型v血清型血清型IgA主要以单体形式存在，由骨髓产生主要以单体形式存在，由骨髓产生v分泌型分泌型IgA（sIgA）由呼吸道、消化道、泌尿）由呼吸道、消化道、泌尿生殖道等处的黏膜固有层中浆细胞产生；主要生殖道等处的黏膜固有层中浆细胞产生；主要存在于初乳、唾液、泪液，以及呼吸道、消化存在于初乳、唾液、泪液，以及呼吸道、消化道和泌尿生殖道黏膜表面的分泌液
20、中道和泌尿生殖道黏膜表面的分泌液中vsIgA是参与黏膜局部免疫的主要抗体是参与黏膜局部免疫的主要抗体IgDv半衰期短，不稳定半衰期短，不稳定vIgD是是B细胞的重要表面标志细胞的重要表面标志vB细胞的分化过程中首先出现细胞的分化过程中首先出现mIgM，后来，后来出现出现mIgD，标志着，标志着B细胞的成熟细胞的成熟IgEv含量最少含量最少v糖含量高糖含量高v为亲细胞抗体，其为亲细胞抗体，其CH2和和CH3功能区可与肥大功能区可与肥大细胞、嗜碱性粒细胞上的高亲和力细胞、嗜碱性粒细胞上的高亲和力FcR结合，结合，引起引起I型超敏反应型超敏反应v与机体抗寄生虫免疫有关与机体抗寄生虫免疫有关第五节第五
21、节 人工制备抗体人工制备抗体 多克隆抗体（多克隆抗体（polyclonal antibodypolyclonal antibody）由于抗原组分的高度异质性，传统上通过接种动物所由于抗原组分的高度异质性，传统上通过接种动物所获得的免疫血清或抗血清是多种抗体的混合物，称为获得的免疫血清或抗血清是多种抗体的混合物，称为多克隆抗体多克隆抗体 作用全面、来源广泛、制备容易作用全面、来源广泛、制备容易 特异性不高、易发生交叉反应特异性不高、易发生交叉反应 一一个个 B 细细胞只能生胞只能生产产一一种种抗体，抗体，对对付某一付某一 抗原決定基。抗原決定基。BBBYYYY抗 原BYB11Y22Y33Y44传
22、统传统抗血清抗血清抗抗 原原免免 疫疫所有抗所有抗体体混合混合1 234BALB/c12341 234v单克隆抗体单克隆抗体 由单一由单一B淋巴细胞克隆所产生的、只作用于淋巴细胞克隆所产生的、只作用于某一特定抗原决定簇的均一抗体称为单克隆某一特定抗原决定簇的均一抗体称为单克隆抗体（抗体（Monoclonal antibody，简称，简称McAb）纯度高、特异性强、效价高、少或无血清交纯度高、特异性强、效价高、少或无血清交叉反应叉反应1234mmmm12341234单单抗抗细细胞融合胞融合取出脾細胞取出脾細胞+癌細胞癌細胞各抗各抗体体分分开开 基因工程抗体v基因工程抗体基因工程抗体 又称重组抗体
23、，即应用又称重组抗体，即应用DNA重组和蛋白质工重组和蛋白质工程技术，按人们的意愿在基因水平上对程技术，按人们的意愿在基因水平上对Ig分分子进行切割、拼接或修饰，重新组装成的新子进行切割、拼接或修饰，重新组装成的新型抗体分子。型抗体分子。鼠源单抗临床应用的障碍 血清半衰期短，20h,在人体中易被清除 人体免疫细胞Fc受体结合鼠IgG的Fc段的能力很差，不能有效引发抗体依赖性介导的细胞毒效应（ADCC）和IgG、IgM所致的补体活化作用 HAMA反应：反复使用鼠源单抗会产生人抗鼠抗体（HAMA)，HAMA反应可以有效快速地破坏这种鼠源单抗，并且发生过敏反应与免疫复合物反应的危险性很大,810天出
24、现，2030天高峰，抗鼠抗体加速单抗清除。过敏休克影响单抗与靶细胞或抗原结合引起变态反应和器官损害HAMA反应的示意图小鼠抗体小鼠抗体人人-鼠嵌合抗体鼠嵌合抗体重构重构(改型改型)抗体抗体完全人源抗体完全人源抗体鼠源单抗的人源化改造人一鼠嵌合抗体是将鼠源单抗的可变区与人抗体的恒定区融合而得到的抗体。尽管嵌合抗体的免疫原性已降低很多，但有时它仍可能引发较强的免疫反应。为了进一步降低抗体的鼠源成分，发展出CDR移植技术。CDR移植即把鼠抗体的CDR序列移植到人抗体的可变区内，所得到的抗体称CDR移植抗体或改型抗体。转入人的Ig基因组免疫动物人抗体基因敲除小鼠 互补决定区（CDR）免疫调理 ADCC 单克隆抗体（mAb）多克隆抗体 基因工程抗体 1.免疫球蛋白的结构及其功能。2.免疫球蛋白内源因素所致的异质性。
