1、College of Life ScienceShanDong Normal UniversityImmune molecularCollege of Life ScienceShanDong Normal University免疫分子指的是参与机体免疫应答过程的的各种相关分子。机体所有的免疫活动都离不开免疫分子。免疫分子包括许多种类：抗体（Ig），补体、MHC、细胞因子、粘附分子等。College of Life ScienceShanDong Normal UniversityAntibodyAntibodies are the antigen-binding proteins prese
2、nt on the B-cell membrane and secreted by plasma cells.College of Life ScienceShanDong Normal Universitythe difference between antibody and immunoglobulinBasic Structure of Antibodythe function region of antibodyAntibody ClassesBiological Activities of the antibody Generation of Antibody DiversityMo
3、noclonal AntibodiesThe Immunoglobulin SuperfamilyCollege of Life ScienceShanDong Normal University抗体抗体是免疫应答过程中产生的重要的免疫效应分子，由于它主要存在于体液当中，所经我们将抗体介导的免疫称做体液免疫。免疫球蛋白免疫球蛋白（immunoglobulin,Ig）是指具有抗体活性的或化学结构与抗体相似的球蛋白。免疫球蛋白可以看作是化学结构上的概念，而抗免疫球蛋白可以看作是化学结构上的概念，而抗体则是生物学功能上的概念。体则是生物学功能上的概念。College of Life ScienceS
4、hanDong Normal UniversityBasic Structure of AntibodiesThe first evidence that antibodies were contained in particular serum protein fractions came from a classic experiment by A.Tiselius and E.A.Kabat,in 1939.Pure Immunoglobulin Obtained from Multiple Myeloma(多发性骨髓瘤)Patients Made Sequencing Possible
5、.Chemical and Enzymatic Methods Revealed Basic Antibody Structure免疫球蛋白结构特点College of Life ScienceShanDong Normal UniversityCollege of Life ScienceShanDong Normal UniversityCollege of Life ScienceShanDong Normal UniversityEdleman利用巯基已醇处理免疫球蛋白，可将免疫球蛋白分成两种分子量的多肽链，并根据它们的分子量的差异称为重链和轻链。1963年，Porter进行了著名的酶
6、切实验用木瓜蛋白酶处理后，得到2个具有单价活性的片段和1个易结晶片段；用胃蛋白酶处理后，得到1个具双价抗原活性片段和一些破碎的多肽链。College of Life ScienceShanDong Normal UniversityCollege of Life ScienceShanDong Normal University免疫球蛋白结构特点免疫球蛋白分子呈Y型结构；轻链分为两种类型，分别为、；重链的类型决定Ig的类型，重链分为五种类型，分别为；与这五种重链相对应的Ig种类分别为IgM IgG IgA IgD IgE；由2条重链和2条轻链组成；重链和轻链都可以分为恒定区（constant
7、region）和可变区（various region）。College of Life ScienceShanDong Normal University依据免疫球蛋白重链恒定区肽链抗原特异性的不同可将人免疫球蛋白分为五类College of Life ScienceShanDong Normal UniversityCollege of Life ScienceShanDong Normal University重链约由重链约由450550450550个个AAAA组成，轻链约由组成，轻链约由214214个个AAAA组成；恒组成；恒定区位于轻链靠近定区位于轻链靠近C C端端1/21/2和重链靠
8、近和重链靠近C C端端3/43/4的区域。这个的区域。这个区域的氨基酸组成和排列在同一种属动物区域的氨基酸组成和排列在同一种属动物IgIg同一型重链和同一型重链和轻链中比较恒定。轻链中比较恒定。不同物种这两种类型的轻链所占的比例是不同的，人类不同物种这两种类型的轻链所占的比例是不同的，人类 占占66%66%，小鼠占，小鼠占95%95%，兔占，兔占7098%7098%；College of Life ScienceShanDong Normal University重链和轻链的可变区构成了Ig的Fab段，也就是Ig的抗原结合部位。由于V区中氨基酸的种类和排列次序千变万化，所以形成许多具有不同结合
9、抗原特异性的抗体。College of Life ScienceShanDong Normal University抗原结合位点：VL和VH是抗原结合的部位；补体结合位点：CH2具有补体C1q的结合位点；Fc段受体结合位点：IgGCH3具有结合单核细胞、粒细胞、B细胞等Fc段受体的功能；绞链区College of Life ScienceShanDong Normal UniversityCollege of Life ScienceShanDong Normal University铰链区：它不是一个独立的功能区，但是它与其它的功能区相关。它位于CH1和CH2之间。铰链区可以发生一定程度上的
10、转动或伸展，使抗体分子上的两个抗原结合位点更好地与两个抗原决定簇发生互补。同时由于CH2和CH3构型变化，使Ig显示出活化补体、结合组织细胞等生物学活性。College of Life ScienceShanDong Normal University依据免疫球蛋白重链恒定区肽链抗原特异性的不同可将人免疫球蛋白分为五类。重链类型mu gammaalphadeltaepsilon相应的Ig种类IgMIgGIgAIgDIgECollege of Life ScienceShanDong Normal UniversityIgM：它是从进化上来看出现得最早的Ig。在人体中为五聚体，分子量90万，因此
11、又称做巨球蛋白。是机体初次反应产生的抗体。由于IgM是五聚体。IgM的效价较高，如果体内缺乏，机体易患败血症。College of Life ScienceShanDong Normal UniversityIgG：对人体来说，IgG是最重要的Ig，它占所有Ig的7580%。它以单体形式存在，分子量150kDa。它是机体二次反应中产生的主要的Ig，不具备IgG的动物不具有二次反应；IgG是机体中分布最广的Ig，是唯一能够通过胎盘的Ig，它在新生儿的抗感染中起到重要的作用。College of Life ScienceShanDong Normal UniversityCollege of Li
12、fe ScienceShanDong Normal UniversityIgA：分为血清型和分泌型两种。血清型以单体形式存在，占血清Ig的1020%；分泌型IgA是由消化道、呼吸道、泌尿生殖道等处的粘膜固有层中的浆细胞产生；在机体外分泌的Ig中，IgA占绝对优势，是机体抵抗感染的一道重要屏障。College of Life ScienceShanDong Normal UniversityCollege of Life ScienceShanDong Normal UniversityIgE：分子量190kDa，在血清中含量最少，约为0.010.9%；是引起机体I型超敏反应的主要Ig；在肥大细
13、胞、嗜碱性粒细胞等细胞表面存在IgEFc段的受体，IgE与抗原形成的复合物与其Fc受体结合后，导致肥大细胞脱颗粒，从而引发I型超敏反应。College of Life ScienceShanDong Normal UniversityIgD：分子量为170200kDa；它是B细胞表面重要的表面标志，只存在于B细胞分化过程中的细胞表面；当B细胞的细胞膜上只表达IgM时，受到抗原刺激后易导致对抗原的耐受性，如果IgM与IgD同时存在的话，B细胞受到抗原刺激就会被激活。College of Life ScienceShanDong Normal University抗体的生物学功能与抗原发生特异性的
14、结合激活补体Ig与相应的Fc受体结合，产生多种生物学效应参与免疫调节College of Life ScienceShanDong Normal University免疫球蛋白的功能College of Life ScienceShanDong Normal UniversityCollege of Life ScienceShanDong Normal University激活补体 免疫球蛋白分子具有补体结合位点。在没有抗原分子结合的时侯，由于分子构形上的关系，补体结合位点不能与补体发生结合。当抗体分子与抗原结合后，补体结合位点暴露，激活补体，从而使特异性的免疫反应得了非特异性的放大。Col
15、lege of Life ScienceShanDong Normal University体内多种细胞表面存在IgFc段的受体，Ig与相应的Fc受体结合，产生一系列生物学效应。右图示由抗体介导的内吞过程College of Life ScienceShanDong Normal UniversityIgE与其Fc受体结合，导致I型超敏反应College of Life ScienceShanDong Normal University参与免疫调节 抗独特型抗体是机体调节免疫反应的一个很重要的方式。由于抗原结构的多样性，所以抗体的可变区就会产生相应的变化。这种新结构的抗体对机体来说也是一种抗原
16、，会诱导机体产生相针对的抗体，称为抗独特型抗体。这类抗体在免疫调节中具有重要作用，它可以防止机体产生过强的免疫反应。College of Life ScienceShanDong Normal University抗体多样性的产生机制根据抗原抗体反应的特异性，针对于某一种特定抗原，就会有某一种特异的抗体与之相对应。也就是说，外界存在有多少种类的抗原，在体内就会产生相应种类的抗体。据估计，在人体内具有产生超过1亿种抗体的潜在能力。如此多的抗体类型是如何产生的呢？抗体基因表达的特点College of Life ScienceShanDong Normal University抗体基因表达的特点等
17、位基因排斥和同种型排斥类别转换分泌型免疫球蛋白和膜型免疫球蛋白College of Life ScienceShanDong Normal UniversityCollege of Life ScienceShanDong Normal UniversityCollege of Life ScienceShanDong Normal University等位排斥（等位排斥（allelic exclusion）是指B细胞中位于一对染色体上的轻链或重链基因，其中只有一条染色体上的基因得到表达，这样对遗传上是杂合子的个体来说，也同样保证了一个B细胞只表达一种轻链和一种重链，也即只表达一种特异抗原受体
18、。同种型排斥（同种型排斥（isotype exclusion）是指两种轻链之间的排斥，轻链有链和链，但一个BCR和Ig分子只能表达其中的一种，或是链，或是链。College of Life ScienceShanDong Normal University如何解释抗体多样性细胞水平上：细胞克隆选择假说Wigzell的实验放射自杀实验分子水平上：人类B细胞有三个基因库两个基因编码一条多肽链在基因表达的过程中存在着基因重排的现象造成Ig多态性产生的因素College of Life ScienceShanDong Normal University关于抗体多样性的假说抗体产生的侧链假说细胞克隆选择
19、学说：一个动物个体在胚胎期产生多种B细胞克隆，每个克隆的细胞表面只有一种抗原受体。当抗原进入体内，就会和相应受体结合，使得该细胞克隆活化，分泌抗原特异性的抗体。College of Life ScienceShanDong Normal University抗体产生的侧链假说外来抗原通过与B细胞表面的抗体分子结合，达到活化B细胞的目的；一个B细胞具有多种膜表面抗体（侧链），活化后产生多种抗体；多种抗原对应一个B细胞克隆。College of Life ScienceShanDong Normal University一种抗原对应一个B细胞克隆；一个B细胞克隆对应一种特异性抗体。College
20、of Life ScienceShanDong Normal University试验结果分析试验的关键在于过玻璃珠这一步。由于玻璃珠是附有牛血清白蛋白，这些牛血清白蛋白同产生抗牛血清白蛋白的B细胞克隆发生结合；再次收集淋巴细胞时收集到的只是产生抗卵白蛋白的淋巴细胞；用X射线处理兔子的目的是杀死兔子体内原有的淋巴细胞，使其体内只有注入的淋巴细胞，所以在两种抗原免疫兔子时，只产生抗卵白蛋白的抗体。College of Life ScienceShanDong Normal UniversityWigzell两种蛋白的免疫试验及分析抗卵白蛋白抗体抗牛血清白蛋白抗体取淋巴细胞玻璃珠淋巴细胞X X两种
21、蛋白混合免疫只检出抗卵白蛋白的抗体 卵白蛋白质 牛血清白蛋白College of Life ScienceShanDong Normal UniversityHumphrey放射自杀试验及分析抗原检测到相应抗体抗原检测不到相应抗体College of Life ScienceShanDong Normal University试验结果分析前后两个试验相比较，差异就在加在抗原上的放射性标记；因为放射性分子不仅可可以做标记，同时它对生物体还有损伤作用；放射性标记的抗原同产生相应抗体的B细胞克隆发生结合后，将B细胞克隆杀死，所以不会产生相应的抗体。College of Life ScienceSha
22、nDong Normal University三大基因库编码H、链的基因位于三条染色体上；人体编码H、分别位于第14、2、22号染色体上；在小鼠位于第12、6、16号染色体上。College of Life ScienceShanDong Normal University两个基因编码一条多肽链免疫球蛋白重链和轻链都可以分为V区和C区;C区和V区是由不同基因编码的。重链V区的基因由V、D、J三个基因片段组成；轻链V区基因由VJ两个基因片段组成。College of Life ScienceShanDong Normal University基因重排基因重排的发现重链V区的编码基因由V、D、J三
23、个基因片段组成；轻链V区的编码基因由V、J二个基因片段组成。编码一条Ig重链、轻链的基因是由胚系中多个分开的DNA片段经剪切重排而成的。College of Life ScienceShanDong Normal UniversityCollege of Life ScienceShanDong Normal University1965年Bennet首先提出假说，认为Ig的V区和C区是由分隔存在的基因所编码，在淋巴细胞发育过程中这两个基因发生易位而重排在一起。1976年日本学者利根川进应用DNA重组技术证实了这一假说，并因此获得了1987年医学和生理学诺贝尔奖。College of Life
24、 ScienceShanDong Normal UniversityCollege of Life ScienceShanDong Normal UniversityCollege of Life ScienceShanDong Normal UniversityCollege of Life ScienceShanDong Normal University造成Ig多态性产生的因素：胚系中存在众多的VDJ基因片段VDJ连接的多样性体细胞突变 细胞在发育过程中会发生点突变，这种变异主要发生在可变区。N区的插入；在重链基因的重排过程中，有时可通过无模板指导的机制在重组后的D基因片段两侧加上几个核
25、苷酸，称做N区，由一于这些核苷酸的插入，改变了基因的读码框架。重链和轻链的随机配对。Ig类型的转变College of Life ScienceShanDong Normal University胚系中存在众多的VDJ基因片段。在小鼠中，重链的VDJ重排后可产生的多样性数目为4.8104。轻链的K链VJ重排后可造成的多样性数目为1103。这样重链轻链组合后产生的多样性数目为4.8107。VDJ连接的多样性。在重排过程中，DJ、VD连接时的连接位点的一定的变异范围，这就造成了读码框架的变化。College of Life ScienceShanDong Normal University Ig类
26、型的转变 由于Ig的类型由重链决定，所以在重链重排时，在V区基因不变的情况下，CH基因发生重排，使得最终的基因产物的V区相同，而C区不同；也就是说抗体识别的特异性相同，但Ig分子的类型却发生了改变。College of Life ScienceShanDong Normal University单克隆抗体（monoclonal antibody McAb）多克隆抗体单克隆抗体技术的产生单克隆抗体的意义基因工程抗体College of Life ScienceShanDong Normal University单克隆抗体技术的产生1975年德国学者Kohler和英国学者Milstein交小鼠骨髓
27、瘤细胞和经绵羊红细胞免疫的小鼠脾脏细胞在体外进行融合，结果发现部分形成的杂交细胞既能继续在体外培养条件下生长繁殖又能分泌抗绵羊红细胞抗体。这种杂交细胞系称为杂交瘤。这种杂交瘤细胞既具有骨髓瘤细胞能大量无限生长繁殖的特性，又具有抗体形成细胞合成和分泌抗体的能力。由于这些抗体是由识别一种抗原决定簇的细胞所产生的均一性抗体，所以称为单克隆抗体。College of Life ScienceShanDong Normal UniversityCollege of Life ScienceShanDong Normal UniversityCollege of Life ScienceShanDong
28、Normal University单克隆抗体的意义单克隆抗体的纯度高，特异性强，可以提高各种血清学方法检测抗原的敏感性及特异性；针对于肿瘤抗原的单克隆抗体用于肿瘤的治疗，是一种新的免疫疗法；它也可用于对各种免疫细胞及其它组织细胞表面分子的检测，这对免疫细胞的分离、鉴定及分类及研究各种膜表面分子的结构功能具有重要意义。College of Life ScienceShanDong Normal University基因工程抗体自1975年单克隆抗体技术问世以来，单克隆抗体在医学中被广泛应用于疾病的治疗和诊断。但目前的单克隆抗体是鼠源的，使临床疗效减弱可丧失，理想的单克隆抗体应是人源的，但是人人杂
29、交瘤技术存在较大困难。因此较好的解决办法是研制基因工程抗体，以替代鼠源单克隆抗体用于临床。基因工程抗体兴起于80年代早期。这一技术是将对Ig基因结构与功能的了解与DNA重组技术相结合，根据人们的需要在基因水平对Ig分子进行切割、拼接或修饰，甚至是人工合成后导入受体细胞表达，产生新型抗体。College of Life ScienceShanDong Normal University免疫球蛋白超家族immunoglobulin gene superfamily IgSF 在体内，除了免疫球蛋白以外，还存在一些与Ig结构相似，遗传基因有同源性的蛋白质。这些蛋白质主要以膜蛋白的形式存在于细胞表面，有识别和传递信号的作用。这类分子我们称之为免疫球蛋白超家族。College of Life ScienceShanDong Normal University
