第三章 抗体.docx

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第三章抗体

第三章免疫球蛋白分子—抗体

第一节抗体的发展及其特征

一、抗体的发现

血清中存在一种能特异性中和外毒素的组分称为抗毒素，使细菌发生特异性凝集的组分称之为凝集素。

其后将其称为抗体（antibody，Ab），将能刺激机体产生抗体的物质称为抗原（antigen）。

二、抗体的理化性质

40年代初期Tiselius和Kabat用肺炎球菌多糖免疫家兔，证实了抗体活性与血清丙种球蛋白组分相关。

图1.兔血清电泳分离图2.不同类免疫球蛋白的电泳分离

离心常数7Sγ（16,IgG）;19S,β2（β2M,90,IgM）;β2A（IgA）

三、抗体的生物学活性

1．抗体与抗原的特异性结合。

2．抗体与补体的结合。

3．抗体的调理作用。

第二节免疫球蛋白的分子结构与功能

一、免疫球蛋白的基本结构

Porter对血清IgG抗体的研究证明，Ig分子基本结构是由四个肽链组成的，二条较小的轻链和二条较的重链，轻链与重链是由二硫键连接形成，分为氨基端（N端），羧基端（C端）。

（一）轻链和重链

1．轻链（lightchain，L链）

214氨基酸残基组成，通常不含碳水化合物，分子量为24KD，有两个由链内二硫键组成的环肽，可分为：

Kappa（κ）与lambda（λ）2个亚型。

2．重链（heavychain，H链）

450-550氨基酸残基组成，分子量55或75KD，含糖数量不同，4-5个链内二硫键，可分为5类，μ、γ、α、δ、ε链，不同的H链与L链（κ或λ）组成完整的Ig分子。

分别称为：

IgM，IgG，IgA，IgD和IgE。

（二）可变区和恒定区

1．可变区（Variableregion，V区）

L链N端1/2处（VL）108-111个氨基酸残基，

H链N端1/5-1/4处（VH）118个氨基酸残基，

V区有一个肽环65-75个氨基酸残基。

高变区（hypervariableregion,HVR）

可变区

骨架区（frameworkregion,FR）

VL的HVR在24-34，50-56，89-97氨基酸位置。

VH的HVR在31-35，50-56，95-102氨基酸位置。

分别称为VL和VH的HVR1，HVR2，HVR3。

●高变区为抗体与抗原的结合位置，称为决定簇互补区（complementarity-determiningregion,CDR），VL和VH的HVR1，HVR2，HVR3又分别称为CDR1，CDR2，CDR3，其中CDR3具有更高的高变程度，H链在与抗原结合中起重要的作用。

2．恒定区（constantregion，C区）

L链C端1/2处，105个氨基酸，

H链C端3/4-4/5处，331-431个氨基酸。

●在同一种属动物中是比较恒定的,是制备第二抗体进行标记的重要基础。

（三）功能区

●链内二硫键折叠成球形区称为功能区（domain）约由110个氨基酸组成。

氨基酸的顺序具有高度的同源性。

1．L链功能区：

2个，（VL，CL各一个）

2．H链功能区：

IgG，IgA，IgD，4个（V区1个，C区3个）

IgM，IgE，5个（V区1个，C区4个）

3．功能区的作用：

（1）VL和VH是抗原结合的部位（FV区）。

（2）CL和CH上具有同种异型的遗传标记。

（3）CH2具有补体结合点。

（4）CH3具有结合单核细胞，巨噬细胞，粒细胞，B细胞，

NK细胞，Fc段受体的功能。

4．铰链区（hingeregion）

位于CH1和CH2之间为非独立功能区。

（1）当VL，VH与抗原结合时，此区发生扭曲，使抗体分子上两个抗原结合点更好地与两个抗原决定簇发生互补。

（2）因CH2和CH3构型变化，显示出活化补体，结合组织细胞等生物学活性。

（四）J链和分泌成分

1．J链（joiningchain）：

存在于IgA，IgM中，在其组成和体内转运中具有一定作用。

2．分泌成分（secretorycomponent，SC）：

分泌成分是IgA上的一个辅助成分，对抵抗外分泌液中的蛋白水解酶的降解具有重要作用。

（五）单体，双体，五聚体

1．单体：

由一对L链和H链组成的基本结构

2．双体：

分泌型的IgA由J链连接的两个单体

3．五聚体：

是由J链和二硫键连接的五个单体

IgGIgAIgM

（六）酶解片段

1．木瓜蛋白酶（papain）水解片段

（1）裂解部位，铰链区H链间二硫键（N端）

（2）裂解片段，2个Fab（54KD），一个Fc（50KD）

Fab与抗原结合，不发生凝集反应。

2．胃蛋白酶（pepsin）水解片段

（1）裂解部位，铰链区H链间二硫键（N端）

（3）裂解片段，F（ab’）2，无Fc片段

与抗原结合可发生凝集反应

二、免疫球蛋白的分子功能

（一）特异性结合抗原

Ig最显著的生物学特点就是能够特异性地与抗原结合，这种特异性结合抗原特性是由其V区（HVR）的空间构型决定的。

Ig的抗原结合点由L链和H链超变区组成，与相应抗原上的表位互补，借助静电力，氢键以及范德华力等次级键相结合，这种结合是可逆的，并受到pH、温度和电解质浓度的影响。

不同的抗原可能有相同的抗原决定簇，一种抗体可以与两种或两种以上的抗原发生反应，此称为交叉反应（crossreactoion）。

（二）活化补体

1．IgM，IgG1，IgG2和IgG3可通过经典途径活化补体。

2．IgA1，IgG4，IgE等可以通过替代途径活化补体。

（二）活化补体

3．IgM，IgG1，IgG2和IgG3可通过经典途径活化补体。

4．IgA1，IgG4，IgE等可以通过替代途径活化补体。

（三）结合Fc受体

不同细胞表面具有不同Ig的Fc受体（FcγR，FcεR，FcαR），当Ig与相应抗原结合后，由于构型改变，促使Fc同相应的细胞结合。

由IgE抗体Fc段的结构特点，可在游离情况下与细胞受体结合，称为亲细胞抗体（cytophilicantibody）。

1．介导I型变态反应

IgE诱导的细胞脱颗粒，释放组胺，合成由细胞质来源的介质，如：

白三烯，前列腺素，血小板活化因子等引起的I型变态反应。

2．调理吞噬作用

调理作用（opsonization）是指抗体，补体等调理素（opsonin），促进吞噬细胞吞噬细胞等颗粒性抗原。

由于补体对热不稳定，称热不稳定调理素（heat-labileopsonin），抗体又称为热稳定调理素（heat-stableopsonin）。

抗体的调理机制：

1

在抗原和吞噬细胞之间搭桥。

2改变抗原表面电荷。

3中和细菌表面的抗吞噬物质。

4溶化吞噬细胞（抗原抗体复合物结合细胞表面Fc受体）

5．发挥抗体依赖的细胞介导细胞毒作用（antibodydependentcell-mediatedcytotoxicity,ADCC）

（二）通过胎盘

IgG是唯一可通过胎盘从母体转移给胎儿的Ig。

是一种重要的自然被动免疫，对于新生儿的抗感染有重要作用。

三、免疫球蛋白分子的抗原性

（一）同种型

同种型（isotype）指同一种属内所有个体共有Ig抗原、特异性的标记，在异种体内可诱导产生相应的抗体，同种型的抗原性主要位于CH和CH上，同种型主要包括Ig的类、亚类、型和亚型。

1．免疫球蛋白的类和亚类（Classesandsubclasses）

（1）类，决定Ig不同类的抗原性差异存在于H链的恒定区（CH）。

（2）亚类，同一类Ig中，存在于铰链区氨基酸组成和二硫键数目的差异。

2．免疫球蛋白的型和亚型（typesandsubtypes）

（1）型，决定Ig型的抗原性差异存在于L链的恒定区（CL）。

（2）亚型，按λ铰链恒定区（C2）个别氨基酸的差异又可分为λ1，2，3，4，四个亚型。

（二）同种异型

同种异型（allotype）是指同一种属不同个体的Ig分子抗原性的不同，在同种异体间免疫可诱导免疫反应。

1．λ链上的同种异型（重链上）。

2．α2链上的同种异型。

（三）独特型

独特型（idiotype）为每一种特异性IgV区上的抗原特异性。

四、免疫球蛋白分子的超家族

许多细胞膜表面和机体某些蛋白分子，其多肽链折叠方式与Ig折叠相似，在DNA水平上和氨基酸序列上与IgV区或C区有较高的同源性，它们可能从同一原始祖先基因经复制突变衍生而来。

编码基因称为免疫球蛋白基因超家族，基因表达产物称为免疫球蛋白超家族（Immunogloblinsuperfamily,IGSF）。

抗原识别受体，信号传导因子，MHC相关分子，Ig受体等

第三节各类免疫球蛋白的生物学活性

IgG

IgA

IgM

IgD

IgE

重链名称

γ

α

μ

δ

ε

重链功能区数目

4

4

5

4

5

主要存在形式

单体

单体双体

五聚体

单体

单体

分子量（KD）

146-170

160;400

970

175

188

碳水化合物（%）

4

10

12

18

12

血清浓度（mg/dl）

1150±300

210±50

150

0.3-4

0.002

血清总IgG（%）

75

10

5-10

<1

<0.001

外分泌液

-

+++

+

-

-

经典途径活化补体

++

-

+++

-

-

代替途径活化补体

+

+

?

+

+

半衰期（天）

20-23

5.8

5.1

2.8

2.5

合成部位

脾淋巴

浆细胞

粘膜

淋巴组织

脾淋巴

浆细胞

扁桃体

脾浆细胞

粘膜

浆细胞

通过胎盘

+

-

-

-

-

第四节免疫球蛋白基因的结构和抗体多样性

1965年，Dreyer和Bennet首先提出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年日本学者根川应用DNA重组技术证实了这一假说，1987年获得诺贝尔医学和生理学奖。

Ig分子是由三个不连锁的Igκ，Igλ和IgH基因所编码的，分别位于不同的染色体上。

编码多肽链

基因符号

基因染色体定位

人

小鼠

κ轻链

λ轻链

重链

Igκ

Igλ

IgH

2

22

14

6

16

12

一、Ig重链基因的结构和重排

（一）重链V区基因

H链V区基因是由V，D，J三种基因片段经重排组成，首先发生D与J基因片段的连接形成D—J，然后再与V片段连接，是通过七聚体—间隔序列—九聚体识别信号和重组酶而完成的。

（二）重链C区基因

1．C基因片段

小鼠H链区基因片段从5′端到3′排列的顺序是Cμ—Cδ—Cγ3—Cγ1—Cγ2b—Cγ2a—Cε—Cα，人H链C区基因的顺序为Cμ—Cδ—Cγ3—Cγ1—Cε2（Psendo基因）—Cα1—Cγ2—Cγ4—Cε—Cα2。

（三）膜表面Ig重链基因

膜表面Ig（SmIg）是B细胞识别抗原的受体。

二、Ig轻链基因的结构和重排

在IgH链基因重排后，L链可就区基因片段随之发生重排。

在L链中，κ链基因先发生重排，如果κ基因重排无效，随即发生λ基因的重排。

L链的CDR1，CDR2和大部分CDR3由Vκ或Vλ基因片段所编码，Jκ或Jλ基因片段编码CDR3的其余部分和第四个骨架区。

L链无D基因片段。

三、抗体多样性的遗传基础

机体对外界是环境中种类众多抗原刺激可产生相应的特异性抗体，推算抗体的多样性在107以上。

多肽链

基因片段数

V区基因重组方式

重排和随机配对后

推算的多样性数目

VDJ

H链

κ链

1000124

250-4

V—D—J

V—J

4.8×104

4.8×107

1.0×103

*多样性数目不包括VDJ连接多样性，N区插入和体细胞突变所增加的多样性数目。

第五节抗体的制备

一、多克隆抗体（ployclonalantibody，第一代抗体）

天然抗原物质往往具有多种不同的抗原决定簇，而每一决定簇都可刺激机体，一种抗体形成细胞产生一种特异性抗体。

在机体淋巴组织内可存在多种抗体形成细胞（B细胞），当受刺激后，对应一个抗原决定簇，每种B细胞可增殖化化为一种细胞群（克隆Clone），并分泌合成在理化性质，分子结构，遗传标记，以及生物学特性等方面相同的均一性抗体（单克隆抗体），多种抗原决定簇可刺激多种细胞克隆合成分泌各种不同的抗体（多克隆抗体）。

二、单克隆抗体（monoclonalantibody,McAb，第二代抗体）

1975年德国学者Kohler和美国Milstein将小鼠骨髓瘤细胞和绵羊红细胞（sheepredblootcell）免疫的小鼠脾细胞在体外进行两种细胞融合，形成的部分杂交瘤细胞（hybridoma），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。

它们是由识别一种抗原决定簇的细胞克隆所产生的均一性抗体。

三、基因工程抗体（第三代抗体）

目前大多数单克隆抗体是鼠源的，在临床应用上受到限制，80年初，人们开始对Ig基因结构功能研究的深入，利用DNA重组技术，在基因水平上对Ig分子进行切割，拼接或修饰，产生新型抗体，也称为基因工程抗体。