第五章免疫球蛋白免疫球蛋白（immunoglobulin,Ig）是機體受抗原刺激后，由淋巴細胞特別是漿細胞合成的一類具有抗體活性的球蛋白。主要分布于體內血清或外分泌液中。人有5類，分別以IgG、IgA、IgM、IgD和IgE表示免疫球蛋白的分類第一節免疫球蛋白的結構概況第二節免疫球蛋白的空間結構第三節免疫球蛋白的功能第四節免疫球蛋白的基因第五節免疫球蛋白與疾病第一節免疫球蛋白的結構概況

Ig最顯著的特點是與抗原特異結合及其分子的不均一性

一、Ig分子的基本結構—四鏈結構單位二、結構域和功能域三、輕鏈和重鏈四、鉸鏈區和Ig分子酶解碎片五、Ig中糖的結合六、Ig分子的不均一性一、Ig分子的基本結構—四鏈結構單位

各種不同類別的Ig都含有4條多肽鏈組成的基本結構單位，即2條相同而分子量較大的重鏈（heavychain,H鏈）和2條相同而分子量較小的輕鏈（lightchain,L鏈）

重鏈和輕鏈之間以及重鏈和重鏈之間均借鏈間二硫鍵共價結合，加上分子內的非共價鍵維系整個穩定的Ig分子結構

在重鏈上尚結合著糖鏈，故Ig又屬糖蛋白

某幾種類別的免疫球蛋白分子又以四鏈結構為基本單位通過共價鍵進一步形成多聚體Ig

，如二聚體的分泌型IgA和五聚體的IgMCH1VLCLVHCH2CH3HingeRegionCarbohydrateDisulfidebondIg分子的四鏈結構單位二、結構域和功能域

輕鏈和重鏈一級結構的氨基酸序列差異，可分為可變區（variableregion,V區）和恒定區（constantregion,C區）V區氨基酸高度變異，而C區氨基酸基本恒定

V區和C區三級結構保持相對獨立，各自通過一個鏈內二硫鍵形成一肽環，肽環內含60-70個氨基酸殘基，每一肽環又與其周圍肽段緊密折疊成球狀的結構域

輕鏈有2條鏈內二硫鍵，分別組成VL和CL2個結構域；重鏈有4－5條鏈內二硫鍵，分別組成4－5個結構域，即VH、

CH1、CH2、CH3和CH4（IgA、IgG和IgD有3個CH結構域；IgM和IgE有四個CH結構域）

重鏈恒區結構域（CH1、CH2、CH3和CH4）之間有高度的同源性，它們又與CL同源。因此，結構域又稱為同源區，反映了Ig分子在進化起源上的關聯功能區

成分

功能V區VH/VL與相應抗原的決定簇發生特異性結合C1區CL/CH1與補體中C4b結合C2區CH2/CH2激活補體C1q和控制體內Ig代謝降解速率C3區CH3/CH3具有親細胞性，與細胞表面Fc受體結合

不同鏈之間的同源區在空間通過疏水作用可進一步折疊成更為緊密的結構，并具有一定的免疫學功能，稱為功能區免疫球蛋白結構域免疫球蛋白功能域三、輕鏈和重鏈輕鏈由213或214個氨基酸殘基組成，分子量為22,000。每條輕鏈含有2個結構域，即VL（

1~109位氨基酸殘基）和CL（110-214位氨基酸殘基）2.重鏈由446個氨基酸殘基組成，分子量為77,000-80,000，每條重鏈含有4-5個結構域，以VH（1-120位氨基酸殘基）、

CH1、CH2、CH3

和CH4(IgM和IgE)表示四、鉸鏈區和Ig分子酶解碎片鉸鏈區

在Ig重鏈CH1和CH2之間，富含Cys

和Pro

重鏈的鏈間二硫鍵大多集中在此區域內

由于Pro的存在，很難形成αhelix和βsheet，因此易于彎曲，可自由伸展，有相當的柔性，與酶接觸易水解，是酶解的敏感部位

不同類別的Ig有各自獨特的鉸鏈區2.酶解碎片

Fab碎片（fragmentofantigenbinding）：2個，能與單價抗原結合，含有完整的輕鏈和重鏈VH、

CH1

Fc碎片（fragmentofcrystalline）：可以結晶，含有重鏈CH2、CH3（或加上CH4）木瓜蛋白酶水解產物

F(ab’)2：由二硫鍵將2個Fab部分連接在一起，能與二價抗原結合。若將二硫鍵還原，則分裂為2個Fab’碎片，也具有結合抗原的活性

pFc’：無生物活性胃蛋白酶水解產物五、Ig中糖的結合Ig是糖蛋白，絕大部分的糖是以聚糖的形式結合于重鏈的C區內。聚糖一般由甘露糖（Man）、半乳糖（Gal）、N-乙酰氨基葡萄糖（GlcNAc）、N-乙酰氨基半乳糖（GalNAc）和唾液酸（S.A.）組成，此外還存在少量巖藻糖（Fuc）人Ig中的聚糖有兩種類型①N-乙酰氨基葡萄糖型：聚糖中的N-乙酰氨基葡萄糖與肽鏈-Asn-X-Ser/Thr-（X為除Pro和Asp以外的任何氨基酸殘基）上Asn殘基通過N-糖苷鍵連接。又可根據所含單糖成分和連接方式差異分為簡單型和復合型兩種②N-乙酰氨基半乳糖型：聚糖中的N-乙酰氨基半乳糖與肽鏈上Ser或Thr通過O-糖苷鍵連接Ig中聚糖數目、類型以及連接位置隨免疫球蛋白的類別而異IgG：只含2-3條N-乙酰氨基葡萄糖型的聚糖，其含糖量最少，僅3%IgA1和IgE：含4~5條N-乙酰氨基半乳糖型的聚糖IgM：每一條μ鏈上有5個糖結合位點，含糖量最高，可達13%六、Ig分子的不均一性

遺傳標志：受遺傳控制而使Ig分子上抗原決定簇中氨基酸組成和序列的不同,分為：

1.同種型

2.同種異型3.獨特型

1.同種型(isotype)同種型：是指同一物種所有個體均具有的Ig分子的抗原特異性。根據重鏈和輕鏈V區和C區的結構變化，可將重鏈和輕鏈分成類、亞類、型、亞型、群和亞群等各種不同的分子變異體IgM(kappa)IgG1(kappa)同種型①類:決定Ig不同類的抗原性差異存在于H鏈的恒定區（CH）。根據重鏈C區的氨基酸組成及抗原性差異將重鏈分成5類，即γ、α、μ、δ和ε，分別為IgG、IgA、IgM、IgD和IgE的重鏈②亞類:同一類Ig中，存在于鉸鏈區氨基酸組成和二硫鍵數目的差異。即根據重鏈和輕鏈之間二硫鍵連接位置差異和重鏈之間二硫鍵數目不同可將同一類Ig分子分成幾種不同的亞類。如人IgG有4個亞類：IgG1、IgG2、IgG3和IgG4；IgA有2種亞類：IgA1和IgA2人IgG的4種亞類二硫鍵連接位置和重鏈間二硫鍵數目③型:決定Ig型的抗原性差異存在于L鏈的恒定區（CL）根據各類Ig輕鏈C區抗原特異性差異可分為兩型：κ型和λ型。單個Ig分子的兩條輕鏈總是同一型的，但同一個體中κ型和λ型可同時存在。④亞型:位于λ輕鏈恒區（C2）。根據Ig的λ鏈C區中個別氨基酸殘基不同，可將λ鏈分成4個亞型標志氨基酸位置+/–

Oz193Lys/ArgKern156Gly/Ser

Mz147Val/Ala174Asn/LysMcg116Asp/Ala118Thr/Ser167Lys/Thrλ鏈的同種型標志⑤群根據同一類IgV區的同源性可將其分成3種群，即VH、Vκ和Vλ

亞群通過Ig各群的V區氨基酸組成和序列比較，發現從N端起前20個氨基酸的序列變異較大，而其他位置上的氨基酸序列相對穩定。因此又可根據各群V區超變區氨基酸序列變化將群分為亞群。

VH：VHⅠ、VHⅡ和VHⅢ3種亞群

Vκ：VκⅠ、VκⅡ和VκⅢ3種亞群Vλ：VλⅠ、VλⅡ、VλⅢ、VλⅣ和VλⅤ5種亞群2.同種異型(allotype)同種異型：是指同一物種不同個體間的Ig分子抗原性的不同，在同種異體間免疫可誘導免疫反應。其異型標志位于重鏈或κ鏈C區，不同個體之間僅一個或幾個氨基酸殘基不同。人類Ig的幾種異型標志表達在IgG的Gm、IgA的Am和κ鏈的Km。異型標志第152位氨基酸第191位氨基酸Km(1)ValLeuKm(1,2)AlaLeuKm(3)AlaValKm的異型標志IgG1(kappa)Person1IgG1(kappa)Person2同種異型3.獨特型(idiotype)

獨特型：每一克隆IG分子具有的獨特抗原特異性。獨特型抗原決定族位于Ig分子的V區，稱獨特型抗原決定族（或獨特位（idiotope）。即每一個Ig分子的Ｖ區中具有的成千上萬個抗原決定族統稱為Ig分子的獨特型。獨特位誘導產生的抗體，稱為抗獨特型抗體（antiidiotypicantibody）。獨特型不僅有別于同種間其他個體受同一抗原刺激所產生的Ig，并且還和自身具有其他抗原結合專一性的Ig分子不同。IgG1(kappa)Person2anti-BIgG1(kappa)Person1anti-A由此可知，Ig分子的不均一性由兩方面原因造成外源性：抗原大分子具有多個抗原決定簇，每一個決定簇都可誘發產生一種Ig，因此機體受多個決定簇的抗原刺激后所產生的Ig分子是針對個別決定簇的Ig分子的混合物。內源性：即3種遺傳標志。如兩型的輕鏈可與各類、各亞類的重鏈組合，而重鏈、輕鏈本身又存在各種異型標志，專一性不同的Ig分子還有各種各樣的獨特型變異體，這些都決定了Ig分子的不均一性。第二節免疫球蛋白的空間結構一、Fab區空間結構二、Fc區的空間結構三、抗原結合部位構造一、Fab區空間結構

每一個結構域都由兩層βheet組成，每層中含有3段或4段走向相反的多肽鏈，層與層之間由二硫鍵相連。V區表面之間互補性差，形成圓錐形穴槽，成為抗原結合部位；C區中肽鏈排列較有規則，表面之間高度互補。CLdomainVLdomain輕鏈單體的三級結構二、Fc區的空間結構有4個結構域，每個結構域也由兩層βheet組成，有糖鏈結合部位，各肽段間由氫鍵維系。三、抗原結合部位構造VH與

VL中氨基酸序列變化有一定規律性。輕鏈有3個特殊易變部位，在第30位、第50位和第100位氨基酸殘基附近；重鏈有4個特殊易變部位，在第30、50、80和第100位氨基酸殘基附近。這些部位稱為超變區或互補決定區（complementarity-determingregion,CDR），分別以L1、L2、L3、H1、H2、H3和H4表示。這些超變區直接參與了抗原結合部位組成

人IgG1(New)Fab

的抗原結合部位

第三節免疫球蛋白的功能

Ig具有雙重功能：

識別抗原并與抗原發生特異性結合

效應功能，即激活補體C1q和親細胞性因此，Ig分子像一個“轉換器”，它和抗原結合后能激發Ig分子構象發生變化，鉸鏈區部分發生轉動，使Ig分子上被掩蓋的功能區暴露出來，導致一系列的生物學效應一、與抗原特異性結合

取決于Ig結合部位與抗原決定簇之間在空間結構上的高度互補抗原結合部位是由重鏈和輕鏈的各超變區組成，這些超變區的氨基酸殘基大多存在于Ig分子表面，由于超變區中的氨基酸殘基變化頻繁，形成形狀或大小各異、由多個氨基酸殘基組成的穴槽，以適應各種相應的抗原決定簇互補嵌入，這就是Ig與相應抗原特異性結合的分子基礎二、激活補體

補體(complement)是存在于動物血清和組織液中的一組經活化后具有酶活性的蛋白質。包括近40種可溶性蛋白、膜結合蛋白和補體受體蛋白，故稱補體系統(ComplementSystem)。多數成分為β球蛋白，補體的性質很不穩定，尤其對熱敏感，56℃30min能使多數補體成分失活，即補體滅活。補體的活化途徑包括經典途徑、凝集素途徑和旁路途徑。三條活化途徑均具有共同的末端通路，即攻膜復合物(MAC)的形成以及溶解靶細胞效應。

經典途徑（classicalpathway）

經典途徑（又稱傳統途徑）的主要激活物是IgM或IgG（IgG1、IgG2、IgG3）類抗體與抗原結合形成的復合物。整個激活過程可分為識別、活化和攻膜三個階段

識別階段當抗原與相應抗體結合后，抗體的補體結合點暴露，被C1q識別并結合，進而活化C1r和C1s，活化的C1s即C1酯酶。

活化階段

即C3轉化酶（C4b2b）和C5轉化酶（C4b2b3b）的形成。C5轉化酶則能裂解C5，引起與另兩條補體活化途徑相同的末端效應。攻膜階段

攻膜復合物（MAC）的形成。這是補體活化的共同末端效應。三條補體活化途徑形成的C5轉化酶均可裂解C5，形成C5a和C5b。C5b依次與C6、C7、C8結合成C5b678復合物，該復合物可牢固地附著于細胞表面，與12-15個C9分子結合，組成攻膜復合物C5b6789n。

攻膜復合物插入靶細胞膜，形成一個小孔，最終靶細胞膨脹溶解。此外，MAC插入胞膜，可使致死量鈣離子向胞內彌散，導致細胞死亡。

凝集素途徑

凝集素途徑與經典途徑過程基本類似，但其激活起始于炎癥期產生的蛋白與病原體結合之后，而并非依賴于抗原-抗體復合物的形成。其中參與補體活化的有甘露聚糖結合凝集素（MBL）和C反應蛋白。MBL先與細菌的甘露糖殘基結合，再與絲氨酸蛋白酶結合，形成MBL相關的絲氨酸蛋白酶（MASP），MASP具有與C1s相同的酶活性，其后的反應過程與經典途徑相同。此外，C反應蛋白也可與C1q結合并使之激活，然后與經典途徑相同依次激活補體的其他成分。

旁路途徑

旁路途徑(又稱替代途徑或C3途徑和備解素途徑)。旁路途徑的主要激活物是細菌脂多糖、酵母多糖、凝聚的IgA和IgG4等。該途徑激活的特點是，沒有補體成分C1、C2、C4參加，以首先激活C3而被啟動。

旁路途徑是補體系統重要的放大機制。穩定的C3bBb能使C3裂解，產生出更多的C3b再參與旁路激活途徑，形成更多的C3轉化酶。從而形成正反饋放大效應。

機體在發揮抗感染作用的過程中，最先發揮作用的依次是不依賴抗體的旁路途徑和MBL途徑，之后才是依賴抗體的經典途徑。三、親細胞性

Ig的Fc部位可與多種細胞表面受體結合。如巨噬細胞、肥大細胞、中性粒細胞和嗜堿性粒細胞等。由于結合是特異性的，故各Ig的Fc結合部位亦各異。電鏡下觀察IgE與嗜堿性粒細胞的結合示意圖四、通過胎盤在人類5種Ig中，唯獨IgG能通過胎盤。由于胎兒血循環中的IgG濃度常高于其母體，故IgG通過胎盤到達胎兒血液中是一個主動轉運過程。若將IgG酶解成Fab碎片，雖然其分子小，但仍不能通過胎盤，表明IgG分子γ鏈上的Fc可選擇性地與胎盤微血管壁可逆性結合而通過，而其他各類Ig的Fc無此特性，故不能通過胎盤.免疫球蛋白功能小結ADCC:NK細胞和巨噬細胞通過其Fc受體（如CD16）間接識別并殺傷被抗體包被靶細胞的過程。第四節免疫球蛋白的基因

一、免疫球蛋白的輕鏈基因二、免疫球蛋白的重鏈基因三、基因重排四、重鏈類別轉換五、免疫球蛋白的多樣性上世紀40年代，Beadle和Tatum等部提出“一個基因決定一條多肽鏈”的學說，這一學說至今還可解釋許多蛋白質的合成。1965年Dreyer和Bannet等提出Ig的重鏈或輕鏈的V區和C區分別由兩個直接相連的V基因和C基因所編碼，即兩個基因編碼一條多肽鏈。抗體分子的進化Ig分子結構域的同源性具有重要的進化意義。

糜蛋白酶、胰蛋白酶和彈性蛋白酶氨基酸序列的相似性表明它們由共同的祖先進化而來。Ig分子內部的同源性表明，是由基因重復、分化及進化而來。AllenEdmundson提議:L鏈的二聚體是一個原始抗體.重復分化進化108AAIg分子的多樣性是怎樣產生的?是隨機的進化過程，是體細胞的重組，還是由于體胞的超突變?提出了三種假說:

胚系假說體細胞重組假說體細胞超突變假說胚系假說模型假定，多樣性已經存在于胚系中，胚系中有大量的抗體可變區基因(＞104)。

對于可變區中的每一個獨特的氨基酸順序，在胚系中就有一個與之對應的DNA片段。于是，這個假說提出，在進化過程中，由于隨機突變和選擇而產生了多樣性。體細胞重組假說模型假設細胞只有很少的（約100種左右）編碼抗體的可變區基因。在個體的一生中，這些相似而不相同的基因在抗體生成細胞內經歷著廣泛的重組。人們假設交換是在染色體內的。一種似乎合理的計算指出，十個基因之間的組合可產生106種不同的氨基酸順序。體細胞超突變假說該模型假設，特定亞類可變區單一基因的點突變造成多性。

為了在個體的一生中能產生所要求的多樣性，需要特別高的突變率。因此，有一種提議認為，多樣性是通過抗體生成細胞中的修補機制實現的；而這種修補機制是專為制造錯誤設計的。現在已經清楚肽鏈的編碼基因可分為編碼V區和編碼C區的兩大部分

V基因是由少數分隔的種系基因片段,在T、B淋巴細胞發生過程中通過重排的過程組合、拼接而成，從而產生巨大數量特異的抗原受體(抗體)以識別不同的抗原。

重鏈V區基因是由三種種系基因片段：V、D、J

拼接而成。輕鏈V區基因由V、J兩個基因片段拼接成的。V區基因的下游是編碼C區的基因。種系基因結構中V、D、J片段各有多個，但一個淋巴細胞細胞中只有一個片段參與組成抗原受體V區的編碼基因。一、免疫球蛋白的輕鏈基因種系基因PLV

1PLV

nPLV

2J

2J

3J

5C

EJ

1J

4

lightchaingenes;n=300P啟動子J連接片段E增強子L信號序列在小鼠種系細胞中，只包含有一種編碼

鏈C區的C

外顯子，但含有大量的編碼V區的V

基因片段，V

基因片段約有250個(人約100個).

鏈的5種(人5個)J

基因(J

1-5）中，J

3是假基因（一種不完全基因，不能合成功能性蛋白質）J

1C

1EJ

2C

2EJ

3C

3EJ

4C

4EPLV

1PLV

nPLV

2λlightchaingenes;n=30

小鼠(2Vλ;3Jλ)和人類(10Vλ;6Jλ)的λ輕鏈基因有3種基因片段，即Vλ、Jλ和Cλ基因片段。特點：2種Vλ基因與4種Jλ基因并非在染色體的兩個分離區中各自組合，而是每種Vλ基因片段與2種Jλ-Cλ基因片段相連。Jλ4-Cλ4（一對假基因）LV

1LV

nLV

2J

2J

3J

5C

J

1J

4DNAPPPEPPELV

1LJ

5C

V

2J

4DNADNARearrangementVCJVCProteinTransporttoERProteinTranslationCLVJELVCJRNATranscriptionPrimarytranscriptCLVJRNAProcessingRNAmRNA輕鏈基因重組和表達P啟動子J連接片段E增強子L信號序列二、免疫球蛋白的重鏈基因IntronsseparateexonscodingforHchaindomainsHeavychaingenes;Vn=1000,Dn=15PLV1PLVnPLV2D2D3D1DnC

C

C3C

C2C1C4C1C2J2J3J5J1J4ECH1HCH2CH3CH4種系基因P啟動子J連接片段E增強子L信號序列D編碼超變區H3種系細胞中重鏈V區基因由V基因、D基因和J基因片段組成，染色體中的重鏈基因VH、DH和JH也是有序地排列成簇。重鏈的同種型C區基因是一串排成簇并位于染色體的分隔區中，處于V基因片段的下游。PLV1PLVnPLV2D2D3D1DnC

C

J2J3J5J1J4EDJrearrangementPLVnPLV1PLV2D2D1C

C

J5J4EDNAVDJrearrange