1、第三章 免疫球蛋白 Immunoglobulin, Ig,姓名:韓俊峰 職稱:講師 TELE-mail:han- 基礎(chǔ)部全軍免疫學(xué)研究所,Antigen,What is antigen? Two important properties of antigen? Antigenic determinant (epitope),主要內(nèi)容,Ig的基本概念（重點） Ig的基本結(jié)構(gòu) (重點) Ig的生物學(xué)功能 （重點） Ig的異質(zhì)性（難點） 人工制備抗體（難點）,抗體的發(fā)現(xiàn),死亡,存活,大劑量白喉毒素,小劑量白喉毒素,存活,大劑量白喉毒素,免疫血清,1901年首屆諾貝爾醫(yī)學(xué)獎得

2、主,Behring,抗體是一種高分子量-球蛋白,Immune sera,Normal sera,免疫球蛋白（immunoglobulin，Ig），即抗體（antibody, Ab) 是B細胞識別抗原后增殖分化為槳細胞所產(chǎn)生的一種球蛋白質(zhì)，能與相應(yīng)抗原特異性結(jié)合，是體液免疫的重要效應(yīng)分子。,Immunoglobulin, also known as Antibody, is a kind of globulin which is produced by plasma cells as a result of the stimulation by antigen and has the abili

3、ty to bind with the antigen.,一、免疫球蛋白（抗體）的基本概念,分泌型Ig (secreted Ig, sIg) 和膜型Ig (membrane Ig, mIg),B細胞介導(dǎo)的體液免疫應(yīng)答過程示意圖,重點內(nèi)容,是嵌入細胞膜類脂分子中的膜表面免疫球蛋白(mIg)，乃B細胞的特征性表面標志，也是B細胞特異性識別不同抗原表位的分子基礎(chǔ)。,B細胞識別受體 （B Cell Receptor, BCR）,BCR示意圖,重點內(nèi)容,分享了1972的諾貝爾獎,Porter,Edelman,二、Ig的基本結(jié)構(gòu),（一）Ig的基本結(jié)構(gòu),2條重鏈 （Heavy chain，簡寫為H） 2條輕

4、鏈 （ Light chain，簡寫為L ) 可變區(qū)+恒定區(qū)+鉸鏈區(qū) V + C + hinge region 結(jié)構(gòu)域,重點內(nèi)容,免疫球蛋白（IgG）的一級結(jié)構(gòu),1、重鏈（H）與輕鏈（L）,重鏈（heavy chain, H）： 由450550個氨基酸組成，5075 kDa；重鏈分為：、鏈； 據(jù)重鏈組成，將Ig分為五類：IgG, IgA, IgM, IgD, IgE 輕鏈（light chain，L）分型： 由210個氨基酸組成，25 kDa； 輕鏈分、型； 根據(jù)鏈個別氨基酸的差異，分為1-4亞型,重點內(nèi)容,2、可變區(qū)、恒定區(qū)、鉸鏈區(qū),免疫球蛋白（IgG）的可變區(qū)、恒定區(qū)、鉸鏈區(qū),重點內(nèi)容,（

5、1）可變區(qū)（variable region, V）,N端重鏈1/4，和輕鏈1/2 組成(VH/VL) 氨基酸的組成、序列變化大 各含3個高變區(qū)(HVR), 4個骨架區(qū) (framework region),免疫球蛋白（IgG）的V功能區(qū),重點內(nèi)容,CDR1、CDR2、CDR3 氨基酸組成和順序高度可變 共同組成抗原結(jié)合部位,互補決定區(qū)（CDR）/ 高變區(qū)(HVR),抗體的互補決定區(qū)與抗原表位結(jié)合的模型,重點內(nèi)容,（1）可變區(qū)（variable region, V）,N端重鏈1/4，和輕鏈1/2 組成(VH/VL) 氨基酸的組成、序列變化大 各含3個高變區(qū), 4個骨架區(qū) 功能： 特異性識別并結(jié)合

6、抗原,免疫球蛋白（IgG）的V功能區(qū),重點內(nèi)容,（2）恒定區(qū)（constant region, C）,C端重鏈3/4，和輕 鏈1/2 組成(CHCL) 氨基酸組成、序列穩(wěn)定 某些抗體的C區(qū)具有補體 結(jié)合位點 具有多種重要生物學(xué)活性,免疫球蛋白（IgG）的C功能區(qū),重點內(nèi)容,（3） 鉸鏈區(qū),位于CH1與CH2之間 易伸展彎曲，利于Ig雙臂同時結(jié)合不同表位 利于暴露補體結(jié)合位點 易被木瓜蛋白酶、胃蛋白酶等水解,免疫球蛋白（ Ig G）的鉸鏈區(qū),重點內(nèi)容,免疫球蛋白的柔韌性 Flexibility of immunoglobulins,免疫球蛋白（IgG）的柔韌性示意圖,重點內(nèi)容,同一類Ig根據(jù)鉸鏈

7、區(qū)氨基酸組成和重鏈二硫鍵的數(shù)目和位置的差別分為不同的亞類。,IgG亞類分類示意圖,3、Ig的結(jié)構(gòu)域（domain）/功能區(qū),每個結(jié)構(gòu)域獨立折疊，由兩個-片層構(gòu)成-桶狀或-三明治結(jié)構(gòu)。 每個結(jié)構(gòu)域都執(zhí)行一定的功能，又稱為功能區(qū)。,免疫球蛋白三級結(jié)構(gòu),（二）Ig的其他成分：J鏈、分泌片,J鏈（joining chain）：富含半胱氨酸的多肽鏈，由漿細胞合成。將單體Ig連接為多聚體。 分泌片（Secretory piece, SP）： 由黏膜上皮細胞合成的糖肽鏈，是poly-Ig受體的膜外區(qū)，以非共價形式結(jié)合到IgA二聚體上，對分泌型IgA具有保護作用。,免疫球蛋白J鏈和分泌片結(jié)構(gòu),分泌型IgA的跨

8、細胞轉(zhuǎn)運,分泌片,（三）蛋白酶水解片段,1. 木瓜蛋白酶水解片段（圖）,Fab,Fc,Papain,木瓜蛋白酶水解片段,（三）蛋白酶水解片段,1.木瓜蛋白酶水解片段,2Fab(抗原結(jié)合片段, Fragment of Ag binding)： 由完整的輕鏈和重鏈的VH和CH1功能區(qū)組成 單價與抗原結(jié)合,Fc (Fragment crystallizable,可結(jié)晶片段) ： 由除CH1的所有CH功能區(qū)組成 與Fc受體結(jié)合的功能片段 無抗原結(jié)合活性,pepsin,F(ab)2,pFc,2. 胃蛋白酶水解片段,F(ab)2: 雙價抗原結(jié)合片段 與抗原結(jié)合可發(fā)生凝集反應(yīng)和沉淀反應(yīng),pFc： 多肽碎片

9、無生物學(xué)活性,主要內(nèi)容,Ig的基本概念（重點） Ig的基本結(jié)構(gòu) (重點) Ig的生物學(xué)功能 （重點） Ig的異質(zhì)性（難點） 人工制備抗體（難點）,Ig可變區(qū)特異識別并結(jié)合抗原示意圖,（一）免疫球蛋白主要生物學(xué)作用,三、Ig的生物學(xué)功能,結(jié)構(gòu)互補 多種非共價鍵作用力 需要合適的溫度、pH、離子強度 結(jié)合可逆,重點內(nèi)容,1、Ig V區(qū)的功能,中和作用 Neutralization,Ig的中和作用,重點內(nèi)容,（1）激活補體,2、 Ig C區(qū)的功能,詳見第四章補體系統(tǒng),動畫演示,調(diào)理作用（ Opsonization ） 抗體依賴性細胞介導(dǎo)的細胞毒作用 （Ab dependent cell-mediat

10、ed cytotoxicity, ADCC） 介導(dǎo)I型超敏反應(yīng),（2）結(jié)合Fc受體 (細胞親嗜性),重點內(nèi)容,a. 調(diào)理作用 Opsonization,動畫演示,b. 抗體依賴性細胞介導(dǎo)的細胞毒作用 Ab dependent cell-mediated cytotoxicity, ADCC,抗體依賴性細胞介導(dǎo)的細胞毒過程,重點內(nèi)容,c. 介導(dǎo)型超敏反應(yīng)(IgE ),型超敏反應(yīng)的發(fā)生過程,重點內(nèi)容,Ig的生物學(xué)功能,V區(qū)的功能,C區(qū)的功能,中和作用,與抗原結(jié)合,激活補體,結(jié)合受體,調(diào)理作用,ADCC作用,超敏反應(yīng),重點內(nèi)容,（二）各類Ig的特性與功能,1、IgG 血清中免疫球蛋白的主要成分，半衰

11、期最長。 作用：（1）具有活化補體的能力； （2）參與調(diào)理作用、ADCC作用； （3）是唯一能通過胎盤的抗體； （4）再次體液免疫應(yīng)答產(chǎn)生的主要抗體， 抗感染的主要抗體（“主力軍”)； （5）可以跟葡萄球菌蛋白A結(jié)合；,重點內(nèi)容,2、IgA 分類：（1）血清型：以單體形式存在。 （2）分泌型：分泌型IgA，為二聚體，由J 鏈和分泌片連接，合成和主 要的作用部位在黏膜。 作用：（1）黏膜局部抗感染作用（“邊防軍”）； （2）通過初乳的抗體。,分泌型IgA結(jié)構(gòu)示意圖,重點內(nèi)容,3、IgM,分類：（1）膜結(jié)合型：以單體形式存在，BCR的主 要成分，只表達在未成熟的B細胞表面。 （2）分泌型：以五聚體

12、形式存在。 作用：（1）在個體發(fā)育中最早合成(胎兒晚期已能 合成)； （2）在機體免疫應(yīng)答中出現(xiàn)最早，機體抗 感染的“先頭部隊”； （3）較強的激活補體能力； （4）血清中天然存在的血型抗體。,重點內(nèi)容,4、IgD 分類：（1）膜結(jié)合型：構(gòu)成BCR，是B細胞分化成 熟的標志。 （2）分泌型：血清中含量很低，功能尚不 清楚。,B細胞發(fā)育過程中IgD的表達,重點內(nèi)容,5、IgE類型：以單體形式存在，是正常人血清中含量最少 的Ig。特征：含糖量高達12%。作用：（1）可介導(dǎo)I型超敏反應(yīng)親細胞抗 體，與肥大細胞、嗜堿性粒細胞的 FcR結(jié)合，使其脫顆粒并釋放生物活 性物質(zhì)； （2）可能與機體抗寄生蟲免疫

13、有關(guān)。,重點內(nèi)容,主要內(nèi)容,Ig的基本概念（重點） Ig的基本結(jié)構(gòu) (重點) Ig的生物學(xué)功能 （重點） Ig的異質(zhì)性（難點） 人工制備抗體（難點）,四、Ig的異質(zhì)性（heterogeneity）,指抗體在結(jié)構(gòu)和功能上的差異的總和。 表現(xiàn)： 外源因素所致抗體異質(zhì)性：抗體的多樣性； 內(nèi)源因素所致抗體異質(zhì)性：免疫球蛋白的血清型,難點內(nèi)容,（一）抗體多樣性,抗原多樣性引起抗體異質(zhì)性示意圖,難點內(nèi)容,（二）免疫球蛋白的血清型,Ig本身也可以作為抗原，其表位可分為三類: 同種型（isotype） 同種異型（allotype） 獨特型（idiotope）,免疫球蛋白的血清型示意圖,難點內(nèi)容,1. 同種型(

14、isotype)：種屬特異性標志,同一物種內(nèi)所有個體同一類Ig具有的共同表位，存在于C區(qū)。,小鼠 IgG1,朱麗葉 IgG1,羅蜜歐 IgG1,難點內(nèi)容,2. 同種異型（allotype)：個體特異性標志,同一物種內(nèi)不同個體間同一類Ig上具有不同表位，主要存在于Ig C區(qū)。,朱麗葉 IgG1,羅蜜歐 IgG1,難點內(nèi)容,3. 獨特型（idiotype)：每個Ig特有的標志,同一個體內(nèi)每個Ig其分子的超變區(qū)各自具備獨特的表位，存在于V區(qū)。獨特型抗原決定簇可刺激機體產(chǎn)生抗獨特型抗體（即抗抗體），參與免疫調(diào)節(jié)。,朱麗葉 抗A抗原的IgG1,朱麗葉 抗B抗原的 IgG1,難點內(nèi)容,主要內(nèi)容,Ig的基本

15、概念（重點） Ig的基本結(jié)構(gòu) (重點) Ig的生物學(xué)功能 （重點） Ig的異質(zhì)性（難點） 人工制備抗體（難點）,五、抗體的人工制備,（一）多克隆抗體（polyclonal Ab，pAb） 用抗原免疫動物獲得的免疫血清中，含有針對該抗原 多個抗原決定基的多種抗體。,（二）單克隆抗體（monoclonal Ab, mAb） 由單一B細胞克隆產(chǎn)生的只針對抗原中某一特定表位（抗原決定基）的高度均一性抗體。特點：性質(zhì)純、效價高、特異性強，基本無交叉反應(yīng)。,難點內(nèi)容,單克隆抗體與多克隆抗體制備的區(qū)別,難點內(nèi)容,Georeges Kohler 1946-,Cesar Milstein,1984年諾貝爾生理和

16、醫(yī)學(xué)獎獲得者,單克隆抗體制備示意圖,難點內(nèi)容,（三）基因工程抗體(Genetic engineering antibody),概念： 根據(jù)研究者的意圖，采用基因工程方法，在基因水 平，對免疫球蛋白基因進行切割、拼接或修飾后導(dǎo)入 受體細胞進行表達，產(chǎn)生新型抗體。主要包括 人源化 抗體如嵌合抗體、改形抗體等，單鏈抗體、雙價抗體 和雙特異性抗體。,(1) 嵌合抗體(chimeric antibody)：從雜交瘤細胞分離出功能性可變區(qū)基因，與人Ig恒定區(qū)基因連接，插入適當表達載體，轉(zhuǎn)染宿主細胞，表達人-鼠嵌合抗體。 特點：減少了鼠源性抗體的免疫原性，同時保留了親本抗體特異性結(jié)合抗原的能力。,1 、人源

17、化抗體,人-鼠嵌合抗體,知識拓展,（2）改形抗體(reshaped antibody)：將小鼠的CDR序列移植到人抗體可變區(qū)框架中，產(chǎn)生的抗體稱為CDR移植抗體。,人-鼠改形抗體,知識拓展,（3）完全人源化抗體： 將小鼠 Ig 基因敲除，轉(zhuǎn)染人 Ig 基因，在小鼠體內(nèi)產(chǎn)生人 Ab，再經(jīng)雜交瘤技術(shù)，產(chǎn)生大量完全人源化抗體。,知識拓展,用基因工程方法，將抗體一條重鏈和一條輕鏈可變區(qū)通過一個連接肽連接而成的重組蛋白。它是具有完全抗原結(jié)合位點的最小抗體片斷。 特點：能保持與抗原結(jié)合的性能，分子量小，穿透性強，體內(nèi)循環(huán)半衰期短，免疫原性低。 應(yīng)用：單鏈抗體與重組毒素、細胞因子或藥物等融合表達，用于腫瘤的

18、導(dǎo)向治療; 腫瘤定位診斷等,2、 單鏈抗體(single chain antibody),知識拓展,是一類具有雙功能的抗體雜交分于，兩價抗體中的 Fab段具有不同特異性，能與不同的表位結(jié)合。,3、雙特異性抗體 (bispecific antibody),雙特性抗體殺傷腫瘤細胞示意圖,知識拓展,Summary,Concept about immunoglobulin (Ig) Structure of Ig Function about Ig: Neutralization; Activation of complement; Opsonization; ADCC; Type I hypersensitivity,問題1：病毒感染是