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第 6 章 抗体 antibody,Ab. 抗原与抗体是天生的一对,谁也离不了谁; 两者既是好朋友,又是一对冤家。. 内 容. 一、基本概念 二、免疫球蛋白的分子结构 三、抗体的生物学活性 四、五类免疫球蛋白的特点与功能 五、免疫球蛋白的抗原性 六、免疫球蛋白的基因结构与抗体多样性 的机制 七、抗体的制备. 一、基本概念. 1. 抗体( Antibody , Ab ) 指 B 淋巴细胞受抗原刺激后活化、增殖、分化成为浆细胞,产生的能与相应抗原发生特异性结合的免疫球蛋白。 存在形式:
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第6章 抗体antibody,Ab 抗原与抗体是天生的一对,谁也离不了谁; 两者既是好朋友,又是一对冤家。
内 容 • 一、基本概念 • 二、免疫球蛋白的分子结构 • 三、抗体的生物学活性 • 四、五类免疫球蛋白的特点与功能 • 五、免疫球蛋白的抗原性 • 六、免疫球蛋白的基因结构与抗体多样性 • 的机制 • 七、抗体的制备
一、基本概念 1. 抗体(Antibody,Ab) 指B淋巴细胞受抗原刺激后活化、增殖、分化成为浆细胞,产生的能与相应抗原发生特异性结合的免疫球蛋白。 存在形式: 膜型(membrane immunoglobulin, mIg) —B细胞膜上的抗原受体; 分泌型(secreted immunoglobulin, sIg) —分泌进入体液,介导体液免疫应答。
2. 免疫球蛋白(Immunoglobulin,Ig) 指具有抗体活性或化学结构与抗体相似的球蛋白 包括: 具有免疫活性的正常抗体,没有抗体活性的异常免疫球蛋白。 • 抗体一定是免疫球蛋白; 免疫球蛋白不一定都是抗体。
4. 体液免疫 抗体是机体免疫应答的重要产物,且主要存在于血清及其它体液、外分泌液中,所以将抗体介导的免疫称为体液免疫。
二、免疫球蛋白的分子结构 (一)免疫球蛋白的基本结构: 由四条多肽链组成,呈“Y”或“T”型 1.组成: • 2条长链,又称重链(Heavy chain,H链): 含450-550aa,分子量为55-75KD。 • 2条短链,又称轻链(Light chain,L链): 含214aa,分子量为25KD。
2.分类、分型: (1)根据重链氨基酸组成、序列及结构的差异,将Ig 分为五类: IgM (µ) 、IgG(γ)、IgA(α)、IgD(δ)、 IgE(ε) • 亚类:IgG:IgG1, IgG2, IgG3, IgG4 IgA:IgA1, IgA2 IgM: IgM1, IgM2 (2)分两型: 根据轻链氨基酸组成、序列及结构的差异,可将轻 链分为两型:κ和λ型 • 每一Ig单体分子两条重链必须同类,两条轻链必须 • 同型。
3.分区: 根据H、L链氨基酸组成及序列变化大小, 可分为: (1)可变区(variable region,V区): 近氨基端(N端)L链的1/2(VL)和H链 的1/4或1/5(VH)
I 超变区(HVR) 在V区内氨基酸组成及序列变化最为剧烈的特定部位。 HVR1,HVR2,HVR3; • II 决定簇互补区:complementarity—determining region,CDR(CDR1,CDR2,CDR3) VL、VH的超变区受链内二硫键作用而折叠成特定的空间构型,供抗原决定簇互补结合, 故将超变区又称为互补决定区。 • III 独特型决定簇(idiotype determinants,Id) Ig超变区结构是该Ig分子所独特具有的遗传标记结构,故又称为独特型决定簇。
事实上: • IgV区的超变区、Ig与抗原结合的CDR区及Ig的独特型决定簇指的是Ig分子V区中的同一结构部分,所不同的是分别从其结构特点、功能及该区抗原性三个不同角度来表示的。
骨架区: Ig超变区之外的部位,其氨基酸序列、组成相对保守,称为骨架区。 • 作用: 稳定CDR结构,以利IgCDR与抗原决定簇精细特异地结合。
(2)恒定区(constant region,C区) 近羧基端(C端)L链的1/2(CL) 和H链的3/4或4/5(CH)
(二)Ig的其它结构: J链(Joining chain) 由浆细胞合成的酸性糖蛋白。 作用:在Ig羧基端连接Ig单体成为双体(SIgA)或五聚体(IgM)—— 稳定多聚体结构、参与体内运转。
分泌片(secretory piece,SP) 由粘膜上皮细胞合成的糖蛋白。 • 作用:保护SIgA抵抗外分泌液蛋白酶的降解。 利于SIgA分泌到粘膜表面。
(三)Ig的功能区及功能: • 1.定义:Ig的H链、L链每隔110个氨基酸由链内二硫键 • 连结成一个能行使特定功能的球形结构,称为Ig的 • 功能区(domain)。 • 2.功能分区: • L链:VL、CL • H链:VH、CH1、CH2、CH3(CH4) • 铰链区:位于CH1、CH2之间, 富含大量脯氨酸和二硫键, 不易形成α螺旋; 对蛋白酶敏感。
3.各功能区的作用: 1)VL、VH:与抗原特异结合的部位 2)CL、CH1(allotype):Ig同种异型的的遗传标记 3)IgG CH2/IgM CH3:补体结合位点所在,激活补体; IgG:传递作用——母体的IgG,借助CH2区通过胎盘 主动传递给胎儿——选择性通过胎盘。 sIgA:转运作用——分泌型IgA,粘膜下浆细胞合成 的Ab,转运至粘膜表面—乳腺中的sIgA 。 4)CH3/CH4:具有与多种细胞结合的功能。不同的Ig结合不同的细胞,产生不同的免疫效应。 opsonization,ADCC, I型超敏反, 与SPA结合 (5)CH1/CH2:铰链区发生构型变化(变构)。 利于结合抗原; 利于激活补激活补体。
(5)铰链区: • 利于抗体分子超变区与抗原决定簇吻合—结合抗原。 • Ag和Ab结合后,铰链区发生构型变化,使存在于CH2区补体结合位点暴露,使补体得以结合—激活补体。
(四)Ig的水解片段: 1.木瓜蛋白酶(papain) 酶解部位:重链间二硫键近氨基端 形成片段:两个相同的单价抗原结合片段(Fab); 一个可结晶片段(Fc) 功能: Fab:与抗原特异结合,单价结合,肉眼不可见(凝集、沉淀反应) Fc:保留重链的抗原性及相应功能区的生物活性
2.胃蛋白酶(pepsin) 酶解部位:重链间二硫键近羧基端 形成片段:双价的抗原结合片段: F(ab’)2、pFc’ 功能: F(ab’)2:与抗原特异结合,呈双价结合的。 pFc’:无任何生物活性的小分子多肽碎片。
3.Ig水解片段研究意义 • 阐明Ig的结构及生物活性; • 应用治疗:经酶降解的Ig,经浓缩制备,提高疗效,可减少超敏反应的发生。
三、抗体的生物学活性 1.特异性结合抗原(Fab;VL/VH;HVR;CDR) 2.激活补体:IgG、IgM 3.与组织细胞结合 • 调理吞噬作用:IgG、IgM • ADCC作用:IgG、IgA、IgE • I型超敏反应:IgE 4.与葡萄球菌A蛋白结合:IgG 5.选择性传递:IgG(胎盘), SIgA(粘膜) 6.具有抗原性:分类鉴定,分离纯化, 免疫诊断,自身免疫。
四、五类免疫球蛋白的特点与功能 1.IgG(单体) 1)分4个亚类:IgG1、IgG2、IgG3、IgG4 (激活补体能力:IgG3,IgG1,IgG2) 2)血清含量最高(75%),分子量最小 3)半衰期长(21天左右),出生后3月开始合成 4)唯一通过胎盘的Ig(IgG4不通过胎盘) 5) 其Fc段与SPA(葡萄球菌蛋白A)结合 6)抗感染抗体(抗菌、抗病毒、中和毒素;ADCC) 参与自身免疫、超敏反应。 IgG是再次免疫的主要抗体。
2.IgM(五聚体或单体) • 五聚体IgM: 1)分子量最大(存在于血流中,抗败血症), 血清含量占5%-10%。 2)合成最早(半衰期短,5d),用于早期诊断、产前诊断 3)在早期感染中具重要的免疫防御作用— 具有强大的调理、激活补体及杀菌作用 4)血型抗体主要为IgM,也有少量分泌型IgM。 5)参与自身免疫、超敏反应 • 单体IgM: 为mIgM,是B细胞的重要表面标志,是最早出现的BCR。
3.IgA: 1)血清型IgA:单体,存在于血清中,免疫作用弱。 2)分泌型IgA:双体、三体及多体 • 存在于乳汁、唾液及外分泌液中 • 局部免疫防御(第一道防线): 激活补体(替代途径) 免疫调理作用、ADCC IgA的跨细胞膜转运: • 带有J链的IgA多聚体,与粘膜上皮细胞表达poly-Ig 受体(pLgR)结合;被细胞吞噬,在转运小体里再被转运到粘膜表面。
4.IgD: (1)血清含量低(1%) (2)B细胞分化受体(3)防止免疫耐受(成熟B细胞表达mIgM和IgD;Ba与Bm细胞无mIgD) 5.IgE: (1)正常时含量极低(0.002%) (2)两类Fc受体: 高亲和力受体(FcεRIⅠ):与I型超敏反应有关 低亲和力受体(FcεRⅡ):与ADCC有关
五、免疫球蛋白的抗原性 1.同种型:指同一物种内所有个体共有的Ig的抗原特异性结构。同种型抗原决定簇存在于Ig的CH、CL区。 2.同种异型:指同一物种内不同个体间的Ig在抗原性上的差异。同种异型抗原决定簇存在于Ig的CH1、CL区的特定部位。 3.独特型:同一个体内不同B细胞克隆产生的Ig V区的抗原特异性各不相同,其超变区各自具备的独特抗原决定簇结构,称为抗体的独特型。 独特型决定簇存在于Ig的超变区。
六、Ig的基因结构与Ab多样性的机制 • (一)免疫球蛋白的基因库 • H基因库(重链基因连 • 锁群)第14号染色体 • 2.κ基因库(κ链基因连 • 锁群)第2号染色体 • 3.λ基因库(λ链基因连 • 锁群)第22号染色体 (二)Ig的基因结构 1.Ig重链VDJ基因重排及C基因类别转换 V区: V、D、J基因编码 V基因:CDR1、CDR2 D基因及V-D:大部分CDR3 D-J基因:CDR3其余部分及骨架区 C区:C基因编码 存在类别转换
2.Ig轻链基因结构与VJ重排 (1)Ig κ型轻链基因:V、J、C κ V基因: CDR1、CDR2 V-J基因:CDR3 C基因: C区 (2)Igλ型轻链基因:V、J、C λ V基因:CDR1、CDR2 V-J: CDR3 C基因:C区
(三)Ig的基因结构及其重排和表达 1.κ链: Vκ(约100个)、 Jκ(5个)、 Cκ(1个) 2.λ链: Vλ(约30个)、 Jλ-Cλ(4个) 3.H链: V基因(约95个) • D基因(27个) • J基因(6个) • C基因(9个)
(四)Ig的类别转换 1.定义 一个B细胞克隆在分化过程中V-D-J功能性基因片段保持不变,而发生C基因重排,使其表达的抗体分子发生H链类的改变,称为类别转换(class switching) 。 2.举例B细胞克隆 IgM IFN-γ IgG IL-4 IgE IL-5 IgA