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第 四 章 免疫球蛋白19721972年诺贝尔生理医学奖年诺贝尔生理医学奖年诺贝尔生理医学奖年诺贝尔生理医学奖第 四 章 免疫球蛋白1972年诺贝尔生理医学奖1 1内容提要内容提要概述概述免疫球蛋白的结构免疫球蛋白的结构抗体的抗原性抗体的抗原性抗体的功能抗体的功能五类免疫球蛋白的特性五类免疫球蛋白的特性人工制备抗体人工制备抗体内容提要概述2 2抗体的发现和研究 ：1889年：绿脓杆菌 感染 动物血清 凝集反应凝集反应凝集反应凝集反应（凝集素）（凝集素）（凝集素）（凝集素）1890年年(Behring):白喉类毒素白喉类毒素 免疫免疫 动物血清动物血清绿脓杆菌绿脓杆菌白喉毒素白喉毒素中和毒素中和毒素中和毒素中和毒素(抗毒素抗毒素抗毒素抗毒素)抗体的发现和研究 ：凝集反应 1890年(Behring)3 3 并发现在血清蛋白中主要是并发现在血清蛋白中主要是并发现在血清蛋白中主要是并发现在血清蛋白中主要是r-r-r-r-球蛋白（丙种球蛋白）球蛋白（丙种球蛋白）球蛋白（丙种球蛋白）球蛋白（丙种球蛋白）具有具有具有具有抗体抗体抗体抗体活性。活性。活性。活性。19721972年，获得诺贝尔生理医学奖。年，获得诺贝尔生理医学奖。年，获得诺贝尔生理医学奖。年，获得诺贝尔生理医学奖。抗体抗体(antibody，Ab)凝集素凝集素凝集素凝集素抗毒素抗毒素抗毒素抗毒素溶菌素溶菌素溶菌素溶菌素沉淀素沉淀素沉淀素沉淀素1930193019301930年发现年发现年发现年发现：并发现在血清蛋白中主要是r-球蛋白（丙种球蛋白）具有抗体4 4血清蛋白电泳图谱显示albuminglobulina ab bg ga ab bg ga ab bg gnonimmune serumimmunized serumimmunized serum was incubated with the antigen血清蛋白电泳图谱显示albuminglobulinabgab5 5概念概念1.抗体（抗体（antibody,Ab）功能性概念）功能性概念 是介导体液免疫的重要效应分子。是B细胞接受抗抗原刺激原刺激后增殖分化为浆细胞所产生的糖蛋白，通过与相应抗原特异性结合发挥体液免疫功能。2.免疫球蛋白（免疫球蛋白（immunoglobulin,Ig）结构性概念）结构性概念 具有抗体活性或 化学结构与抗体相似的球蛋白。概念6 6医学免疫学ppt课件-抗体文档7 7存在形式存在形式 BCR 膜型（membrane immunoglobulin,mIg）抗体 分泌型（secreted immunoglobulin,sIg）理化性质理化性质n属球蛋白，在电泳图谱上大部分抗体活性在球蛋白，具有抗原性。CKRCRcomplementcytokine存在形式理化性质CKRCRcomplementcytok8 8二、二、IgIg的结构的结构(IgG(IgG 为例为例)重链与轻链 (H or L)可变区和恒定区(V or C)超变区与骨架区(HVR or FR)铰链区，J链和分泌片结构域水解片段结构结构二、Ig的结构(IgG 为例)重链与轻链 (H or L)9 9医学免疫学ppt课件-抗体文档1010基本结构 *两条相同的重链+两条相同的轻链分类和分型（1）根据重链氨基酸组成、序列及结构的差异，将）根据重链氨基酸组成、序列及结构的差异，将Ig 分为五类：分为五类：IgM()IgM()、IgG()IgG()、IgA()IgA()、IgD()IgD()、IgE()IgE()亚类：亚类：亚类：亚类：IgGIgG：IgG1,IgG2,IgG3,IgG4 IgG1,IgG2,IgG3,IgG4 IgA IgA：IgA1,IgA2IgA1,IgA2 （2 2）分两型：）分两型：）分两型：）分两型：根据轻链氨基酸组成、序列及结构的差异，根据轻链氨基酸组成、序列及结构的差异，根据轻链氨基酸组成、序列及结构的差异，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：可将轻链分为两型：可将轻链分为两型：可将轻链分为两型：和和和和 型型型型 N N N N端端端端C C C C端端端端基本结构N端C端1111医学免疫学ppt课件-抗体文档1212可变区和恒定区可变区和恒定区 1.可变区（variable region，V区）：位于Ig分子N端，占轻链1/2和重链1/4或1/5；决定抗体与抗原结合的特异性。HVR=CDR *超变区（HVR）：在VL和VH中，某些特定位置的氨基酸残基的排列顺序高度可变。轻、重链各有3个HVR。*互补决定区（CDR）：超变区乃抗体与抗原（表位）特异性结合的位置。*骨架区（FR）：V区中非HVR部位。VH和VL各有4个FR。2.恒定区（constant region,C区)：位于Ig 分子的C端，占轻链1/2和重链3/4或4/5。在同一种属中，同一类重链和同一类轻链C区氨基酸的组成或排列比较恒定。介导Ig多种生物学功能。可变区和恒定区1313医学免疫学ppt课件-抗体文档1414医学免疫学ppt课件-抗体文档1515铰铰链链区区 位位于于CH1和和CH2之之间间可可转转动动的的区区，含含丰丰富富的的脯脯氨氨酸酸，易易伸伸展展弯弯曲曲，有有利利于于Ig V区区与与抗抗原原互互补补性性结结合合；有有利利于暴露补体结合位点；对蛋白酶敏感。于暴露补体结合位点；对蛋白酶敏感。其它成分其它成分 J链（链（joining chain）分泌片（分泌片（secretory piece,sp）水解片段水解片段功能区功能区医学免疫学ppt课件-抗体文档1616Flexibility of immunoglobulinsFlexibility of immunoglobulins1717 1.连接链（连接链（joining chain，J链）：链）：IgM五聚体，五聚体，IgA双聚体双聚体 2.分泌片（分泌片（secretory piece,SP）：）：SIgA 1.连接链（joining chain，J链）：IgM1818 免疫球蛋白的免疫球蛋白的水解片段水解片段 1.木瓜蛋白酶（木瓜蛋白酶（Papain）（将重链于近氨基端切断）（将重链于近氨基端切断）Fab段（段（fragment of antigen-binding，抗原结合片段）：抗原结合片段）：Fab段可以段可以 与抗原结合，具有抗体的活性。与抗原结合，具有抗体的活性。Fc段段（fragment crystalizable，可结晶片段）：异种间免疫有抗原性可结晶片段）：异种间免疫有抗原性 2.胃蛋白酶（胃蛋白酶（Pepsin）（将重链于近羧基端切断）（将重链于近羧基端切断）F(ab)2 ：可结合：可结合2个抗原表位。个抗原表位。pFc：无生物学活性。：无生物学活性。3.意义：阐明意义：阐明Ig分子生物学作用。分子生物学作用。免疫球蛋白的水解片段1919医学免疫学ppt课件-抗体文档2020免疫球蛋白的结构域Ig的的多多肽肽链链分分子子可可折折叠叠成成若若干干个个由由链链内内二二硫硫键键连连接接的的球球形形结结构构。每每个个球球形形结结构构约约由由110个个氨氨基基酸酸组组成成，具具有有一一定定的的生理功能，故称为生理功能，故称为功能区（功能区（domain）。VH和和VL：与抗原特异性结合的部位；：与抗原特异性结合的部位；CL和和CH1：某些同种异型（：某些同种异型（allotype）遗传标记；）遗传标记；IgG的的CH2、IgM的的CH3：补体补体C1q结合点结合点 激活补体经典途径；激活补体经典途径；IgG的的CH3：结合单核结合单核/巨噬细胞表面巨噬细胞表面FcR 不同生物学效应不同生物学效应免疫球蛋白的结构域Ig的多肽链分子可折叠成若干个由链内二硫键2121与抗原特异性结合的部位与抗原特异性结合的部位某些同种异型遗传标记某些同种异型遗传标记结合补体结合补体结合结合FcR与抗原特异性结合的部位某些同种异型遗传标记结合补体结合FcR2222三、免疫球蛋白的异质性三、免疫球蛋白的异质性 不同抗原表位刺激所产生不不同抗原表位刺激所产生不同的抗体分子，其识别抗原的同的抗体分子，其识别抗原的特异性不同（特异性不同（V V区不同）区不同）同一抗原表位诱生的不同类同一抗原表位诱生的不同类型的抗体，其识别抗原的特异型的抗体，其识别抗原的特异性相同（性相同（C C区不同）区不同）免疫球蛋白有不同种类免疫球蛋白有不同种类 免疫球蛋白同时可作为抗原，免疫球蛋白同时可作为抗原，其具有不同的抗原特异性其具有不同的抗原特异性免疫球蛋白具有抗原性免疫球蛋白具有抗原性三、免疫球蛋白的异质性 不同抗原表位刺激所产生不同的抗体2323IgIg的血清型的血清型 同种型（同种型（isotypeisotype）指同一种属所有个体的指同一种属所有个体的IgIg分子共有的抗原特异性标志，位于分子共有的抗原特异性标志，位于IgIg的的C C区。区。同种异型（同种异型（allotypeallotype）指指同同一一种种属属不不同同个个体体间间IgIg分分子子所所具具有有的的不不同同的的抗抗原原特特异异性性标标志志，位位于于IgIg的的C C区。区。独特型（独特型（idiotypeidiotype）指指同同一一个个体体不不同同B B细细胞胞克克隆隆产产生生的的IgIg分分子子所所特特有有的的抗抗原原特特异异性性标标志志，独独特特型由若干个抗原决定簇组成，主要存在于型由若干个抗原决定簇组成，主要存在于V V区。区。Ig的血清型2424医学免疫学ppt课件-抗体文档2525免疫网络学说免疫网络学说 1972年年Jerne根据现代免疫学对抗体分子独特型的认识，提出了免疫网根据现代免疫学对抗体分子独特型的认识，提出了免疫网络学说，获络学说，获1984年诺贝尔医学奖。年诺贝尔医学奖。在抗原刺激发生之前，机体处于一种相对的免疫稳定状态，当抗原进入在抗原刺激发生之前，机体处于一种相对的免疫稳定状态，当抗原进入机体后打破了这种平衡，导致了特异性抗体（机体后打破了这种平衡，导致了特异性抗体（Ab1）的产生，当达到一定量）的产生，当达到一定量时将引起针对时将引起针对Ab1分子独特型的免疫应答，即产生抗独特型分子独特型的免疫应答，即产生抗独特型Ab2。抗独特型。抗独特型抗体分为两种，分别针对抗体分为两种，分别针对V 区的支架部位（区的支架部位（型，即型，即Ab2）和抗原结合部位）和抗原结合部位（型，即型，即Ab2）。）。Ab2与抗原决定基结构相似，并能与抗原竞争性地和与抗原决定基结构相似，并能与抗原竞争性地和Ab1Ab1结合，因而结合，因而型抗独特型抗体被称为抗原的内影像型抗独特型抗体被称为抗原的内影像（internal image）。）。抗独特型抗体作为一种负反馈因素，对特异性抗体的分泌起抑制作用。抗独特型抗体作为一种负反馈因素，对特异性抗体的分泌起抑制作用。免疫网络学说2626四、免疫球蛋白的生物学功能四、免疫球蛋白的生物学功能V V区的功能区的功能与抗原特异性结合；中和作用：阻止病毒、中和细菌毒素；四、免疫球蛋白的生物学功能V区的功能2727Neutralization Neutralization By Antiviral By Antiviral AntibodiesAntibodiesNeutralization By Antiviral An2828可变区（variable region，V区）：位于Ig分子N端，占轻链1/2和重链1/4或1/5；HVR=CDRpFc：无生物学活性。IgG的CH2、IgM的CH3：Fab段（fragment of antigen-binding，抗原结合片段）：Fab段可以出生后3个月开始合成，3-5岁接近成人水平；在同一种属中，同一类重链和同一类轻链C区氨基酸的组成或排列比较恒定。未成熟B细胞仅表达mIgM，记忆B细胞mIgM消失。Ab2与抗原决定基结构相似，并能与抗原竞争性地和Ab1结合，因而型抗独特型抗体被称为抗原的内影像（internal image）。在抗原刺激发生之前，机体处于一种相对的免疫稳定状态，当抗原进入机体后打破了这种平衡，导致了特异性抗体（Ab1）的产生，当达到一定量时将引起针对Ab1分子独特型的免疫应答，即产生抗独特型Ab2。免疫球蛋白（immunoglobulin,Ig）结构性概念与细胞表面FcR结合多克隆抗体(polyclonal antibody,PAb)：是血清中含量最低的Ig；pFc：无生物学活性。*超变区（HVR）：在VL和VH中，某些特定位置的氨基酸残基的排列顺序高度可变。指同一种属不同个体间Ig分子所具有的不同的抗原特异性标志，位于Ig的C区。抗体的发现和研究 ：Bacterial Neutralization By AbBacterial Neutralization By Ab可变区（variable region，V区）：位于Ig分子2929C C区的功能区的功能 激活补体激活补体 IgM、IgG13 激活补体经典途径 IgA、IgE或IgG4 激活补体旁路途径 与细胞表面与细胞表面FcRFcR结合结合 1）调理作用：IgFc段与吞噬细胞表面FcR结合促吞噬；2）抗体依赖的细胞介导的细胞毒作用 （Ab-dependent cell-mediated cytotoxicity,ADCC)3)介导I型超敏反应 穿过胎盘和粘膜：IgG通过胎盘；sIgA穿过粘膜的功能参与免疫应答的调节C区的功能3030nonimmune serum*超变区（HVR）：在VL和VH中，某些特定位置的氨基酸残基的排列顺序高度可变。指同一种属不同个体间Ig分子所具有的不同的抗原特异性标志，位于Ig的C区。IgM()、IgG()、IgA()、IgD()、IgE()多克隆抗体(polyclonal antibody,PAb)：主要由呼吸道、胃肠道粘膜固有层的浆细胞产生有利于暴露补体结合位点；同种异型（allotype）J链（joining chain）发育早，个体发育最先出现，脐带血IgM增高提示胎内感染（如风疹病毒、巨细胞病毒感染等）；抗独特型抗体分为两种，分别针对V 区的支架部位（型，即Ab2）和抗原结合部位（型，即Ab2）。补体C1q结合点 激活补体经典途径；参与型、型超敏反应，某些自身免疫病的抗体也属IgG抗独特型抗体作为一种负反馈因素，对特异性抗体的分泌起抑制作用。可变区（variable region，V区）：位于Ig分子N端，占轻链1/2和重链1/4或1/5；介导I型超敏反应(IgE)nonimmune serum3131医学免疫学ppt课件-抗体文档3232医学免疫学ppt课件-抗体文档3333介导I型超敏反应(IgE)hypersensitivityAg介导I型超敏反应(IgE)Ag3434医学免疫学ppt课件-抗体文档3535五、五、Ig的特性和功能的特性和功能IgGIgMIgAIgDIgE五、Ig的特性和功能IgG3636医学免疫学ppt课件-抗体文档3737IgG的特性和功能的特性和功能出生后出生后3 3个月开始合成，个月开始合成，3-53-5岁接近成人水平；岁接近成人水平；血清中的主要抗体成分（血清中的主要抗体成分（75-80%75-80%）；半衰期长；）；半衰期长；多数抗菌、抗病毒、抗毒素抗体均属多数抗菌、抗病毒、抗毒素抗体均属IgGIgG类；类；是唯一能通过胎盘的是唯一能通过胎盘的IgIg，发挥自然被动免疫功能；，发挥自然被动免疫功能；具有活化补体经典途径的能力（具有活化补体经典途径的能力（IgG3IgG1IgG2IgG3IgG1IgG2）；）；具有调理作用、具有调理作用、ADCCADCC作用和结合作用和结合SPA(SPA(葡萄球菌蛋白葡萄球菌蛋白A)A)等；等；参与参与型、型、型超敏反应，某些自身免疫病的抗体也属型超敏反应，某些自身免疫病的抗体也属IgGIgGIgG的特性和功能出生后3个月开始合成，3-5岁接近成人水平3838医学免疫学ppt课件-抗体文档3939IgM的特性和功能的特性和功能分子量最分子量最大大，为五聚体，称为巨球蛋白；，为五聚体，称为巨球蛋白；发发育育早早，个个体体发发育育最最先先出出现现，脐脐带带血血IgM增增高高提提示示胎内感染（如风疹病毒、巨细胞病毒感染等）；胎内感染（如风疹病毒、巨细胞病毒感染等）；抗抗原原初初次次刺刺激激机机体体时时，是是体体内内最最先先产产生生的的Ig；血血清清IgM升升高高说说明明有有近近期期感感染染；有有强强大大激激活活补补体体能能力力和和调理作用，在机体调理作用，在机体早期免疫防御早期免疫防御中具有重要作用；中具有重要作用；未成熟未成熟B细胞仅表达细胞仅表达mIgM，记忆，记忆B细胞细胞mIgM消失。消失。IgM的特性和功能分子量最大，为五聚体，称为巨球蛋白；4040医学免疫学ppt课件-抗体文档4141IgA的特性和功能的特性和功能分为单体的血清型和分为单体的血清型和二聚体的分泌型二聚体的分泌型IgA；分分泌泌型型IgA 主主要要由由黏黏膜膜相相关关淋淋巴巴组组织织产产生生，存存在在于于唾唾液液、泪泪液液、乳乳汁汁及及呼呼吸吸道道、消消化化道道、泌泌尿尿道道的的分分泌泌液液中中和和黏黏膜膜表面，是机体表面，是机体黏膜局部抗感染免疫黏膜局部抗感染免疫的重要因素。的重要因素。调理吞噬、中和毒素调理吞噬、中和毒素初乳中的初乳中的sIgA可对婴幼儿发挥自然被动免疫作用可对婴幼儿发挥自然被动免疫作用IgA的特性和功能分为单体的血清型和二聚体的分泌型IgA；4343医学免疫学ppt课件-抗体文档4444IgD的特性和功能的特性和功能血清中含量低（血清中含量低（0.2%），其生物学作用尚不清楚），其生物学作用尚不清楚mIgD可作为可作为B细胞分化成熟标记，成熟细胞分化成熟标记，成熟B细胞同时表达细胞同时表达mIgM和和mIgDmIgMmIgD成熟成熟B细胞细胞活化活化B细胞细胞未成熟未成熟B细胞细胞IgD的特性和功能血清中含量低（0.2%），其生物学作用尚不4545IgE的特性和功能的特性和功能是血清中是血清中含量最低含量最低的的Ig；主要由呼吸道、胃肠道粘膜固有层的浆细胞产生主要由呼吸道、胃肠道粘膜固有层的浆细胞产生属属嗜嗜细细胞胞抗抗体体，可可与与肥肥大大细细胞胞、嗜嗜碱碱粒粒细细胞胞表表面面FcR结合，介导结合，介导I型超敏反应。型超敏反应。与抗寄生虫免疫有关。与抗寄生虫免疫有关。IgE的特性和功能是血清中含量最低的Ig；4646医学免疫学ppt课件-抗体文档4747六、人工制备抗体 1.1.多克隆抗体多克隆抗体(polyclonal antibody,PAb)：一种天然抗原通常具有多个表位，可刺激多个一种天然抗原通常具有多个表位，可刺激多个B B细胞细胞克隆发生免疫应答，产生的抗体为针对多个表位的多克隆克隆发生免疫应答，产生的抗体为针对多个表位的多克隆抗体。抗体。2.2.单克隆抗体单克隆抗体(monoclonal antibody,McAbmonoclonal antibody,McAb)：由一个克隆由一个克隆B B细胞产生，细胞产生，只作用于某一抗原决定簇的只作用于某一抗原决定簇的均一抗体。均一抗体。六、人工制备抗体 1.多克隆抗体(polyclonal an4848多克隆抗体多克隆抗体单克隆抗体单克隆抗体抗原表位抗原表位分离血清分离血清分离脾细胞分离脾细胞杂交杂交选择选择浆细胞浆细胞 骨髓瘤细胞骨髓瘤细胞杂交瘤杂交瘤克隆克隆多克隆抗体单克隆抗体抗原表位分离血清分离脾细胞杂交选择浆细胞4949单克隆和多克隆抗体的比较和用途单克隆和多克隆抗体的比较和用途特异性敏感性均一性McAbPcAb低差无高强有1、用于免疫学检测，辅助临床诊断2、McAb用于亲和层析，分离微量可溶性抗原3、标记的McAb用于基础研究，了解细胞分化等4、制备生物导弹用于肿瘤的定位诊断和临床治疗。5、抗T细胞、抗IL2McAb防治器官移植排斥单克隆和多克隆抗体的比较和用途特异性敏感性均一性McAbPc50503.3.基因工程抗体基因工程抗体(genetic engineering antibody)genetic engineering antibody)借助重组技术和蛋白质工程技术，按人们的意愿在借助重组技术和蛋白质工程技术，按人们的意愿在基因水平对基因水平对IgIg分子进行切割、拼接或修饰，重新组装成新型分子进行切割、拼接或修饰，重新组装成新型抗体分子。抗体分子。目的：保留抗体的抗原结合能力，降低生产成本、易于大规目的：保留抗体的抗原结合能力，降低生产成本、易于大规模生产，减小鼠源性成份，获得新的生物学活性。模生产，减小鼠源性成份，获得新的生物学活性。如：如：人人-鼠嵌合抗体鼠嵌合抗体(chimeric antibody)chimeric antibody)改型抗体改型抗体(reshaped humanized antibody)reshaped humanized antibody)3.基因工程抗体(genetic engineering 5151医学免疫学ppt课件-抗体文档5252Thank you!5353谢谢观看谢谢观看54