《免疫球蛋白》PPT课件.ppt

第三章免疫球蛋白,教学目的和要求：1掌握抗体和免疫球蛋白的概念、结构、类型和功能。各类免疫球蛋白的特性和功能。2熟悉免疫球蛋白的类别转换机制；单克隆抗体的制备和应用。3了解免疫球蛋白的基因结构和基因重排；基因工程抗体。,第一节：概念1.抗体（antibody,Ab）功能性概念是机体接受抗原刺激后，B细胞活化、增值、分化为浆细胞，由浆细胞产生的一类能与相应抗原特异性结合的球蛋白。主要存在血清中，也存在于如呼吸道粘膜液、小肠粘膜液、唾液以及乳汁等其它体液中。2.免疫球蛋白（immunoglobulin,Ig）存在于人和动物血液（血清）、组织液及其它外分泌液中的一类具有抗体活性或化学结构与抗体分子相似的球蛋白。,存在形式BCR（B细胞受体)膜型（membraneimmunoglobulin,mIg）：存在于B细胞膜上抗体分泌型（secretedimmunoglobulin,sIg）：存在血清和组织液中,第二节：免疫球蛋白的分子结构,一、免疫球蛋白的基本结构,由两条相同的重链和两条相同的轻链通过二硫键连接而成的四肽链分子。“Y”型，重链（5种:、）轻链（2种:、）可变区（V区）超变区（HVR，3个，又称CDR互补决定区）骨架区:FR（4个）恒定区（C区）铰链区,（一）重链与轻链1、重链（heavychain,H链）重链大小约为轻链的2倍，含450550个氨基酸残基，分子量约为55或75kD。根据H链抗原性的差异可将其分为5类：链、链、链、链和链，不同H链与L链（或链）组成完整Ig的分子分别称之为IgM、IgG、IgA、IgD和IgE。、和链上含有4个肽，和链含有5个环肽。,2、轻链（lightchain,L链）：约210个氨基酸，分为和两种，据此Ig分为和两型；（二）、可变区和恒定区可变区（variableregion，V区）：位于Ig分子的N端、轻链1/2和重链1/4或1/5处；其氨基酸序列随Ig针对的抗原特异性变化而变化，是抗体与抗原特异性结合的部位。V区可进一步分为超变区（或者互补决定区）和骨架区。,超变区（hypervariableregion,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，此为HVR。轻、重链各有3个HVR。超变区乃抗体与抗原表位（AD）特异性（互补）结合的位置，又称为互补决定区（complementarity-determiningregion,CDR）。骨架区（frameworkregion,FR）：V区中非HVR部位的氨基酸组成和排列相对保守，此为FR。VH和VL各有4个FR。恒定区（constantregion,C区）：位于Ig分子的C端、轻链1/2和重链3/4或4/5处。其氨基酸的组成或排列顺序不随Ig针对的抗原特异性的改变而改变。是Ig介导多种生物学功能的部位。,（三）、铰链区位于CH1和CH2之间可转动的区，含丰富的脯氨酸，易伸展弯曲，有利于IgV区与抗原互补结合；有利于暴露补体结合位点；对蛋白酶敏感。IgM和IgE无铰链区。（四）其它成分J链（joiningchain）：由浆细胞合成，能将单体Ig分子连接为多聚体（如IgM和sIgA）。分泌片（secretorypiece,sp）由黏膜上皮细胞合成和分泌，以非共价形式结合在IgA二聚体上，使其成为sIgA。,二、免疫球蛋白的功能区,功能区（domain）：是不连续，紧密折叠的区域，由重链和轻链经链内二硫键连接而成的球状结构。每一功能区约由110个氨基酸组成，在功能区中氨基酸序列有高度同源性。,（一）、L链功能区分为L链可变区（VL）和L链恒定区（CL）两功能区。（二）、H链功能区IgG、IgA和IgD的H链各有一个可变区（VH）和三个恒定区（CH1、CH2和CH3）共四个功能区。IgM和IgE的H链各有一个可变区（VH）和四个恒定区（CH1、CH2、CH3和CH4）共五个功能区。如要表示某一类免疫蛋白H链恒定区，可在C（表示恒定区）后加上相应重链名称（希腊字母）和恒定区的位置（阿拉伯数字），例如IgG重链CH1、CH2和CH3可分别用C1、C2和C3来表示。,（三）、主要功能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.IgG的CH2和IgM的CH3具有补体固有成分C1q的结合点，参与激活补体系统。4.IgG的CH3/IgGE的CH4具有结合包括单核细胞、巨噬细胞、粒细胞、B细胞、NK细胞等细胞的Fc段受体的功能。5.IgG的CH2+CH3具有介导IgG通过胎盘的特性。,三、免疫球蛋白的水解片段,1.木瓜蛋白酶（Papain）（将重链于近氨基端切断）（1）裂解部位：IgG铰链区H链链间二硫键近N端侧切断。（2）裂解片段：两个Fab段,每个Fab段由一条完整的L链和一条约为1/2的H链组成，Fab段分子量为45kD。Fab中约1/2H链部分称为Fd段，约含225个氨基酸残基，包括VH、CH1和部分铰链区。生物学活性：一个完整的Fab段可与抗原结合，表现为单价，但不能形成凝集或沉淀反应。决定抗体分子特异性。,一个Fc段（可结晶段，fragmentcrystallizable）,由连接H链二硫键和近羧基端两条约1/2的H链所组成，分子量约50kD。Ig在异种间免疫所具有的抗原性主要存在于Fc段。生物学活性：该片段无结合抗原活性，但与抗体分子的生物学活性有密切关系：选择性地通过胎盘；与补体结合活化补体；决定Ig分子的亲细胞性(即与带Fc受体细胞的结合)；Ig通过粘膜进入外分泌液等都是Fc片段的功能。Fc段是免疫球蛋白分子中的重链稳定区，因此它是决定各类免疫球蛋白抗原特异性的部位。,2.胃蛋白酶（Pepsin）（将重链于近羧基端切断）（1）裂解部位：铰链区H链链间二硫键近C端切断。（2）裂解片段：1）F（ab）2：包括一对完整的L链和由链间二硫键相连一对略大于Fab中Fd的H链，称为Fd，约含235个氨基酸残基，包括VH、VH1和铰链区。F（ab）2生物学活性：具有双价抗体活性，与抗原结合可发生凝集和沉淀反应。双价的F（ab）2与抗原结合的亲合力要大于单价的Fab。由于应用F（ab）2时保持了结合相应抗原的生物学活性，又减少或避免了Fc段抗原性可能引起的副作用，因而在生物制品中有较大的实际应用价值。,2.胃蛋白酶（Pepsin）（将重链于近羧基端切断）不具备固定补体以及与细胞膜表面Fc受体结合的功能。F（ab）2经还原等处理后，H链间的二硫可发生断裂而形成两个相同的Fab片段。2）Fc可继续被胃蛋白酶水解成更小的片段，失去其生物学活性。,第三节免疫球蛋白的血清型,根据Ig不同抗原决定簇存在的不同部位以及在异种、同种异体或自体中产生免疫反应的差别，可把Ig的抗原性分为同种型、同种异型和独特型三种。一、同种型（isotype）同一种属每个个体都具有的免疫球蛋白的抗原特异性，其抗原决定簇主要存在于Ig的C区。同种型主要包括Ig的类、亚类，型和亚型。,（一）类和亚类1、类：决定Ig不同类的抗原性差异存在于H链的恒定区（CH）。根据CH抗原性的差异（即氨基酸组成、排列、构型、二硫键等不同）H链可分为、和五类，不同H链与L链组成完整Ig的分子别为IgM、IgA、IgD和IgE。在基因水平上，不同类的H链恒定区是由不同的恒定区基因片段所编码。不同类Ig在理化性质及生物学功能上可有较大差异。,（一）类和亚类2、亚类：同一类Ig中由于铰链区氨基酸组成和二硫键数目的差异，可分为不同的亚类，亚类间抗原性的差异要小于不同类之间的差异。目前已发现人的重链有1和2两个亚类，分别与L链组成IgA1和IgA2。重链有4个亚类，但命名为IgG1、IgG2a、IgG2b和IgG3。IgM有IgM1和IgM2；IgD未发现亚类。其他动物的IgG也有不同的亚类，Ig不同亚类也是由不同的恒定区基因片段编码。,（二）型和亚型(根据轻链C区抗原特异性不同分型)1、型(kappa)型(lambda)型和轻链之比约为2：1；小鼠，97%轻链为型，型只占3%左右。人类血清中各位Ig所含和轻链的比例为1：2。,（二）型和亚型(2)亚型(链)：根据轻链恒定区（C2）个别氨基酸的差异又可分1、2、3和4四个亚型。OZ(+)(或1)：第190位(亮氨酸)OZ(-)(或2)：第190位(精氨酸)Kern(+)(或3)：第154位(甘氨酸)Kern(-)(或4)：第154位(丝氨酸),（二）同种异型（allotype）指同一种属不同个体间Ig分子所具有的不同的抗原表位，能够刺激同种异体免疫系统产生应答。主要反映在分子的CH和CL上的一个或数个氨基酸的差异(geneticmarkers遗传标志)。Gm因子：Gm1-30Am因子：A2m1，A2m2Km因子：Km1，Km2，Km3（三）独特型（idiotype）在同一个体内，不同B细胞克隆所产生的免疫球蛋白分子V区以及T、B细胞表面抗原受体V区所具有的抗原特异性不同。由免疫球蛋白的超变区特有的氨基酸序列和构型决定。,第四节免疫球蛋白的生物学活性一、V区的功能V区的功能是特异性结合抗原表位。*抗体特异性结合抗原中和毒素、阻断病毒感染。*BCR特异性结合抗原B细胞识别抗原。,二、C区的功能C区的功能是介导抗体的各种生物学效应1激活补体*IgM、IgG1-3与抗原结合成复合物，激活经典途径。*凝聚的IgA或IgG4可激活补体旁路途径。2与细胞表面FcR结合（1）调理作用（opsonization）：促进吞噬细胞吞噬被抗体结合的细菌等颗粒性抗原。IgFc段与吞噬细胞表面FcR结合，促进吞噬。,二、C区的功能（2）抗体依赖的细胞介导的细胞毒作用（Ab-dependentcell-mediatedcytotoxicity,ADCC）：IgG与靶细胞表面抗原特异性结合，效应细胞（NK细胞、巨噬细胞、中性粒细胞）表面FcR与靶细胞表面IgG的Fc段结合，杀伤靶细胞。（3）介导I型超敏反应：IgEFc段与肥大细胞、嗜酸粒细胞表面FcR结合，促进靶细胞合成、释放生物活性物质，导致I型超敏反应。3穿过胎盘和粘膜*IgG可通过胎盘；sIgA可穿过呼吸道和消化道粘膜，均与其Fc段相关。,三、抗体的Fc受体(一)IgG的FcR分、型，均属免疫球蛋白超家族成员FcR：单核细胞、巨噬细胞、中性粒细胞，IgG(IgG1和IgG3)的高亲合力受体；FcR：分布广泛，以低亲和力结合免疫复合物和多聚形式的IgG；FcR：IgG1、IgG3为低亲和力受体。巨噬细胞、NK细胞、嗜酸性粒细胞和中性粒细胞，与单体或免疫复合物形式的IgG结合，介导NK细胞的ADCC效应及巨噬细胞的捕获或清除等。,(二)IgE的Fc受体FcR：结构：跨膜糖蛋白，属Ig超家族,IgE的高亲和力受体。分布和功能：嗜碱性粒细胞和肥大细胞，介导型速发型超敏反应。FcR(CD23)：结构：穿膜糖蛋白，低亲和力受体,属C型凝集素家族成员。分布：成熟B细胞、活化巨噬细胞和树突状细胞等。,(三)IgA的Fc受体FcR(CD89)为跨膜糖蛋白，属Ig超家族成员。为中等亲和力受体，主要表达于单核细胞、巨噬细胞、中性粒细胞等，介导吞噬、ADCC以及炎症介质的释放。(四)IgM受体、IgD前者主要表达于B细胞，二者共同表达于成熟B细胞。,四、免疫球蛋白超家族（一）概念许多细胞膜表面和机体的某些蛋白分子，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IgC区有较高的同源性。编码这些多肽链的基因被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(Immunoglobulinsuperfamily,IGSF)。,（二）组成1.T细胞、B细胞抗原识别受体和信号传导分子2.MHC及相关分子3.Ig受体4.某些细胞因子受体5.神经系统功能相关分子6.部分白细胞分化抗原（CD）,第五节各类免疫球蛋白的特点一、IgG1.一般特性(1)单体分子；(2)四个亚类；(3)血清中含量最高(75%Ig)；(4)半衰期最长(21-23天)；(5)出生后3个月开始合成，3-5岁达成人水平(8.0-17mg/ml)；(6)IgG1、IgG2和IgG4可通过Fc段与葡萄球菌A蛋白（SPA）结合。,2.生物学活性(1)通过胎盘（新生儿抗感染）；(2)激活补体（裂解细胞）；(3)调理作用（促进吞噬）；(4)介导ADCC（细胞毒作用）。3.实际意义(1)抗感染；(2)自身抗体自身免疫病；(3)介导变态反应(、型)；(4)封闭抗体肿瘤细胞逃逸；(5)亲合层析法IgG纯化；(6)免疫学检测。,二、IgM1.五聚体，分子量最大(900kd)，又称巨球蛋白；2.人类发育过程中最早合成的Ig；3.体液免疫应答最先产生的Ig感染早期免疫；4.占血清Ig含量的510%；5.半衰期5天血清中特异性IgM水平增高提示有近期感染；,6.激活补体；7.IgM不能通过胎盘脐带血或新生儿血清中IgM水平升高表明胎儿有宫内感染；8.B细胞膜IgM（mIgM）体液免疫应答；9.自身抗体自身免疫病。,三、IgA1.两种类型,血清型：IgA1，单体；分泌型：IgA2，二聚体,粘膜局部浆细胞合成；分泌片由粘膜上皮细胞合成；,三、IgA2.半衰期6天；3.占血清Ig含量的5-15%；4.粘膜局部抗感染免疫，阻止病原微生物黏附；5.聚合IgA激活补体替代途径。,四、IgD1.单体分子2.存在形式：分泌性血清中，功能不清；膜结合性B细胞表面,3.意义（1）是B细胞成熟的重要标志；（2）抗原受体，对B细胞活化、增殖和分化起调节作用；4.占血清Ig含量的1%；5.半衰期3天。,五、IgE1.单体分子；2.血清中含量最低(占Ig的0.002%)；3.种系进化中出现最晚；4.呼吸道和胃肠道浆细胞产生；5.介导型超敏反应；6.过敏性疾病和某些寄生虫感染患者血清中特异性IgE水平增高。,五大类免疫球蛋白特性比较（1）,五大类免疫球蛋白特性比较（2）,各类免疫球蛋白比较,第六节单克隆抗体和基因工程抗体一、多克隆抗体（polyclonalantibody）1.定义：抗原分子通常具有多个抗原决定簇，动物免疫后可刺激多种具有相应抗原受体的B细胞发生免疫应答，因而可产生多种针对不同抗原决定簇的抗体。这些由不同B细胞克隆产生的抗体称为多克隆抗体（polycolonalantibody,PcAb）。2.实际意义（1）预防、治疗感染性疾病（特异性差，可发生超敏反应）（2）临床诊断,二、单克隆抗体（monoclonalantibody,McAb）1.定义：由单一克隆B细胞杂交瘤产生的、只识别抗原分子某一特定抗原决定簇的、具有高度特异性的抗体。每种单克隆抗体其类、亚类、型及亲和力完全相同，具有高度均一性。2.特点具有高度均一性。,3.杂交瘤细胞骨髓瘤细胞无限增殖；免疫B细胞合成、分泌特异性抗体。4.杂交瘤技术HAT培养基：次黄嘌(H)、氨基蝶呤(A)和胸腺嘧啶核苷(T)。,三、基因工程抗体基因工程抗体是通过PCR技术获得抗体基因或抗体基因片段，与适当载体重组后引入不同表达系统所产生的抗体，被广泛应用于疾病的临床诊断、预防和治疗及基础理论研究等领域。人-鼠嵌合抗体（chimericantibody）；人改型抗体（reshapedhumanizedantibody）；小分子抗体；双特异性抗体（bispecificantibody）等。,思考题1.阐述免疫球蛋白的基本机构及各个功能区的意义2.阐述免疫球蛋白的水解片断3.简述五大类免疫球蛋白具有不同的理化特性和生物学功能4.同种型、同种异型和独特型的概念5.单克隆抗体,