医学免疫学：04免疫球蛋白.ppt

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第四章 免疫球蛋白,(Immunoglobulin,Ig),医学免疫学,Medical Immunology,Contents,第一节 免疫球蛋白的结构,第二节 免疫球蛋白的异质性,第三节 免疫球蛋白的功能,第四节 各类,Ig,的特性与功能,第五节 人工制备抗体,目的要求,1,、,掌握抗体、,Ig,的概念；掌握,Ig,的基本结构,，,熟悉,Ig,的其他成分及酶解片段。,2,、熟悉,Ig,的类、亚类、型、亚型及,Ig,的血清型。,3,、,掌握,Ig,的功能。,4,、掌握五类,Ig,的特性与功能。,5,、掌握单克隆抗体的概念，,了解基因工程抗体、抗体的制备。,Emil von Behring,1901,antitoxins,Georeges Kohler and Cesar Milstein,1984,monoclonal antibody,Susumu Tonegama,1987,structure of Ig gene,Gerald Edelman and Rodney Porter,1972,structure of antibody,Paul Ehrlich,1908,production of antibody,Nobel Prize winners,Emil von Behring(1845-1917),Emil von Behring,1901,antitoxins,抗体是免疫球蛋白,1938,年,Tielius,和,Kabat,证实抗体是主要存在于,球蛋白中,抗体（,antibody,Ab）,是介导体液免疫的重要效应分子，是,B,细胞接受抗原刺激后增殖分化为浆细胞所产生的糖蛋白,，主要存在于血清等体液中，能与相应抗原特异性地结合，发挥免疫功能。,Antibody,浆细胞,B cell,抗原,免疫球蛋白（,immunoglobulin,Ig,）,：,具有抗体活性或化学结构与抗体相似的球蛋白。,分泌型,：存在于体液中，具有抗体的各种功能,膜型,：,B,细胞膜上的抗原受体。,Ab=Ig,IgAb；,Ab,是功能描述，,Ig,是化学结构描述,All antibodies are Igs,but not all Igs have antibody function(activity),一,.Ig,的基本结构,N,端,C,端,四肽链结构,，二硫键连接,两条相同的重链（,H）,和,两条相同的轻链（,L）,氨基端,(N),和羧基端,(C),。,“Y”,形,N,端,第一节 免疫球蛋白的结构,1.,重链,（,heavy chain，H）,由450550氨基酸组成，,分子量约为5075,KDa,(,一)重链和轻链,Ig,分,五类（,class,),或,5,个同种型,(,isotype,),IgG-,IgM-,IgA-,IgD-,IgE-,根据,重链,（,恒定区氨基酸组成和排列顺序）,的不同,同一类,Ig,根据其,铰链区氨基酸组成和重链二硫键,的数目和位置的差别，又可分为不同的亚类,(,subclass,),如,IgG,分为,IgG1IgG4,IgA,分为,IgA1，IgA2,2.,轻链,（,light chain，L）,由214个氨基酸残基组成，分子量约为25,KDa。,轻链分,2,型,(type),：,、，,功能无差异,。,链个别氨基酸的差异可以分为四个亚型,(subtype),：,1、2、3、4。,同一个天然,Ig,分子的,两条轻链总是相同的,不同种属中两型轻链的比例不同,。,、比例异常,?,:1,20:1(,小鼠,),可变区,（,variable region，V,区）,Ig,轻链和重链中靠近,N,端的110个氨基酸序列变化较大的区域，称为,可变区（,V,区）,重链和轻链的可变区分别称为,VH,和,VL,。,重链1/4和轻链1/2 组成。,恒定区,（,constant region，C,区）,靠近,C,端的氨基酸序列相对稳定的区域，,称为恒定区（,C,区）,占重链的3/4和轻链的1/2,(,二,),Ig,的,可变区和恒定区,1.可变区,（,variable region，V,区）,高变区,（,Hypervariable region(HVR),或互补决定区（,complementarity determining regions,CDR,）：,VH,和,VL,各有3个区域的氨基酸组成和排列顺序,高度,可变。,重链和轻链各有三个,CDR,CDR1,CDR2,CDR3,共同构成,Ig,的,抗原结合部位,（,antigen-binding site,）,。,骨架区（,framework region,FR）：,在,V,区中，,CDR,之外区域的氨基酸组成和排列顺序相对不易变化。,VH,和,VL,各有,FR1,、,FR2,、,FR3,、,FR4,四个骨架区。,2.恒定区（,constant region，C,区）,：,重链和轻链的,C,区分别称为,CH,和,CL,，,不同类,Ig,的重链,CH,长度不一，,IgG,、,IgA,和,IgD,：,C,H,1、C,H,2,和,C,H,3；,IgM,和,IgE,：,C,H,1、C,H,2、C,H,3,和,C,H,4,。,CH4,位于,CH1,与,CH2,之间，含有丰富的,脯氨酸,，,因此,易伸展弯曲,-,同时结合,2,个抗原表位,易被木瓜蛋白酶、胃蛋白酶等水解。,(三)绞链区,（,hinge region）,IgM,IgE,无铰链区,铰链区,借助免疫球蛋白的两条,H、L,链内二硫键的相互作用，将肽链折叠成几个具有特殊生物学功能的球形结构，这些结构又叫,Ig,的结构域或功能区,。,一般重链有45个,D,轻链有2个,D,。,(,四,),结构域,(domain),domain,每个结构域约含110个氨基酸残基，二级结构折叠形成反向平行的,片层，并借助两个片层间的两个半胱氨酸残基由一个链内二硫键垂直连接，构成桶状结构，又称为,免疫球蛋白折叠,(,immunoglobulin fold,),。,具有桶状结构的分子称为,Ig,超家族（,immunoglobulin superfamily，IgSF,）,。,Unfolded V,L,region showing 8 antiparallel,b,-pleated sheets connected by loops.,NH,2,COOH,S,S,The Immunoglobulin Fold,（,一）,J,链,（,joining chain）,富含半胱氨酸，由,浆细胞合成,，主要功能是将单体的,Ig,分子连接成为多聚体。,二、,Ig,的其他成分,IgM,sIgA,（,二）分泌片,（,secretory piece，SP）,又称为分泌成分,（,secretory component，SC,），,是分泌型,IgA,的辅助成分，由,粘膜上皮细胞,合成和分泌，为一条含糖的肽链。,保护,sIgA,的铰链区免受蛋白酶的水解破坏,介导,IgA,二聚体,跨膜,的转运。,J,链,分泌片,sIgA,木瓜蛋白酶（,papain,）,和,胃蛋白酶,(pepsin),最常用的,Ig,的蛋白水解酶，,研究,Ig,的结构与功能,分离和纯化特定的,Ig,片段,三、免疫球蛋白的水解片段,Fab：,单价抗体活性,Fc：,无抗原结合活性，能够与,Fc,受体结合,木瓜蛋白酶水解片段,Fab,段（,fragment of antigen binding）,Fc,段（,fragment of crystallizable）,胃蛋白酶水解片段,pFc：,小分子肽片段，无生物活性,临床意义：,阐明,Ig,的结构及生物活性,有利于生物制品的生产和纯化,避免超敏反应的发生,F(ab),2,：,具双价抗体活性,可结合两个抗原决定簇。,第二节 免疫球蛋白的异质性,异质性,:,是指,Ig,在,特异性,及,类型,方面的差异性,.,导致异质性的因素：,内源性和外源性因素,一、免疫球蛋白的类型,（一）类（,class）,（二）亚类,（subclass）,（三）型,（type,）,（四）亚型,（subtype,）,二、外源性因素所致的异质性,-,免疫球蛋白的多样,性,抗原数目繁多,每一抗原含有不同表位,针对同一表位产生的抗体类型不同,Ag,多样性抗原的存在是导致,Ig,异质性的外源因素。,三、内源性因素所致的异质性,-,免疫球蛋白的血清型,将,Ig,作为抗原在异种、同种异体或自身体内进行免疫，均能诱导机体发生免疫应答，产生相应的抗体，这些抗体可用血清学方法进行检测，因此称为,Ig,的血清型,Ig,分子上有三类不同的抗原表位,分别为,同种型、同种异型、独特型,抗原表位。,同种型（,isotype）,：,同一种属所有个体的,Ig,分子共有的抗原标志，是,种属型标志,。位于,Ig C,区。,Human IgG,Anti-human IgG,同种异型（,allotype）,：,同一种属但不同个体的,Ig,分子所具有的不同抗原表位，为,个体型,标志,。,位于,Ig C,区。,IgG,Anti-IgG,独特型（,idiotype，Id）,：,同一种属、同一个体来源的,Ig,分子，由于其,CDR,区氨基酸排列顺序的不同，可显示不同的免疫原性，称为独特型，是每一个,Ig,分子所特有的抗原特异性，其表位又称为,独特位（,idiotope）,。,主要位于,V,区。,由独特型表位在不同甚至同一个体中刺激产生的抗体，称为,抗独特型抗体（,anti-idiotype antibody，AId）,一、,Ig V,区的功能,识别并特异性结合抗原。,第三节免疫球蛋白的功能,与抗原结合后，可介导体内的多种生理和病理效应（,中和病毒、毒素,），体外可产生凝集、沉淀现象用于检测等,.,a.Toxin Neutralization,Preventing Bacterial Adherence,Virus-blocking Antibodies,二、,Ig C,区的功能,（一）激活补体,当,IgG1-3,和,IgM,类抗体通过补体经典途径激活补体。,（二）结合,Fc,受体,-,IgG,IgA,IgE,1.调理作用（,oponization）,：,指抗体如,IgG,的,Fc,段与中性粒细胞、巨噬细胞上的,IgGFc,受体结合，从而增强吞噬细胞的吞噬作用。,2.,细菌与其抗体结合,3.,抗原抗体复合物通过,Fc,段与吞噬细胞表面的,FcR,结合,4.,吞噬作用增强,1.,吞噬作用低,吞噬细胞,细菌,Fc,受体,2.抗体依赖的细胞介导的细胞毒作用,(,Antibody-dependent cell-mediated cytotoxicity,ADCC):,具有杀伤活性的细胞如,NK,细胞通过其表面表达的,Fc,受体识别结合于靶抗原(病毒感染或肿瘤细胞)上的抗体,直接杀伤靶细胞。,3.介导,I,型超敏反应,IgE,见第,17,章,（三）穿过胎盘和粘膜：,IgG+FcRn，,穿越胎盘,IgA,参与粘膜局部免疫,滋养层,三、免疫调节作用,(,见,16,章,),IgA,通过黏膜示意图,第四节 各类,Ig,的特性与功能,五类免疫球蛋白的基本结构,IgG,于出生后3个月开始合成。,血清和细胞外液中,含量最高的,Ig,半衰期约为23天，是,再次免疫应答,的主要抗体,IgG1、IgG2,和,IgG3,的,CH2,能通过经典途径激活补体。,IgG,是,唯一能通过胎盘的抗体。,通过,Fc,段,发挥调理作用；与,NK,细胞结合，发挥,ADCC,作用；与葡萄球菌蛋白,A,（,SPA,）结合,可以纯化抗体，也可以用于免疫诊断,。,抗感染,作用最强（抗菌，抗病毒，抗毒素）,（抗感染免疫的“主力部队”）,产生迟，维持久（迟来迟去）,参与,II、III,型超敏反应。,一、,IgG,为五聚体，是分子量,最大的,Ig,，,称巨球蛋白。,天然血型抗体,是,IgM,IgM,激活补体能力,比,IgG,强。,IgM,是个体发育过程,最早产生的抗体,，胚胎晚期已能合成，新生儿脐带血中若,IgM,水平升高，表示该儿曾有宫内感染,IgM,是,初次免疫应答中最早,出现的抗体；检测,IgM,水平可用于传染病的,早期诊断,。,早来早去,（抗感染免疫的“先锋部队”）,也可参与,II、III,型超敏反应,mIgM,是,B,细胞抗原受体的主要成分,只表达,mIgM,是未成熟,B,细胞的标志。,二、,IgM,B cell surface Ig,Y,Y,Y,Y,B,Immature B cell,分为,血清型,和,分泌型,两种，,血清型：,单体存在于血清中，占血清,Ig,总量的,10-15%,。,分泌型,IgA,（SIgA）,是由呼吸道、消化道、泌尿生殖道等处的固有层中浆细胞产生。,主要存在于,初乳、唾液、泪液，以及呼吸道消化道和泌尿生殖道黏膜表面的分泌液中,。,SIgA,是外分泌液中的主要抗体，参与,局部黏膜免疫,抗感染免疫的“地方部队”,三、,IgA,单体形式存在血清中，含量很低，仅占血清总,Ig,的0.2%,.,血清中的,IgD,功能不清,IgD,铰链区较长,，已被蛋白酶水解，所以半衰期短（,3,天）,膜结合型,IgD，,构成,BCR，,是,B,细胞的成熟的标志,四、,IgD,Y,Y,Y,Y,Y,Y,Mature naive B cell,Y,Y,IgM,IgD,IgD,IgD,IgD,IgM,IgM,IgM,B,又称亲细胞抗体，主要由粘膜下淋巴组织中浆细胞分泌,血清含量最少,CH2,和,CH3,功能区可与肥大细胞、嗜碱性粒细胞上的高亲和力,FcR,结合，引起,I,型超敏反应,结合嗜酸性粒细胞，有效,杀伤寄生虫,五、,IgE,第五节 人工制备抗体,一、多克隆抗体,（,polyclonal antibody）,二、单克隆抗体（,monoclonal antibody,mAb,),三、基因工程抗体,一、多克隆抗体,（,polyclonal antibody）,指由不同,B,细胞克隆产生的针对抗原物质中多种抗原表位的多种抗体混合物。,如:免疫血清（含多种特异性抗体），恢复期病人血清。,传统,抗血清,抗 原,免 疫,所有抗,体,混合,1,2,3,4,1,2,3,4,1,2,3,4,优点,：作用全面,来源广泛,容易制备,缺点：,特异性低,交叉反应,1975年单克隆抗体技术建立,Georges J.F.Kohler,瑞士 （,1946 1995）,Car Milstein,阿根廷/英国,（,1927-2002）,1984年获诺贝尔奖金,二、单克隆抗体（,monoclonal antibody,mAb,),二、单克隆抗体（,monoclonal antibody,mAb,),概念：,一个,B,细胞针对一个抗原决定簇所产生的一种特异性抗体，称为单克隆抗体,单克隆抗体的优点:,单克隆抗体的缺点,:,结构均一，纯度高，特异性强，效价高，交叉反应少，可大批量生产,鼠源产品对人具有较强的免疫原性，易产生人抗鼠抗体（,HAMA）,三、基因工程抗体,由,DNA,重组技术生产的抗体,。,其原理是在基因水平上剪接产生抗体的基因，经重组并转化细胞使其表达产生抗体,人源化基因工程抗体（,genetic engineering antibody,）,人-鼠嵌合抗体:,改型抗体,双特异性抗体,小分子抗体,人源抗体,单抗研发的演变历程,鼠单抗,100%鼠源,鼠/人崁合单抗,(66-75%人源),人源化单抗,(90-95%人源),100%人源,完全人源化抗体,鼠,Ig,基因,人,Ig,基因,人,Ig,人,无排斥,专业英语,antibody,Ab;,immunoglobulin,Ig;,heavy chain(H);light chain(L);variable region(V);constant region(C),Hypervariable region(HVR);complementarity determining region(CDR),Isotype;allotype;idiotype(Id);,Opsonization,ADCC,Monoclonal antibody(mAb),1.,解释名词,Ab,、,Ig,、,ADCC,、,CDR,、调理作用、单克隆抗体,2.,试述,Ig,的结构及生物学功能。,3.,试述各类,Ig,的特性及其功能。,思考题,Exercise bolsters your defenses,Thank you!,