《病原生物与免疫学》课件04抗体与免疫球蛋白.pptx

第四章 抗体与免疫球蛋白学习目标：1. 掌握抗体与免疫球蛋白的概念及两者的关系、抗体的生物学活性及各类免疫球蛋白的主要生物学特性和功能2. 熟悉免疫球蛋白的基本结构、功能区和水解片段3. 了解多克隆抗体与单克隆抗体的概念和作用一、 抗体与免疫球蛋白的概念（一） 抗体的概念抗体（antibody，Ab）是B细胞识别抗原后增殖分化为浆细胞所产生的一类能与相应抗原特异性结合的球蛋白抗体主要存在于血液和组织液内，还可存在于其他体液抗体具有多种生物学功能，是介导体液免疫的重要效应分子二） 免疫球蛋白的概念免疫球蛋白（immunoglobulin，Ig）是指具有抗体活性或化学结构与抗体相似的球蛋白免疫球蛋白在血清中主要以球蛋白的形式存在，可分为分泌型（secreted Ig，SIg）和膜型（membrane Ig，MIg）两种第一节 抗体与免疫球蛋白概述二、 抗体与免疫球蛋白的关系抗体都是免疫球蛋白，而免疫球蛋白并不一定都是抗体例如，多发性骨髓瘤患者血清中的骨髓瘤蛋白的化学结构与抗体相似但无抗体活性，没有免疫功能又如，膜表面免疫球蛋白的化学结构与抗体相似，也能与相应的抗原特异性结合，但它不是由抗原刺激B细胞产生的，因此不能被称为抗体。

由此可见，抗体是生物学功能上的概念，而免疫球蛋白是结构和化学本质的名称第二节 免疫球蛋白的结构一、 免疫球蛋白的基本结构免疫球蛋白（Ig单体）是由两条相同的长链和两条相同的短链通过链间二硫键连接组成的一个四肽链分子以IgG为例，免疫球蛋白的基本结构及功能区组成如图4-1所示图4-1免疫球蛋白（IgG）的基本结构及功能区组成2. 轻链（light chain，L链）免疫球蛋白的两条短链每条L链的分子量约为25 kD，由214个氨基酸残基组成L链通过二硫键与H链的氨基端（N端）连接12（一） 重链和轻链1. 重链（heavy chain，H链）免疫球蛋白的两条长链每条H链的分子量为5075 kD，由450550个氨基酸残基组成，H链间由二硫键连接，H链上结合有不同量的糖，故免疫球蛋白属于糖蛋白二） 可变区与恒定区免疫球蛋白H链近N端1/4或1/5区段内和L链近N端1/2区段内约有110个氨基酸残基，其组成和排列顺序多变，称为可变区（variable region，V区）；其余近羧基端（C端）的氨基酸残基的组成和排列顺序相对稳定，称为恒定区（constant region，C区）三） 超变区和骨架区在VH和VL中各有3个氨基酸组成、排列顺序及构型更易变化的特定区段，称为超变区。

四） 铰链区铰链区位于CH1与CH2之间铰链区富含脯氨酸，易伸展弯曲，可改变Ig构型，使其适合与抗原分子表面不同距离的抗原表位结合，或能同时与两个抗原分子表面相应的抗原表位结合；还有利于暴露Ig分子上的补体C1q结合点而激活补体1. VH和VL能特异性结合抗原，其中超变区是与抗原表位互补结合的部位4. IgG的CH2可介导IgG通过胎盘2. CH和CL具有Ig同种异型遗传标志5. IgG、单体IgA的CH3和IgE 的CH2、CH3能与多种免疫细胞表面相应受体（FCR）结合，并由此介导免疫细胞产生不同的生物学效应（图4-2）3. IgG的CH2和IgM的CH3具有补体C1q结合位点，可参与补体经典途径的激活12345二、 免疫球蛋白的功能区 免疫球蛋白的H链和L链可通过链内二硫键连接折叠为数目不等的几个球状结构域，这些球状结构域因具有不同的生物学功能而被称为免疫球蛋白的功能区图4-2免疫球蛋白的功能区三、 免疫球蛋白的水解片段（一） 木瓜蛋白酶水解片段木瓜蛋白酶水解IgG时可使其重链于铰链区链间二硫键近N端处断裂，获得3个片段（图4-3），即2个完全相同的抗原结合片段（fragment of antigen binding，Fab）和一个可结晶片段（fragment of crystallizable，Fc）。

每个Fab段由一条完整的轻链和部分重链（VH和CH1）组成该片段具有单价抗体活性，只能与一个相应的抗原表位结合，因而它们与相应抗原结合后不能形成大分子免疫复合物Fc段主要由IgG的CH2和CH3区组成，是IgG分子与相应免疫效应细胞（表达IgG Fc受体）结合相互作用的部位此外，IgG同种型抗原表位主要存在于Fc段，用人IgG免疫动物可获得针对人IgG Fc段的抗体图4-3 免疫球蛋白（IgG）的水解片段（二） 胃蛋白酶水解片段 胃蛋白酶水解IgG时可使其重链于铰链区链间二硫键近C端处断裂，获得一个大分子片段和若干个小分子片段大分子片段由铰链区内链间二硫键连接的两个Fab段组成，故称为F（ab）2片段该片段具有双价抗体活性，与相应抗原结合后可形成大分子复合物，发生凝集反应或沉淀反应小分子片段称为pFc，无生物学活性根据上述特性，用胃蛋白酶水解破伤风抗毒素等抗体制剂可大大减少临床使用时可能发生的超敏反应免疫球蛋白的生物学功能第三节 各类免疫球蛋白的主要特性和功能 各类免疫球蛋白虽都有结合抗原的共性，但它们在分子结构、体内分布、血清水平及生物学活性等方面又各具特点（表4-1）一、 IgGIgG主要存在于血液和组织液中，占血清免疫球蛋白总量的75%80%，分子量约为150 kD，血清半衰期较长，约为23天，居五类免疫球蛋白之首。

IgG主要由脾和淋巴结中的浆细胞合成、分泌，是再次体液免疫应答产生的主要抗体，具有重要的抗感染免疫作用；抗毒素、抗病毒和大多数抗菌抗体均为IgGIgG是唯一能够通过胎盘的抗体，在新生儿抗感染中起重要作用IgG有四个亚类，其中IgG1、IgG2、IgG3与相应抗原结合后可激活补体经典途径，IgG4凝聚物可激活补体旁路途径IgG具有亲细胞特性，可通过其Fc段与表面具有相应受体（FcR）的吞噬细胞和NK细胞结合，从而产生促进吞噬的调理作用和ADCC效应血凝性病毒与抗体结合二、 IgMIgM分为膜结合型和血清型两种类型膜结合型IgM（mIgM）为单体IgM，表达于B细胞表面，构成BCR血清型IgM是由五个单体IgM通过二硫键和连接链（J链）相连组成的五聚体（图4-4），分子量约为950 kD，居五类免疫球蛋白之首，又称巨球蛋白IgM不能通过血管壁，主要存在于血液中，约占血清Ig总量的10%，其抗原结合价（大于5）、补体激活能力、促进杀菌与溶菌、调理吞噬及凝集作用等都强于IgG，具有高效的抗感染免疫作用IgM是种属进化和个体发育过程中最早产生的抗体，它们可在胚胎晚期生成（其余各类免疫球蛋白均在出生后数月才能产生），脐带血IgM升高提示胎儿宫内感染。

IgM也是初次体液免疫应答中最早产生的抗体，血清中某种病原体特异性IgM水平升高提示近期发生感染，有助于感染性疾病的早期诊断图4-4IgM五聚体结构三、 IgAIgA有血清型和分泌型两种类型血清型IgA主要为单体IgA，分子量约为160 kD，占血清免疫球蛋白总量的10%15%，具有一定的抗感染免疫作用分泌型IgA（SIgA）由J链连接的IgA二聚体与一个分泌片（SP）借二硫键共价结合组成（图4-5）SIgA主要存在于呼吸道、消化道、泌尿生殖道黏膜的表面，以及乳汁、唾液和泪液等外分泌液中，是参与黏膜局部免疫的主要抗体SIgA的形成及其在黏膜表面的转运过程如图4-6所示图4-5分泌型IgA结构图4-6SIgA的形成和转运第二节 影响抗原免疫原性的因素多种因素均可影响抗原的免疫原性但是，抗原的免疫原性主要取决于抗原本身的性质及其与机体的相互作用因此，影响抗原免疫原性的因素主要可归纳为以下3个方面一、 抗原的理化特性抗原的理化特性可影响其免疫原性，具体表现在以下几个方面一） 分子量的大小凡具有免疫原性的抗原的分子量都较大，一般在10.0 kD以上，低于4.0 kD者一般无免疫原性二） 化学结构抗原必须有一定的化学结构，因而分子量大小并非是决定免疫原性的绝对因素。

多数抗原为蛋白质，当蛋白质中含有大量芳香族氨基酸，尤其是酪氨酸时，抗原的免疫原性就很强四、 IgDIgD分为血清型和膜结合型两种类型，两者均以单体形式存在血清型IgD的含量低，仅为血清免疫球蛋白总量的0.2%；其铰链区较长，易被蛋白酶水解，故半衰期短，仅为3天，其生物学功能目前还不清楚膜结合型IgD（mIgD）作为抗原受体存在于B细胞表面，是B细胞分化成熟的标志：未成熟的B细胞只能表达mIgM，成熟的B细胞能同时表达mIgM和 mIgD此种成熟的B细胞是未曾接受过抗原刺激的B细胞，故又称初始B细胞五、 IgEIgE是种属进化过程中最晚出现的免疫球蛋白，也是正常人血清中含量最低的免疫球蛋白，仅占血清免疫球蛋白总量的 0.003%；但在过敏性疾病或寄生虫感染患者的血清中，特异性IgE的含量显著增高IgE的分子量约为 190 kD，含糖量高达12%IgE主要由呼吸道（如鼻咽、扁桃体、支气管）和胃肠道黏膜固有层中的浆细胞产生，这些部位正是过敏原入侵和超敏反应的多发部位第四节 抗体的生物学活性抗体是体液免疫应答中最主要的免疫分子，其生物学活性由分子中不同的结构与特点决定抗体的具体生物学活性如下一、 识别并特异性结合抗原免疫球蛋白（抗体）分子的主要功能是特异性识别并结合抗原，V区内的超变区是与抗原表位互补结合的区域。

在体内，免疫球蛋白通过其V区与细菌毒素或病原体结合后可发挥中和毒素、中和或抑制病原体生长的作用；在补体、吞噬细胞和杀伤细胞的参与下，通过其恒定区介导可产生溶菌、调理吞噬和杀伤等生物学效应二、 激活补体系统IgG1、IgG2、IgG3和IgM与相应的抗原结合后，可因构象改变而使其位于CH2/CH3功能区内的补体C1q结合位点暴露，从而导致补体经典途径激活；IgG4、IgA的凝聚物可激活补体旁路途径三、 结合细胞IgG、单体IgA类抗体与相应的细菌等颗粒性抗原特异性结合后，通过其Fc段与巨噬细胞或中性粒细胞表面的高亲和力IgG Fc受体FcR（CD64）和IgA Fc受体（FcR）结合，具有促进吞噬细胞对上述颗粒性抗原进行吞噬的作用IgG 类抗体与肿瘤或病毒感染细胞表面相应抗原表位特异性结合后，可通过其Fc段与NK细胞表面相应的低亲和力IgG Fc受体FcR（CD16）结合，增强或触发NK细胞对靶细胞的杀伤破坏作用，即ADCC效应（图4-7）巨噬细胞和中性粒细胞表面的FcR也可介导ADCC效应图4-7ADCC效应示意图 亲细胞性抗体IgE可通过其Fc段与肥大细胞和嗜碱性粒细胞表面相应的Fc受体（FcR）结合，使上述细胞致敏。

致敏细胞通过表面特异性IgE抗体与相应的抗原（过敏原）结合后可脱颗粒，释放生物活性介质，引发型超敏反应四、 穿过胎盘和黏膜人IgG类抗体是唯一能够从母体通过胎盘转运到胎儿体内的免疫球蛋白有研究表明，母体内的IgG类抗体可通过其Fc段选择性地与胎盘母体一侧的滋养层细胞表面的相应受体（FcRn）结合，进而通过胎盘进入胎儿的血液循环中这种自然被动免疫机制对新生儿抗感染具有重要意义此外，分泌型IgA可通过分泌片介导穿越呼吸道、消化道等的黏膜上皮细胞，到达黏膜表面发挥重要抗感染免疫作用第五节 人工制备抗体的类型目前，根据制备原理和方法，人工制备抗体可分为多克隆抗体、单克隆抗体和基因工程抗体一、 多克隆抗体在含有多种抗原表位的抗原物质的刺激下，体内多种具有相应抗原受体的B细胞被激活，因而可产生多种针对相应不同抗原表位的抗体，这些由不同B细胞产生的抗体混合物称为多克隆抗体（polyclonal antibody，PcAb）用抗原免疫动物后获得的免疫血清（抗血清）为多克隆抗体事实上，一般条件下饲养的动物在用某种抗原免疫之前，其体内存在的同种型抗体本身就是多克隆的因此，即使选用具有单一抗原表位的抗原免疫动物，所获得的抗血清中的抗体仍然是多克隆抗体。

二、 单克隆抗体单克隆抗体（monoclonal antibody，McAb）通常是指由单一克隆杂交瘤细胞。