第二章 免疫球蛋白

 第二章  免疫球蛋白

学习目的和要求

一、掌握抗体、免疫球蛋白和单克隆抗体概念
二、掌握免疫球蛋白的基本结构和抗体特异性的结构基础
三、掌握免疫球蛋白的功能
四、熟悉免疫球蛋白水解片段的结构及功能
五、了解五种免疫球蛋白的特性
六、了解免疫球蛋白的的辅助成分

课程内容

抗体（antibodies, Ab）是B细胞识别抗原后增殖分化为浆细胞所产生的，能与相应抗原特异性结合并发挥免疫功能的球蛋白。
免疫球蛋白（Immunoglobulins, Ig）是具有抗体活性或化学结构与抗体相似的球蛋白。可分为分泌型和膜型两种，前者主要存在于血清等体液中，如Ab；后者称膜型免疫球蛋白（membrane Ig，mIg），是B细胞膜上的抗原受体。
一、免疫球蛋白的结构
（一）基本结构
免疫球蛋白分子是由两条相同的重链和两条相同的轻链通过链间二硫键连接而成，这种四链结构为Ig分子的单体，是构成Ig分子的基本单位。
重链和轻链（heavy chain and light chain, H链和L链）
1.重链：Ig H链的分子量约为50～75KD，由450～550个氨基酸残基组成。
类：根据H链恒定区氨基酸序列及抗原性不同，H链可分为γ、α、μ、δ和ε五类，相应的Ig分别被命名为IgG、IgA、IgM、IgD和IgE。
亚类：同一类Ig根据其铰链区氨基酸组成、H链二硫键的数目和位置的差别，又可分为不同的亚类。IgG可分为IgG1-4 四个亚类，IgA可分为IgA1-2 二个亚类。
2.轻链：Ig L链的分子量约为25KD，由214个氨基酸残基组成。
型：根据L链恒定区氨基酸序列及抗原性不同可分为κ型和λ型，相应的Ig分别被命名为κ型和λ型。五类Ig中每类Ig都可以有κ型和λ型。根据λ链恒定区氨基酸序列的差异，λ链可分为λ1-λ4 四种亚型。
可变区和恒定区（variable region and constant region, V区和C区）
H链和L链近N端的约110个氨基酸的序列变化很大，称为V区，H链和L链的V区分别称为VH和VL。其余的氨基酸序列相对恒定，称为C区。
高变区（hypervariable regions，HVR）： VH和VL中各有3个区域的氨基酸序列的变化更大，这些区域被称为高变区。VH和VL的6个高变区共同组成Ig的抗原结合部位（antigen-binding site, ABS）。HVR是抗体和抗原决定基互补结合的关键部位，所以又被称为互补决定区（complementarity-determining regions, CDRs）。CDRs决定抗体的特异性和亲和力。
H链和L链的C区分别称为CH和CL，它是Ig分类和分型的依据，也是制备第二抗体的抗原基础。不同类Ig H链CH长度不一。
结构域（domains）
Ig分子的每条肽链可折叠成几个球形的结构域，其结构特征相似，均由约110氨基酸组成，氨基酸的序列具有相似性和同源性，是Ig发挥各种功能的基本单位，又称为功能区。免疫球蛋白的功能区中肽链具有特殊的折叠方式（“b桶状”结构），这种折叠方式称为免疫球蛋白折叠。
L链有VL和CL两个功能区；H链有1个VH功能区，IgG、IgA和IgD的H链各有3个CH功能区， IgM和IgE的 H链则各有4个CH功能区。
铰链区（hinge region）
铰链区位于CH1和CH2之间，富含脯氨酸，使Ig伸曲自如，便于抗体分子与抗原表位结合。铰链区容易被木瓜蛋白酶、胃蛋白酶等水解。
（二）免疫球蛋白的辅助成分
J链（joining chain）
J链是浆细胞分泌的一条多肽链，分子量为15KD，富有半胱氨酸，参与IgA二聚体和IgM五聚体的连接。
分泌片
分泌片（secretory piece, SP）又称为分泌成分（secretory component, SC）是分泌型IgA分子上的一个辅助成分，由粘膜上皮细胞合成和分泌的一种含糖的肽链，具有保护分泌型IgA免遭水解酶降解的作用，并介导IgA的转运。
（三）免疫球蛋白的水解片段
木瓜蛋白酶水解片段
木瓜蛋白酶（papain）水解IgG得到三个片段：①两个相同的部分即抗原结合片段（fragment antigen binding , Fab）②一个可结晶片段（fragment crystalizable, Fc）。
胃蛋白酶水解片段
胃蛋白酶（pepsin）水解IgG产生一个具有双价抗体活性的F(ab’)2段和若干无活性的小分子片段（pFc’）。
二、免疫球蛋白的功能
（一）结合抗原与中和作用
特异性识别和结合抗原是Ig 的基本功能。
Ig结合抗原表位的个数称为抗原结合价，单体Ig 为双价，分泌型Ig A为4价，五聚体IgM理论上为10价，但实际一般为5价。
抗体与细菌抗原或病毒结合后，可中和细菌毒素、阻断病原微生物入侵和保护细胞免受损伤。
（二）激活补体
抗体（IgG1、IgG2、IgG3和IgM）与抗原结合后，可通过经典途径激活补体系统，产生多种效应功能；聚合的IgA、IgG4可通过旁路途径激活补体系统。
（三）结合细胞
抗体的Fc段可与多种细胞表面的Fc受体结合，介导一系列生物学功能。
1.调理作用
IgG的Fc段与巨噬细胞、中性粒细胞表面的IgG Fc受体结合，促进吞噬细胞对抗原的吞噬。
2.抗体依赖的细胞介导的细胞毒作用（antibody-dependent cell-mediated cytotoxicity, ADCC），表达Fc受体的杀伤细胞识别抗体的Fc段，通过释放介质直接杀伤被抗体结合的靶细胞。
3.介导I型超敏反应
IgE的Fc段与嗜碱性粒细胞、肥大细胞表面IgE Fc受体结合，参与I型超敏反应的发生。
（四）穿过胎盘和粘膜
在人类，IgG是唯一能通过胎盘到达胎儿体内的免疫球蛋白，从而形成婴儿的天然免疫；IgA可通过呼吸道和消化道粘膜，是局部免疫的重要因素。
三、五类免疫球蛋白的特点和功能
（一）IgG
重链为γ链，血清中以单体形式存在，占血清Ig总量的75~80%，半衰期20~23天。人IgG有4个亚类：IgG1、IgG2、IgG3和IgG4。为体内主要的抗感染抗体。能通过胎盘，可激活补体，通过Fc受体结合细胞发挥ADCC和调理作用。IgG与SPA结合的特性可用于免疫学技术。
（二）IgM
重链为μ链，血清中以五聚体形式存在，五个单体通过J链和二硫键联接而成，是分子量最大的Ig，故又称为巨球蛋白（macroglobulin）。IgM无铰链区。IgM占血清Ig的5~10%左右，半衰期10天。也是体内主要的抗感染抗体，感染早期首先出现的抗体是IgM，IgM激活补体的能力远远大于IgG。IgM也是B细胞表面抗原受体的主要成分。
（三）IgA
重链为α链，血清中以单体形式存在，分泌液中以二聚体形式存在，称分泌型IgA（secretory IgA, sIgA）。sIgA由两个单体、一个J链和一个分泌片组成。血清中IgA含量为2-5mg/ml，占血清Ig总量的10-15%，半衰期为6天。sIgA可通过粘膜，主要存在于唾液、泪液、乳汁（尤其是初乳）及呼吸道、消化道、泌尿道的分泌液中和粘膜表面，在机体粘膜局部抗感染免疫中发挥重要作用。
（四）IgE
重链为ε链，在血清中以单体形式存在。IgE无铰链区。IgE在血清中含量极微，半衰期2.8天。IgE与肥大细胞、嗜碱性粒细胞极易结合，主要参与I型超敏反应及抗某些寄生虫感染。
（五）IgD
重链为δ链，分子形式为单体。IgD在血清中含量极少(20-50ug/ml)，半衰期3天。对IgD的生物学功能了解甚少，可能和某些超敏反应、自身免疫疾病有关，尚未证实IgD有抗感染作用。和IgM一样，IgD是B细胞表面抗原受体的成分，现认为IgD和B细胞的分化、成熟有关。
四、单克隆抗体
一个B细胞克隆识别其特异性抗原表位而被激活后，只产生一种特异性抗体。天然抗原往往具有多种表位，刺激机体产生的抗体中包含多种不同特异性的抗体，系由多个B细胞克隆产生的抗体的混合物，故称为多克隆抗体（polyclonal antibodies）。
由一个B细胞克隆产生的识别单一抗原表位的同源抗体，称为单克隆抗体（monoclonal antibodies, mAb）。mAb一般通过杂交瘤技术制备，具有结构高度均一、抗原结合部位和同种型相同、纯度高、特异性强和效价高等特点。

考核知识点

一、抗体、免疫球蛋白和单克隆抗体的基本概念
二、免疫球蛋白的基本结构及与其功能关系
三、抗体的生物学功能
四、五类免疫球蛋白的特性

考核要求

一、掌握：
1.抗体、免疫球蛋白和单克隆抗体概念
2.免疫球蛋白基本结构（H2L2、V区、C区、ABS、CDRs）
3.免疫球蛋白功能
二、熟悉：
免疫球蛋白水解片段（结构、功能）
三、了解：
1.五类免疫球蛋白特点
2.免疫球蛋白的辅助成份