第三章 抗体 (antibody,Ab)

抗体 : 又称免疫球蛋白（ immunoglobulin ， Ig) 是由 B 细胞识别抗原后增殖分化为浆细胞所产生的一类糖蛋白，主要存在于血清等体液中，能与相应抗原特异性地结合，具有免疫功能 ,是介导体液免疫的重要免疫分子 。

分泌型 (secreted Ig, SIg) 免疫球蛋白 膜型 (membraneIg, mIg) 前者存在血液和组织中，具有抗体各种免疫功能，由浆细胞产

生。 后者是 B细胞表面的抗原受体，是由成熟 B细胞产生免疫球蛋白。

第一节 免疫球蛋白的结构第一节 免疫球蛋白的结构

一、免疫球蛋白的基本结构一、免疫球蛋白的基本结构 四肽链结构 所有 Ig 的基本单位都是四条肽链的对称结构。

两条重链（ H ）和两条轻链（ L ）。每条重链和轻链分为氨基端和羧基端。

Immunoglobulin Structure Heavy & Light

Chains Disulfide bonds

Inter-chain Intra-chain

CH1

VL

CL

VH

CH2 CH3

Hinge Region

Carbohydrate

Disulfide bond

人类 Ig 的重链根据稳定区的分子结构和抗原特异性的不同，分为五类： γ 、 α 、 μ 、 δ 和 ε 。其对应的抗体分别为： IgG 、 IgA 、 IgM 、 IgD 和 IgE 。

轻链可分为两型： κ 、 λ 型

可变区（V） 指重链和轻链近 N 端约 110 个序列变化很大的氨基酸。

VH 和 VL 各有 3 个区域的氨基酸组成和排列顺序特别易变化，这些区域称为高变区(HVR)) 。三个高变区共同组成 Ig 的抗原结合部位，该部位也称为互补决定区 (CDR1 、 CDR2 、 CDR3 ) 。其余的氨基酸组成和排列顺序相对不易变化的区域，称骨架区（框架区） ： FR1 、 FR2 、 FR3 、 FR4 。

恒定区（C） 指重链和轻链上除 V 区外的氨基酸序列相对恒定的部

位 , 分别称为 CH 和 CL 。 铰链区 位于 CH1 与 CH2 之间，含有丰富的脯氨酸和半胱氨

酸，易伸展弯曲，且易被木瓜蛋白酶、胃蛋白酶等水解。

Immunoglobulin Structure

Variable & Constant RegionsVL & CL

VH & CH

Hinge RegionCH1

VL

CL

VH

CH2 CH3

Hinge Region

Carbohydrate

Disulfide bond

高变区

免疫球蛋白的结构

二、免疫球蛋白的水解片段二、免疫球蛋白的水解片段

木瓜蛋白酶水解 IgG 得到两个相同的 Fab 段和一个 Fc 段。

胃蛋白酶裂解 IgG 得到一个具有双价活性的 F（ ab’ ） 2 段和若干个小分子多肽碎片（ pFc’ ）

Immunoglobulin Fragments: Structure/Function Relationships

FabAg bindingValence = 1Specificty determined

by VH and VL

Papain

Fc

Fab

FcEffector functions

Immunoglobulin Fragments: Structure/Function Relationships

FabAg binding

FcEffector functions

F(ab’)2

Pepsin

Fc Peptides

F(ab’)2

第二节 免疫球蛋白的功能

V 区的功能： 识别和特异性的结合抗原。 Ig 单体可结合两个抗原表位，发挥免疫效应 。

B 细胞膜表面的 IgM 和 IgD 是 B 细胞识别抗原的受

体。

Immunoglobulin Fragments: Structure/Function Relationships

Ag Binding

Complement Binding Site

Placental Transfer

Binding to Fc Receptors

C 区的功能： ☆ 激活补体 ☆ 结合细胞表面的 Fc 受体 调理作用、 ADCC 作用、 介导 I 型超敏反应 ☆ 穿过胎盘和黏膜

BACK

BACK

BACK

IgG 于出生后 3 个月开始合成 IgG 多为单体，半衰期约为 23 天，占血清免疫

球蛋白总量的 75% ～ 80% IgG1 、 IgG2 和 IgG3 的 CH2 能通过经典途径

激活补体

一、 IgG第三节 免疫球蛋白的类别

IgG 是唯一能通过胎盘的抗体 通过 Fc 段与吞噬细胞表面 FcR 结合，发挥调理作用；

与 K 细胞结合，发挥 ADCC 作用；与葡萄球菌 A 蛋白结合。

具有抗菌、抗毒和抗病毒作用 参与 II 、 III 型超敏反应

IgG molecule

IgG

StructureMonomer (7S)

IgG1, IgG2 and IgG4 IgG3

分为血清型和分泌型两种，血清型 IgA 主要由肠系膜淋巴组织中的浆细胞产生。而分泌型 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。

分泌型 IgA 的合成和主要作用部位在黏膜

二、 IgA

IgA Structure

Serum - monomerSecretions (sIgA)

Dimer (11S)J chainSecretory component

J ChainSecretory Piece

Origin of Secretory Component of sIgA

为五聚体，是分子量最大的 Ig ，称巨球蛋白。 IgM 激活补体能力比 IgG强 天然血型抗体是 IgM IgM 是个体发育过程最早能产生的抗体，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

三、 IgM

IgM 是抗原刺激后出现最早的抗体，故检测 IgM 水平可用于传染病的早期诊断。

IgM 是 B 细胞抗原受体的主要成分 也可参与 II 、 III 型超敏反应

IgM

StructurePentamer (19S)Extra domain (CH4)

J chainC4

J Chain

IgD 是 B 细胞的重要表面标志 B 细胞的分化过程中首先出现 SmIgM ，后来出现 S

mIgD ，标志着 B 细胞成熟了。

四、 IgD

IgD

StructureMonomerTail piece

Tail Piece

又称亲细胞抗体 CH2 和 CH3 功能区可与肥大细胞、嗜碱性粒细

胞上的高亲和力 Fcε 受体结合，引起 I 型超敏反应

五、 IgE

IgE Structure

MonomerExtra domain (CH4)

C4

第四节 免疫球蛋白基因Immunoglobulin Gene

一、免疫球蛋白的基因结构

重链基因 轻链基因

Heavy Chain Gene FamilyGerm line gene organization

Introns separate exons coding for H chain domains

Heavy chain genes; Vn=1000, Dn=15

P

L V1

P

L Vn

P

L V2 D2 D3D1 Dn

C C C3 CC 2C 1 C 4 C1 C2

J2 J3 J5J1 J4

E

CH1 H CH2 CH3 CH4

Light Chain Gene FamiliesGerm line gene organization

J1 C1

E

J2 C2

E

J3 C3

E

J4 C4

EP

L V1

P

L Vn

P

L V2

Lambda light chain genes; n=30

P

L V 1

P

L V n

P

L V 2 J2 J3 J5 C

E

J1 J4

Kappa light chain genes; n=300

二、免疫球蛋白基因的重排和表达 重链基因重排与表达轻链基因重排与表达

Heavy Chain Gene FamilyGene rearrangement and expression

P

L V1

P

L Vn

P

L V2 D2 D3D1 Dn C CJ2 J3 J5J1 J4

E

DJ rearrangement

P

L Vn

P

L V1

P

L V2 D2D1 C CJ5J4

EDNA

VDJ rearrangement

D2 C CJ5J4

EP

L V1

P

LV2

DNA

Transcription

D2 C CJ5J4

E

LV2

RNAPrimary transcript

Heavy Chain Gene FamilyGene rearrangement and expression

EPrimary transcript

E

J4D2V2 C CJ5L C CJ5L D2 J4V2

RNA Processing

An

mRNA for C

CL DJV CL DJV

An

mRNA for C

Translation

C heavy chain

CL DJV CL DJV

C heavy chain

Transport to ER

C heavy chainV C

CDJV CDJV

C heavy chainV C

Light Chain Gene FamiliesGene rearrangement and expressionL V 1 L V nL V 2 J2 J3 J5 CJ1 J4

DNAP PP E

P P E

L V 1 L J5 C

V 2 J4

DNA

DNA Rearrangement

V CJ

V C

Protein

Transport to ER

Protein

TranslationCL V J

E

L V CJ

RNA

Transcription

Primary transcript

CL V JRNA Processing

RNAmRNA

三、免疫球蛋白多样性的机制 Mechanism of Antibody Diversity

胚胎细胞的 V-J或 V-D-J 重排 基因重组的连接变异性　 体细胞基因突变 活化诱导的胞嘧啶脱氨酶的作用

Origin of Antibody DiversityCurrent concepts

Multiple V genes V-J and V-D-J joining Junctional diversity N region insertions Somatic mutation Combinatorial association Multispecificity

D region

T GGC CC

Pro Trp

C C C C C C

V gene

T GG

D region

C C C C C C

V gene

T GG

C GGC CC

Pro Arg

C C C C C C

V gene

T GG

D region

C GCC CC

Pro Pro

第五节 免疫球蛋白的合成与分泌

一、体液免疫应答与抗体产生　初应答 　再应答 　抗体类别转换

Kinetics of the Ab ResponseT-dependent Ag; 1o Response

• Lag phase

• Log phase

• Plateau phase

• Decline phase Ag

D a y s A f t e r I m m u n i z a t i o n

A b

T i

t e

r

LAG LOG DECLINEPLATEAU

Cellular Events in 1o Response to T-dependent Ags

LagClonal selection

Log IgMClass switching

Stationary Decline Memory Cell Pool

IgM

Memory Cells

IgG

1o Ag

Kinetics of the Ab ResponseT-dependent Ag; 2o Response

* Specificity

• Lag phase

• Log phase

• Plateau phase

• Decline phase

1o Ag 2o Ag

D a y s A f t e r I m m u n i z a t i o n

A b

T i

t e

r

Cellular Events in 2o Response to T-dependent Ags

Lag phaseVirgin cellsMemory cells

Log phasePool size IgG, IgA or IgE

Stationary Decline

Sustained production

IgM

Memory Cells

IgG

IgG

Memory Cells

Memory Pool

Virgin B cell

Qualitative Ab Changes during 1o and 2o Responses

• Class variation– 1o - IgM , IgG

– 2o - IgM , IgG, IgA

or IgE

1o Ag 2o Ag

Total Ab

IgM Ab

IgG Ab

D a y s A f t e r I m m u n i z a t i o n

A b

T i

t e

r

Qualitative Ab Changes during 1o and 2o Responses

• Class variation• Affinity

– Affinity Maturation

1o Ag

D a y s A f t e r I m m u n i z a t i o n

A f

f I

n I

t y

2o Ag

IgG AbIgM Ab

High Dose

Low Dose

Kinetics of Ab Response toT-independent Ags

4 Phases IgM antibod

y No secondar

y response

1o Ag 2o Ag

D a y s A f t e r I m m u n i z a t i o n

A b

T i

t e

r

IgM Ab

Class Switching

DNA rearrangement Antigen depende

nt Switch site Same VDJ S 区序列 :

GAGCT 和 GGGGT

L

3 2 1 4 1 2

P

L V DJ

S S S S S S S S

P

L

S

1 2

S S

Primary Transcript IgM or IgD

Primary Transcript IgE

RNA

DNA

DNA

DNA Rearrangement

L

V DJ

V DJV DJ

Membrane vs Secreted Ig

Differential pre-mRNA processingMembrane ex

onsAlternate pol

yA sitesSame VDJ reg

ion used mRNA

Primary Transcript

H3 H4 M M

H3 H4MM

AAAA

Membrane Bound

H3 H4

AAAA

Secreted

H3 H4

AAAA

H3 H4 M M

AAAA

DNA

Polyadenylation Sites

二、免疫球蛋白的表达、装配与分泌 　 1 、 B 细胞发育与抗体形成

骨髓干细胞→原 B 细胞→前 B 细胞→幼 B 细胞→膜抗体 骨髓 -- 外周循环 　　　　浆细胞→抗体——————→成熟 B 细胞→　　抗原 　　　　　记忆 B 细胞

2 、抗体装配与运转 　　粗糙内质网 　　　多聚核糖体 　 粗面内质网浆细胞——→ L 链、 H 链————→聚合装配———→　　　多聚核糖体

光面内质网 高尔基体 出芽 胞膜———→ ———→——→小泡———→抗体于细胞外