CHAPTER 3 免疫球蛋白

抗体（ Antibody, Ab) 是由 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，具有免疫功能的球蛋白。

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，亦称球蛋白。 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,Ig≠Ab ； Ab 是功能描述， Ig是化学结构描述；

第一节 概念

与抗体有关的诺贝尔奖获得者

1901 von Bering 血清治疗1908 Ehrlich & Metch

nikoff抗体生成、吞噬

1972 Edelman & Poter 抗体分子结构1977 Yalow 放射免疫测定1984 Koler,Milstein

& Jerne单克隆抗体

1987 Tonegawa Ig 基因结构

Rodney Porter 1917-1985

Nobel Prize in 1972

Gerald Edelman 1929 --

Nobel Prize in 1972

Susumu Tonegama

Nobel Prize 1987

第二节 免疫球蛋白的结构

一 免疫球蛋白的基本结构

IgG, IgD, IgE为单体分子

CL

CL

CH1 VL

VL

VHVH

CH2

CH3

C端

N端

恒定区

可变

区

FC

段

Fab段

铰链区 补体结合

Fc受体结合

抗原结合部位

1 、重链和轻链

Ig 的两条长链称为重链（ Heavy chain, H 链）

重链可分为 μ 、 γ 、 α 、 δ 、 ε 链

Ig 的两条短链称为轻链（ Light chain, L 链） 可分为 κ 、 λ 型。每个 Ig 分子的两条轻链完全相同。

1 、重链和轻链

Ig 的两条长链称为重链（ Heavy chain, H 链）

重链可分为 μ 、 γ 、 α 、 δ 、 ε 链

Ig 的两条短链称为轻链（ Light chain, L 链） 可分为 κ 、 λ 型。每个 Ig 分子的两条轻链完全相同。

IgM IgG IgA IgD IgE

2 、可变区和恒定区（ 1) 可变区（ variable region, V 区 ) ） N 端重链 1/4 和轻链 1/2 组成， AA 的种类、排列顺序与构型变化很大。 VL 区存在 3 个超变区（ hypervariable region, HVR1~3)

VH 有 4 个超变区 超变区共同组成 Ig 的抗原识别部位，形成与抗原决定基 互补的表位。超变区也称互补决定区（ complementarity-

determining region, CD1~3) 。 4 个骨架区（ framework region, FR1~4). AA 替换频率较低 的的部分。（ 2 ）恒定区： C 端重链 3/4 和轻链 1/2 组成， AA 的种类、排列

顺序及构型相对稳定

（二）免疫球蛋白的功能区

IgG, IgA, IgD: L chain: VL, CL H chain:VH, CH1, CH2, CH3

IgM, IgE: L chain: VL, CL H chain:VH, CH1, CH2, CH3, CH4

功能区的作用

VL, VH: 超变区，互补决定区（ CDR): 与抗原特异 性结合部位CL ， CH1: 同种异型的遗传标记CH2, CH3(IgM): 补体 C1q 结合点，激活补体IgG CH2: 通过胎盘IgG CH3: 与单核细胞、巨噬细胞、中性粒细胞、 NK 细胞、 B 细胞表面的 FcR 结合。IgE CH2 和 CH3 ：与肥大细胞和嗜碱性性粒细胞 表面的 IgE Fc 结合

铰链区：适于 V 区同抗原的结合。含大量脯氨酸，富有弹性和伸展性，能使 Ab与不同距离的抗原决定簇结合，也利于暴露补体结合位点。

三、 Ig的 J链和分泌片

（一）连接链（ J链） 由浆细胞合成的一种糖蛋白。 IgA 和 IgM 含有 J链 可稳定 Ig多聚体的成份

（二）分泌片 是分泌型 IgA(sIgA ）的一个辅助成分，由粘膜上皮细胞合成和分泌。 保护 sIgA 的铰链区免受蛋白酶的水解破坏 介导 IgA 二聚体的转运

J 链

分泌片sIgA

IgM

J 链

IgM 抗 体 结 构分 泌 型 IgM 膜 型 IgM

sIgM

IgIg

IgIg

四 Ig 的酶解片断

• 1 木瓜蛋白酶• 2 个 Fab 段－－结合抗原• 1 个 Fc 段 结合细胞

• 2 胃蛋白酶• F(ab’)2 段 :双价抗体活性• pFc’段： 无生物学活性

胃蛋白酶木瓜蛋白酶

Fc

pF

c

F(a

b´)

2

Fab

抗 体 分 子 的 酶 切 片 段

第三节免疫球蛋白的生物学活性

•一 特异结合相应抗原• IgG：二价 IgM ： 五价 sIgA ： 四价

Ig 与 Ag 的结合具有高度特异性，必需是超变区与抗原的空间构象完全吻合。

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，介导炎症反应），体外可产生凝集、沉淀现象用于检测等

二者的结合主要依靠静电引力、氢键、范德华力等，需要合适的温度、 pH、离子强度以及完整的抗体，这种结合是可逆的。

•二 激活补体 •当 IgG1-3和 IgM 类抗体与抗原特异性结合后，其构型发生改变，暴露 IgG的 CH2 和 IgM 的 CH3功能域的补体结合位点，通过补体经典途径激活补体。

三、结合 Fc 受体 主要通过 IgG/IgE 的 CH3/CH4 功能域与位于不同细胞上的 FcR/FcR 结合，介导不同的生物学效应： 1) 与单核巨噬细胞和中性粒细胞上的 FcR 结合 介导调理吞噬作用； 2) 与肥大和嗜碱性粒细胞上的 FcR 结合介导I 型超敏反应； 3)靶细胞上的抗原决定簇结合 IgG 的 Fab 段，而抗体的 Fc 段与 NK 细胞上的 FcR 结合，发挥抗体依赖性细胞介导的细胞毒作用（ Ab dependent cell-mediated cytotoxicity,ADCC ）。

四、穿过胎盘

IgG 所独有，是婴儿获得天然被动免疫的主要原因，主要借助胎盘滋养层细胞表面的 FcR进行的。

五、免疫调节

高浓度的抗体通过封闭抗原、低浓度 IgG抗体与相应的抗原结合，以及高浓度抗独特型抗体都能对免疫应答产生负调节作用。也可通过独特型与抗独特型网络参与机体的正、负免疫调节作用。

或其它大分子细菌代谢产物抗原

细菌

1. 抗原抗体复合物

2. 结合细胞调理吞噬作

用

肥大细胞脱颗粒

4. 炎症反映

3. 激活补体介导杀伤

第四节 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

• 一、同种型（ isotype)• 是指同一种属所有正常个体 Ig 分子共同具有的抗原特异性标志。同种型决定簇主要存在于 Ig 恒定区内。

• 分类 根据CH 上同种型决定簇的不同，将 Ig 分为• IgG 、 IgM 、 IgA 、 IgD 、 IgE 五类• 亚类： IgG: G1 、 G2 、 G3 、 G4

IgA: A1 、 A2

IgM: IgM1 和 IgM2

分型 根据CL 上同种型决定簇的不同：和型• 亚型 1 、 2 、 3 、 4

IgG 分 子 的 四 种 亚 类

IgG1

IgG4IgG3

IgG2

二、 同种异型（ Allotype)

• 同一种属不同个体所产生的同一类型 Ig 的遗传标记不同，而表现的抗原性差异。

• IgG 链的同种异型标志是 Gm 因子，已发现 Gm1-Gm30.

IgA 链的同种异型标志是 Am 因子，有 A2M1 和A2M2 两种。

链的同种异型标志称为 km 因子，有 km1 、 km2 、 km3 、

三、 独特型（ idiotype)

• 免疫球蛋白 V区所具有的抗原特异性标志• 独特型抗原决定簇、 Ig的超变区和抗原结合部位立足于同一物质结构。是同一物质在不同情况下的不同名字

• 独特型抗原决定簇可刺激机体产生抗独特型抗体（抗抗体），参与免疫调节

第五节 各类免疫球蛋白的特性及功能• 一、 IgG• 1 单体形式存在于血清和其它体液中，结构式位 22 或 22• 2 血清中含量最高，占血清 Ig总量的 3/4，半衰期最长• 3 结合补体，激活补体的传统途径• 4 穿过胎盘 介导新生儿抗感染免疫• 5 结合巨噬细胞、中性粒细胞、 NK 细胞，参与调理吞噬和 ADCC 效应

• 6 与葡萄球菌 A 蛋白（ SPA ）结合，可以纯化抗体，也可以用于免疫诊断

• 7 抗感染的主要抗体。抗菌抗体、抗病毒抗体、抗毒素抗体

二 IgM

• 特点：• 1 五聚体形式存在于血液中，结构式为（ 22 ） 5－

J • 或（ 22 ） 5 － J• 2 分子量最大，不能穿过血管壁和胎盘• 3 个体发育中合成最早的 Ig ， 脐带血中 IgM 增多，提示可能存在宫内感染

• 4 机体感染后最早出现的 Ig 是 IgM, 半衰期短。• 5 天然的血型抗体、类风湿因子是 IgM 。• 6 B 细胞表面的抗原受体为 IgM 单体• 7 结合和激活补体的能力最强• 8 调理吞噬和凝集作用比 IgG强

三 IgA

• 特点• 1 分为两种类型： 血清型 IgA ：单体存在于血清中• 分泌型 IgA （ SIgA): 含 J 链和分泌片的二聚体组成，存在于• 胃肠道和支气管分泌液、初乳、唾液和泪液中。• 结构式为：（ 22 ）－ J － SP 或（ 2

2 ）－ J － SP

• 2 SIgA 是参与粘膜局部免疫的主要抗体 • 3 中和毒素、调理吞噬

四、 IgE• 特点：• 1 种系进化中最晚出现的 Ig，也是血清中含量最• 低的 Ig• 2 单体形式存在，结构式为： 22 或 22• 3 结合肥大细胞和嗜碱性性粒细胞，参与 I型超敏

• 反应的发生• 4 结合嗜酸性粒细胞，有效杀伤寄生虫

•

五 IgD特点：1 单体形式存在血清中，含量低，仅占血清总 Ig

的 1%；2 2 分子结构类似于 IgG，但不能通过胎盘，

也不能激活补体；3 结构式为 22 或 224 表达在 B细胞膜上的 smIgD是成熟 B细胞的重要标志，参与 B细胞的活化、增殖和分化；

5 血清中的 IgD功能不清

表 7-1 人抗体分子的特性 抗体类别 IgG IgA IgM IgD IgE

重链类别 重链亚类

轻链类别 和 和 和 和 和 分子式 2

或2 2或2)5SCJ 2或2)5SCJ

2)5J 或2)5J

2或2

2或2

分子量（kDa） 150 160或 400 900 180 190

固定补体能力 + 0 ++++ 0 0

血清浓度 (mg/100ml)

1000 200 120 3 0.05

血清半衰期(天) 23 6 5 3 2

穿过胎盘 ＋ 0 0 0 0

肥大细胞和嗜碱性细胞脱颗粒

？ 0 0 0 ++++

裂解细菌能力 + + +++ ? ?

抗病毒能力 + +++ + ? ?

第六节 单克隆抗体和多克隆抗体

壹 多克隆抗体

用抗原免疫动物后获得的免疫血清（抗血清）

由不同克隆的 B细胞针对不同抗原决定簇 所产生。

二、 单克隆抗体•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

•特点：• 高特异性、高均一性•应用： 广泛

单克隆杂交瘤的制备

Georeges Kohler 1946--

Cesar MilsteNobel Prize in 1984

三、单克隆和多克隆抗体的比较和用途

特异性敏感性均一性

McAbPcAb低差无

高强有

1 、用于免疫学检测，辅助临床诊断

2 、 McAb 用于亲和层析，分离微量可溶性抗原

3 、标记的 McAb 用于基础研究，了解细胞分化等

4 、制备生物导弹用于肿瘤、移植等的临床治疗。

第七节 Ig 的异常• 一 多克隆高 Ig 血症• 常见于自身免疫病

• 二 低（无）免疫球蛋白血症• 先天性 Bruton丙种球蛋白缺乏症• 继发性 Ig缺乏症

三 单克隆 Ig血症

• 1 多发性骨髓瘤 • 一种浆细胞恶性增生性疾病• 表现为某一类型的 Ig异常增多， IgG 最多• Bence-Jones 蛋白（本周蛋白）：尿中检测的一种凝溶蛋白， 是 Ig游离的轻链

• 2 巨球蛋白血症• 产生 IgM 的浆细胞恶性增生所致•

第八节 免疫球蛋白的基因及其表达

B 细胞中有 H 、和 链 3 个编码 Ig 基因的连锁群，每个基因库中又有许多彼此连锁的 (V 、 C ）基因，以及若干连接（ J ）基因和多样性（ D ）基因，这些基因经过重排后进行表达，不同的基因重排和表达，决定了 Ig 的多样性和能针对多种进行反应的特异性。

小鼠轻链基因库的组成

小鼠轻链基因库的组成

小鼠重链基因库的组成

轻链基因的重排、R

NA

处

理和蛋白质表达的过程

重链基因的重排、

RNA 处理和蛋白

质表达的过程

思考题• 1 抗体和免疫球蛋白的概念• 2 图示免疫球蛋白的基本结构、功能区以及功能

• 3 简述免疫球蛋白的生物学活性• 4 免疫球蛋白的血清型有那些？• 5 试述各类免疫球蛋白的特性和功能• 6 什么是单克隆抗体和多克隆抗体？