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免疫球蛋白的功能以及其各类免疫球蛋白的特性与功能

难点:

以免疫球蛋白的异质性。

单克隆抗体

教学方法（请打√选择）：

讲授法√□讨论法□启发式□自学辅导法□练习法（习题或操作）□读书指导法□ＰＢＬ教学法□CBL教学法□其他□

教学手段（请打√选择）：

板书√□实物□标本□挂图□模型□投影□幻灯□录像□CAI（计算机辅助教学）√□

教学过程设计和教学内容：

第四章抗体

第一节、抗体的结构与类型

一、概述

抗体：

是抗原刺激B细胞增殖分化为浆细胞所产生的具有免疫功能的蛋白质。

主要存在于血清等体液中。

每一种浆细胞克隆可以产生一种特异性抗体分子，因此血清中的抗体是多种抗体分子的混合物。

用电泳方法证明抗体是球蛋白，其活性部分存在于α、β、γ球蛋白处。

免疫球蛋白：

将具有抗体活性及化学结构与抗体相似的球蛋白统称为免疫球蛋白。

两者的关系：

免疫球蛋白包括正常和异常的Ig，是化学结构的概念，抗体则是生物学功能的概念。

所有的抗体都是免疫球蛋白，但免疫球蛋白不一定都是抗体（即免疫球蛋白不一定多具有抗体活性）。

但某些文献称两者为同意词，可互换。

分型：

分泌型（secretedIg,SIg）—存在于体液，大多具有抗体的功能。

膜型（membrandIg,mIg）—存在于B细胞表面，是B细胞的抗原受体（BCR）。

分类：

五类，即IgG、IgM、IgE、IgA、IgD

二、抗体的结构：

所有的抗体都有相似结构。

1基本结构（以IgG为例）

单体：

由两条相同的分子量较大的重链（heavychain,H）和两条相同的分子量较小的轻链（lightchain,L）通过链间二硫键连接而成的四肽链结构。

每条轻链与一条重链结合，两条重链相互联结，位于上端的两个臂由易弯曲的铰链区连接到主干上形成“Y”形分子。

单体结构是构成免疫球蛋白分子的基本单位。

以下详细介绍各组成部分的结构和功能特点：

1.1重链和轻链

（1）轻链：

由214个氨基酸残基组成，每条轻链有两个由链内二硫键所构成的环肽（功能区）。

κ和λ型。

现在还不了解分别具有两种不同轻链的抗体在功能上有何不同。

λ链根据C区个别氨基酸的差异，分为λ1~λ4四个亚型。

种属特异性：

*一个天然Ig分子上的两条轻链的型别总是相同的。

*每类Ig的轻链都可以有κ和λ链。

*不同种属动物体内，两型轻链的比例不同：

正常人血清免疫球蛋白κ：

λ约为2：

1，小鼠约为20：

1。

轻链比例异常可反应免疫功能异常。

（2）重链：

大小约为轻链的两倍。

每条重链有4~5个由链内二硫键所组成的环肽。

Ig分类：

根据H链恒定区结构的差异（氨基酸的组成和排列顺序不同、二硫键的数目和位置、含糖的种类和数量不同），可将重链分为μ、δ、γ、α、ε链，重链的类别决定免疫球蛋白的类型，哺乳动物的免疫球蛋白因而分为IgM、IgD、IgG、IgA、IgE五大类。

Ig亚类：

同一类Ig根据铰链区氨基酸组成、重链二硫键的数目和位置不同，可分为不同类。

IgG1~IgG4,IgA1~IgA2。

1.2可变区和恒定区

（1）可变区：

位置：

指重链和轻链靠近N（氨基）端的约110个氨基酸的序列变化很大，称variableregion,V区，约占轻链的1/2和重链的1/5~1/4。

重链和轻链的V区分别叫VH和VL。

高变区：

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，称为hypervariableregion,HVR，分别用HVR1、HVR2、HVR3表示。

互补性决定区：

VH和VL的6个高变区共同组成Ig的抗原结合部位，该部位形成一个与抗原决定基互补的表面，因此，高变区也叫complementarity-determiningregion,CDR，分别用CDR1、CDR2、CDR3表示。

CDR决定抗体对抗原结合的特异性。

见P25图3-3。

骨架区：

高变区以外的可变区区域，其氨基酸组成和排列顺序相对不易变化，叫frameworkregion,FR。

（2）恒定区：

重链和轻链V区以外的氨基酸序列相对稳定，包括L链近C（羧基）端的1/2，H链近C端的3/4或4/5，叫costentregion,C区。

重链和轻链的C区分别称为CH和CL。

不同类的Ig其重链长度不一，分别有3~4个恒定区不等，即CH1~CH3或CH4。

特异性：

同一种属动物中，同一类或同一型Ig分子其C区氨基酸的组成和排列顺序比较恒定。

针对不同抗原刺激产生的人IgG抗体，它们的V区特异性不同，但其C区的抗原性是相同的，因此，制备抗人IgG抗体，均能与不同人的IgG结合。

补充图示。

1.3铰链区：

位于CH1和CH2之间。

富含脯氨酸，易伸展弯曲和被一些酶类水解，其作用是使抗体的两臂易于移动和弯曲，从而与不同距离的抗原表位结合，可利用多个抗原结合位点，多位点的结合将增强捕捉抗原的强度。

各类或各亚类Ig铰链区所含氨基酸数目不尽相同。

1.4免疫球蛋白的功能区（补充图示）

（1）含义：

Ig分子的每条肽链均可折叠为几个球形的环肽区域，叫功能区或结构域。

每个功能区约由110个氨基酸组成，每个功能区形成免疫球蛋白折叠（2个β折叠小片）。

（2）数目：

轻链：

VL和CL，2个。

重链：

IgG、IgA、IgD有4个，即VH、CH1、CH2、CH3；

IgM和IgE有五个功能区，即VH、CH1~CH4。

（3）作用：

*抗原结合部位：

VH和VL，尤其是HVR（CDR），乃Ig与抗原表位互补结合的部位。

*遗传标志：

CH和CL具有部分同种异型的遗传标志。

*补体C1q结合位点：

IgG的CH2和IgM的CH3可结合补体C1q，从而激活补体活化的经典途径。

*通过胎盘：

母体的IgG借CH2部分可通过胎盘。

*与Fc受体结合：

IgG的CH3可与单核巨噬细胞、中性粒细胞、B细胞、NK细胞表面的IgGFc受体（FcγR）结合，产生调理作用或ADCC作用。

IgE的CH2和CH3可与肥大细胞和嗜碱性粒细胞的IgEFc受体（FcεR）结合，介导速发型超敏反应。

2.抗体的其他成分

2.1J链：

joiningchain。

多肽链，连接Ig单体形成二、五或多聚体。

IgA可形成二聚体，IgM可形成五聚体。

J链在多聚体免疫球蛋白的体内转运中起一定作用。

2.2分泌片：

分泌成分。

是分泌型IgA分子上的一个辅助成分。

其作用是保护分泌型IgA的铰链区免受蛋白水解酶降解，并介导IgA从粘膜下转移到粘膜表面，发挥局部免疫作用。

3.抗体的水解片段

3.1木瓜蛋白酶（papain）水解片段

Porter等最早用木瓜蛋白酶水解兔IgG而获知Ig的四肽链结构和功能。

作用部位：

铰链区二硫键连接的2条H链近N端的部位。

产物：

三个片段。

2个Fab和1个Fc。

*Fab：

抗原结合片段（fragmentantigenbinding,Fab）。

每个片段由一条完整L链和部分H链（VH和CH1功能区）构成。

意义：

一个完整的Fab片段可与抗原结合，但此片段表现为单价（既只能与一个抗原决定基结合），与抗原结合后不能形成肉眼可见的凝集反应和沉淀反应。

*Fc：

可结晶片段（fragmentcrystallizable,Fc），此片段易于形成结晶。

相当于CH2和CH3功能区。

*是抗体与效应分子和效应细胞相互作用的部位，如包含CH2和CH3可与补体结合，与巨噬细胞等上的Fc受体结合；

*是Ig的同种型抗原决定基（异种间免疫具有的抗原性）存在部位。

用一种动物体内产生的抗体被动免疫，即注射入另一种动物体内时，可能因此抗体Fc段的存在而诱发超敏反应。

3.2胃蛋白酶（pepsin）水解片段

Nisonoff等最早用胃蛋白酶裂解免疫球蛋白。

铰链区H链的二硫键近C端部位。

*F（ab"

）2：

1个，包括2条L链和由链间二硫键相连的小段H链，包括铰链区。

表现为中国卫生人才网双价，与抗原结合的亲和力大于单价的Fab，与抗原结合后能形成凝集反应和沉淀反应。

*pFc"

：

若干。

无生物学活性。

胃蛋白酶水解后的F（ab"

）2保留了抗体结合抗原的生物学活性，减少或避免了由Fc段所具有的抗原性所致的超敏反应，因而作为生物制品有较大的实用价值。

但此类片段不具备固定补体以及与细胞膜表面Fc段受体结合的功能。

三、抗体的异质性

1.抗体的类型

1.1Ig分类：

1.2Ig亚类：

1.3Ig型：

根据轻链C区所含抗原表位不同，可分为κ和λ两型。

1.4Ig亚型：

根据轻链C区N端氨基酸排列的差异可分为亚型。

2.抗体的血清型

免疫球蛋白既可能是抗体，其本身具有抗原性。

将其作为抗原免疫异种动物、同种异体或在自身体内可引起不同程度的免疫反应。

根据免疫球蛋白不同抗原决定基存在的部位不同以及在异种、同种异体和自体中产生免疫反应的差别，可把免疫球蛋白的抗原性分为：

2.1同种型决定基

含义：

指决定同一种属内所有个体共有的免疫球蛋白抗原特异性的标记，在异种体内可诱导产生相应抗体，即同种型的抗原特异性因种属而异。

是重链类和亚类以及轻链型的同义词。

分布：

CH和CL

2.2同种异型决定基

决定同一种属不同个体间的免疫球蛋白的抗原特异性不同，在同种异体间可诱导产生相应抗体。

可作为一种遗传标记。

2.3独特型（idiotype）抗原决定基

决定某一特定抗体的抗原结合部位（VH、VL）的抗原特异性标记。

因为每一种特异性抗体，其V区上的氨基酸序列不同，从而表现特有的抗原决定基的作用。

这种特有的V区氨基酸序列就成为一种独特的抗原决定基的标记。

不同抗体形成细胞克隆所产生Ig，其V区具有与其它抗体V区不同的抗原性。

可以在异种、同种异体以及自身体内诱导相应抗体的产生，称为抗独特型抗体（antiidiotypicantibody,aId）。

V区，尤其是HVR（CDR）。

抗独特型抗体在免疫调节中的作用见免疫调节章节。

第二节、抗体的功能

免疫球蛋白是体液免疫应答中发挥免疫功能的最主要的免疫分子，它具有2个重要功能。

即首先与抗原结合，然后诱发效应机制。

这两种功能分别和免疫球蛋白的2个不同区域有关，重链和轻链的可变区共同组成与抗原结合的部位，而恒定区则与效应功能有关。

一、特异性结合抗原

Ig最显著的生物学特点是特异性地与相应抗原结合。

物质基础：

由VH和VL区，特别是HVR（CDR）的空间构型所决定的。

结合强度：

免疫球蛋白有单体、二聚体、五聚体。

每一个Ig分子结合抗原表位的数目（结合价）不同。

Fab为单价，F（abˊ）2和单体IgG、IgD、IgE为双价；

二聚体（分泌型IgA）为4价；

五聚体IgM理论上为10价，因空间位阻，一般只能结合5个抗原表位，为5价。

1．清除病原微生物或导致免疫病理作用。

如抗毒素中和外毒素的毒性等。

2．体外与抗原结合产生各种抗原抗体反应，是免疫学诊断方法的基础。

3．识别并结合抗原，诱导免疫应答。

如B细胞膜上的抗原识别受体就是膜型免疫球蛋白。

二、效应功能

1．激活补体

主要由IgG（IgG1~IgG3）和IgM抗体与抗原结合，激活补体经典途径，产生多种生物学效应；

IgA、IgG4、IgE可通过替代途径活化补体，详细机制见补体章节。

2．Fc段结合细胞表面的Fc受体（FcR）

不同细胞表面有不同类别Ig的Fc段受体，常见有IgG、IgE、IgA的Fc受体，分别用FcγR、FcεR、FcαR表示。

2.1调理作用

概念：

指抗体、补体等调理素促进吞噬细胞吞噬细菌等颗粒性抗原的作用，包括抗体和补体的调理作用两方面。

抗体的调理作用：

与抗原结合的IgG1和IgG3抗体Fc段与中性粒细胞、单核巨噬细胞上的FcγRⅠ、FcγRⅡ结合，从而增强吞噬细胞的吞噬功能，IgA也具有此作用。

机理见P29图3-7A。

Fc此处作为连接抗原和吞噬细胞间的“桥梁”，将抗原拉拢吞噬细胞。

2.2ADCC（抗体依赖的细胞介导的细胞毒作用，antibodydependentcell-mediatedcytotoxicity）

表达Fc受体的细胞（如NK细胞）通过识别抗体的Fc段直接杀伤抗体包被的靶细胞（即抗体与细胞膜上的抗原已结合的细胞）。

参与成分：

IgG型抗体，NK细胞及单核巨噬细胞、中性粒细胞。

以NK细胞为主。

与调理作用的区别：

吞噬和杀伤的区别；

作用对象是细菌和组织细胞的区别。

2.3介导Ⅰ型超敏反应：

由抗原刺激产生的IgE型抗体，其Fc段与肥大细胞和嗜碱性粒细胞表面的高亲和力IgEFc受体（FcεRⅠ）结合。

当相同的抗原再次进入机体，回引起超敏反应，见超敏反应章节。

IgE在游离情况下可与具有相应Fc段受体的细胞（肥大细胞和嗜碱性粒细胞）结合，称为亲细胞抗体。

3．穿过胎盘和粘膜

穿过胎盘：

人类IgG是唯一能穿过胎盘的免疫球蛋白，是一种重要的自然被动免疫机制。

即母体可将此类免疫球蛋白传至胎儿血循环，对于新生儿抗感染具有重要意义，如可以保护新生儿在6个月内减少病原体感染机会。

与IgG的Fc段结构有关，若切除Fc段后，剩余的Fab段不能通过胎盘。

通过粘膜：

分泌型IgA从粘膜下转移至呼吸道和消化道粘膜，是粘膜局部免疫的重要因素。

4．免疫调节：

见免疫调节章节。

第三节、抗体的特性与功能

一、IgG

1.血清中含量最高的免疫球蛋白：

占血清总免疫球蛋白的75~80%。

2.出生后3个月开始合成，3~5岁接近成年人水平。

3.单体、半衰期较长，亲和力高，是再次应答的主要抗体。

4.抗感染的主要抗体：

5.大多数抗细菌、病毒的抗体、抗毒素和某些自身抗体是IgG。

6.发挥调理作用、ADCC、激活补体。

7.通过胎盘。

8.与SPA结合：

SPA是金黄色葡萄球菌的A蛋白。

SPA可模拟Fc受体与IgG的CH1和CH3结合，起到防御细菌感染的作用。

因为金黄色葡萄球菌通过SPA与抗体的Fc段结合，就不能再与抗体的Fab段结合。

补充图示

二、IgM

1.分子量最大，巨球蛋白，多数血浆中存在的游离IgM为五聚体。

2.是在生物进化和个体发育中最早合成和分泌的Ig，也是在抗原刺激的体液免疫应答中最先产生的抗体：

不能通过胎盘，在胚胎后期开始合成，若脐带血中IgM增高，提示胎儿宫内感染（某些病毒）；

感染过程中血清IgM增高，说明近期感染。

3.半衰期较短、亲和力低。

4.类型：

天然血型抗体、类风湿因子、BCR的主要成分（mIg）、抗菌抗体。

5.免疫效应：

激活补体能力比IgG强15倍，原因见补体章节。

因此主要发挥溶菌、溶血、早期防御作用。

三、IgA

1.分型：

血清型和分泌型。

以后者为主。

分泌型IgA为二聚体。

2.分布：

是分泌液中主要的免疫球蛋白，存在于胃肠道、支气管分泌液、初乳、唾液、泪液。

3.免疫效应：

对蛋白酶水解有一定抵抗力，能在局部消灭微生物，阻止病原体入血，是粘膜局部免疫的主要抗体。

新生儿可从初乳中获得，是自然被动免疫的重要方式。

四、IgD

1.血清浓度低，功能不清。

2.B细胞表面的膜型IgD（mIgD）是B细胞成熟的标志,B细胞活化或变为记忆B细胞后，mIgD逐渐消失。

五、IgE

1.血清中含量最少。

2.亲细胞抗体，主要由鼻咽部、扁桃体、支气管、胃肠等粘膜固有层的浆细胞产生，这些部位常是Ⅰ型超敏反应发生的场所。

第四节、人工制备抗体

为了研究抗体的性质，应用抗体于临床疾病的诊断、治疗及预防，都需制备抗体。

目前抗体主要分为：

1．多克隆抗体：

polyclonalantibody,pAb。

将包含多种抗原决定基的抗原物质免疫动物，从而刺激多个B细胞克隆产生针对多种抗原决定基的不同抗体，所获免疫血清是多种抗体的混合物。

2．单克隆抗体：

monoclonalantibody,mAb。

由一个识别一种抗原决定基的B细胞克隆产生的同源抗体，结构高度均一。

3．基因工程抗体：

目前大多数单克隆抗体是鼠源性的，临床重复给药使体内易产生抗鼠抗体。

人源单克隆抗体研制尚未成功。

基因工程抗体的研究意图在于对Ig进行切割、拼接或修饰，或人工合成后导入受体细胞表达。

教学方法和注意事项

一、组织教学

二、讲授本次课内容（多媒体教学）

重点

难点

时间分配

5min

10min

30min

15min

复习思考及作业题布置：

1．抗体、免疫球蛋白、结构域、独特型的定义；

2．简述免疫球蛋白的基本结构；

3．简述免疫球蛋白被胃蛋白酶、木瓜蛋白酶水解的部位、水解片段及其作用。

4．调理作用、ADCC、单克隆抗体的定义；

5．试述免疫球蛋白的功能；

6．试述各类免疫球蛋白的特性与功能。

授课的创新点：

与日常生活中的疾病相联系且讲授与提问相结合。

参考资料（包括辅助教材、参考书、文献等）：

医学免疫学，曹雪涛主编，第六版，人民卫生出版社，2013年3月（卫生部规划教材，全国高等学校教材）

教研室意见：

教研室主任签章：

年　　月　　日

课后记（即通过收集教学督导专家、同行和学生的反馈信息，认真整理分析成功的经验和不足之处，在课程结束后填写）