第二章免疫分子 1 2 Ig和补体系统Word文档下载推荐.docx

第二章免疫分子 1 2 Ig和补体系统Word文档下载推荐.docx

《第二章免疫分子 1 2 Ig和补体系统Word文档下载推荐.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第二章免疫分子 1 2 Ig和补体系统Word文档下载推荐.docx（19页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

CL仅发现两种，按它们表现的抗原性将L链区分为κ和λ两种型（type），每一个Ig分子的两条L链均是同一个型，即同是κ型或同是λ型。

H链其余3/4段的氨基酸组成和排列也较恒定，称为H链恒定区（CH）。

CH有五种，据它们的抗原性将H链分为五类（class），μ、δ、γ、α和ε。

它们分别组成的Ig相应称为IgM、IgD、IgG、IgA和IgE。

依每类Ig重链恒定区内个别氨基酸的差异及H链间二硫键位置不同，各类Ig又分亚类（subclass），例如人的IgG分为IgG１、IgG２、IgG３和IgG４，IgM分为IgM１和IgM２，IgA分为IgA１和IgA２；

马的IgG分为IgGa、IgGb、IgGc、IgG（B）和IgG（G）；

牛的IgG分为IgG１和IgG２；

猪的IgG分为IgG１、IgG２、IgG３和IgG４等。

L链和H链内，大约每110个氨基酸残基片段内由两个半胱氨酸组成一个链内二硫键，形成一个环，环内的肽链以典型的Ig折叠（immunoglobulinfold）形成球状结构域（domain）。

具有Ig球状结构域的尚有MHC-Ⅰ类分子、MHC-Ⅱ类分子、TCR、Thy-1抗原、粘附分子（ICAM）等，它们归于一个Ig基因超家族（详见第22章）。

L链内有两个结构域，VL和CL；

IgG、IgA和IgD的重链内均有VH、CH1、CH2和CH3四个结构域；

IgM和IgE的重链则多一个CH４结构域。

每个结构域的免疫功能不同，但约有1/3的氨基酸排列顺序相同。

IgG、IgA、IgD的CH1和CH2之间有一个约含30个氨基酸可弯曲的铰链区（hingeregion），有利于Ig两臂伸展，与抗原分子上不同位置的表位结合。

二、免疫球蛋白的多样性及血清型

（一）Ig的多样性

据测定，成年人体内的B淋巴细胞，约有1×

１07种克隆，每种克隆约有1×

１05个B细胞。

各种克隆B细胞SmIg分子的VL-VH结构不同，能识别结合各种抗原决定簇，引起分化增殖成浆细胞，合成分泌各种特异性Ig分子。

每种特异Ig分子的组成和结构都有差异，这就是所谓的Ig多样性。

（二）Ig的血清型

Ig分子不但具有抗体活性，同时自身也是很好的抗原，因各种动物和个体的遗传因素不同，B细胞在遗传性上具有差异，它们产生的Ig分子在抗原性上也就各不相同，这种差异必然与各种Ig分子的氨基酸残基组成和排列顺序有关，这种受遗传基因控制产生的抗原性差异，称为Ig的遗传标志（geneticmarker）。

根据遗传标志的不同，可将Ig分子的抗原性分为三种不同类型的变异体（血清型），即同种型、同种异型和独特型，具体见表1.5.1，它们可以用血清学方法来测定及分类，故称为免疫球蛋白血清型。

1．同种型（isotype）

即同种动物所有个体B细胞产生的免疫球蛋白的类、亚类，型、亚型都相同，不同种动物之间则不同。

因此，人与各种哺乳类动物的免疫球蛋白，在动物间可互为免疫原。

（1）类（class）：

根据CH抗原性的不同，将重链分为γ、α、μ、δ、ε五类，其相应的免疫球蛋白分别为IgG、IgA、IgM、IgD、IgE。

（2）亚类（subclass）：

根据CH中二硫键的位置和数目等微细结构的差异，将免疫球蛋白再分为亚类，如IgG可分为IgG１、２、３、４四个亚类，IgA和IgM分别分为IgA１、２及IgM１、２两个亚类。



（3）型（type）：

根据CL的抗原性不同，轻链可分为κ（约占65%）和λ（约占35%）两型。

任何一个免疫球蛋白分子的两条轻链总是相同的型，即同是κ型或λ型。



（4）亚型（subtype）：

根据λ型的CL区中氨基酸的差异，将λ链分为Cλ1、Cλ2、Cλ3、Cλ4，或OZ（+）即λ链190位为亮氨酸，OZ（-）190位为精氨酸，Kern（+）154位为甘氨酸，Kern（-）154位为丝氨酸等四个亚型。

κ型尚未发现有亚型。

（5）群（group）：

根据重链和轻链可变区同源性的差异程度不同，分为VH群、Vκ群和Vλ群等三个主要的群。

（6）亚群（subgroup）：

根据群内成员的可变区氨基酸的组成和排列顺序的不同，可进一步将重链可变区分为VHⅠ、VHⅡ、VHⅢ、VHⅣ等亚群。

将κ型轻链可变区分为VκⅠ、VκⅡ、VκⅢ、VκⅣ等亚群。

将λ型轻链可变区分为VλⅠ、VλⅡ、VλⅢ、VλⅣ、VλⅤ、VλⅥ等亚群。

表1.5.1免疫球蛋白血清型

同种型变异部位举例

类CHIgG、IgM、IgA、IgD、IgE

亚类CHIgG1～4，IgA1～2，IgM1～2

型CLκ、λ

亚型CL（λ）OZ（+）、OZ（-）、Kern（+）、Kern（-）

群VVHVκVλ

亚群VHVHⅠ～Ⅳ

VL（κ）VKⅠ～Ⅳ

VL（λ）VλⅠ～Ⅵ

同种异体型CH（γ１～γ3）Gm1、Gm2……Gm30

CH（α２）Am1，Am2

CL（κ）κm1，2，3

独特型VH/VL极多

2.同种异体型（allotype）

即同种动物不同个体的B细胞产生的免疫球蛋白分子，存在抗原特异性的差异。

这是由于CH或CL上一个（或几个）氨基酸改变而造成的抗原性差异，将这些起决定作用的氨基酸称为异型标志。

目前已证明人有Gm、Am、κm三组异型标志，分别为IgG、IgA和κ型轻链的遗传标志，人类的Gm共有约30种Gm因子、Am2种、κm3种,具体见表1.5.2。

3.独特型（idiotype）

指同一动物个体内，不同B细胞克隆产生的免疫球蛋白，VH和VL区内的抗原决定簇不同，表现为抗原特异性的差异。

它反映了抗体分子可变区的抗原决定簇的独特性。

因为在同一个体内，有千万个B细胞克隆（免疫活性细胞），每个B细胞克隆产生的Ig分子V区均有不同的抗原特异性，由此，将Ig区分的型别称为独特型。

独特型抗原决定簇是由Ig的可变区（VH和VL）结构决定的，其氨基酸排列顺序的差异主要在超变区，即主要在Ig分子与抗原决定簇结合的部位。

因为不同的B细胞系（克隆）产生的免疫球蛋白均具有特异的抗原结合部位，而且是均质的，所以一个B细胞克隆就只合成一个独特型抗体。

机体内有千万个克隆的B细胞，就会有千万种不同的独特型抗体分子产生。

独特型的出现，在更精确的水平上反映了每个抗体形成细胞遗传性的微细差别。

除血清中的免疫球蛋白分子外，T、B淋巴细胞表面的抗原受体也具有独特型抗原特异性。

独特型抗原决定簇不仅在不同种间、同种异体间可刺激机体产生抗独特型抗体（anti-idiotypeAb），而且在自身体内也可诱导产生抗独特型抗体。

这样，就形成了独特型与抗独特型的网络系统，由此构成机体内免疫细胞间相互制约的关系，在机体免疫应答调节中起着重要作用（见第十八章）。

表1.5.2人的免疫球蛋白的同种异型

遗传标志肽链类型功能区同种异型氨基酸的位置和种类*

重链轻链

Gmγ１CH1Gm（4）214

精

Gm（17）赖

γ１CH3Gm

（1）356358

门冬亮

Gm（－1）谷蛋

γ2CH2Gm（23），Gm（－23）ND

γ3CH2Gm（5），Gm（－5）ND

Gm（15）

Gm（16）ND

Gm（21）296

酪

Gm（－21）苯丙

γ3CH3Gm（6）

Gm（11）436

苯丙

Gm（－11）酪

Gm（13）

Gm（14）

γ4CH2Gm（4a）309

亮

Gm（4b）空白

Amα2CH3Am

（1）411428458467

苯丙门冬缬缬

Am

（2）苏谷异亮丙

κmκCLκκm

（1）153191

缬亮

κm（1,2）丙亮

κm（3）丙缬

*氨基酸名称“氨酸”二字略，例：

“精”即指“精氨酸”；

ND：

未检测

三、免疫球蛋白分子的功能

（一）重链和轻链的可变区与抗原特异结合

Ig分子的VH和VL与抗原的特异结合，主要以它们的3个高变区，即互补决定区CDR1、CDR2和CDR3，与抗原表位（epitope）互补结合。

各CDR位于VH、VL肽链折叠的回折处，VH、VL的顶部，构成袋型、沟槽型或平面型的空间构型。

HCDR3、LCDR3位于空间构型中较为中心的位置，其全部氨基酸残基可能都与抗原接触。

CDR1、CDR2仅有部分接触。

Ig分子与抗原表位互补部位的氨基酸之间形成非极性的氢键、相互作用的静电力、范德华力和疏水力等。

由于Ig与抗原的结合是非极性的，结合后可以解离，处于可逆状态。

Ig分子与单价抗原的结合力称为亲和力（affinity），Ig分子与抗原结合与解离的强度，在一定条件下取决于Ig分子与抗原结合的亲和力。

在温度、pH、离子强度等恒定条件下，某一种Ig分子与其抗原的结合与解离达到平衡时，抗原-抗体复合物的浓度［Ag-Ab］，与游离抗体的浓度［Ab］和游离抗原表位的浓度［Ag］之比是一个常数，即亲和常数（affinityconstant,Ka）。

Ka=［Ag-Ab］/［Ab］·

［Ag］=K+K-

K+为结合反应速度常数，K-为解离反应速度常数。

［Ag-Ab］、［Ag］和［Ab］以摩尔浓度（mol/L）表示，则Ka的单位为摩尔浓度的倒数（L/mol或m-1）。

通常，Ka在107m-1-1012m-1的称为高亲和力抗体，低于107m-1的为低亲和力抗体。

IgM、IgG等抗体分子具有2个以上与抗原表位结合的部位，Ig分子与多价抗原结合的亲和力总和称为亲合力（avidity）。

Ig分子的亲合力并不是亲和力的简单相加，而是呈几何级数上升，因此，一个低亲和力的IgM分子，或多个低亲和力的IgG分子，对天然多价抗原的结合可以是相当紧密的。

（二）CH的功能

1.与细胞膜上的Fc受体（FcR）结合

IgG的Fc段可与MΦ、中性粒细胞、嗜酸性粒细胞等的FcγRⅠ（CD64）结合，有利于细胞吞噬被抗体IgG结合的病原体，即是起调理吞噬作用。

此外，对MΦ等细胞也有刺激作用。

IgG1的Fc段与NK细胞上的FcγRⅢ（CD16）结合），则诱发NK细胞的ADCC效应。

IgE的Fc段与肥大细胞或嗜碱性粒细胞上的FcεRⅠ结合，再次接触抗原，发生交联时，可诱导细胞释出各种活性介质，引发超敏反应。

腺体粘膜下B细胞分泌的IgA，通过Fc段与腺上皮中转运细胞的Fc受体结合，可由腺体粘膜下转运到乳汁中或泪水中。

人、灵长目、啮类类母体血循中的IgG1、3、4，通过Fc段与胎盘中转运细胞的Fc受体结合，可转运给胎儿。

2.识别和激活补体IgG、IgM重链的CH2区的补体结合位点，当抗体与抗原结合后，将识别并结合补体系统中的C1q，启动补体系统的激活，发挥补体的生物学作用。

五聚体的IgM识别C1q的结合位点有5个以上，激活补体的作用比IgG强大得多。

四、免疫球蛋白的遗传控制及生物合成

1941年Beadle和Tatum提出“一个基因一种酶”的假说。

随后的研究认为所有蛋白质的生物合成都遵循“一个基因控制一条多肽链”的遗传规律。

1965年Dreyer和Benner根据人骨髓瘤L链Bencejones蛋白和小鼠骨髓瘤L链蛋白的肽链图分析，提出“两个基因控制一条Ig肽链”。

此后越来越多的研究证实，Ig分子的合成具有独特的遗传规律，即多基因编码Ig分子的一条肽链，其基因表达遵循等位基因排斥原则，即每个B细胞都具有来自父系和母系的两条染色体，每条染色体的相应部位均有编码Ig分子H链、λ链和κ链的等位基因，但任何细胞只能活化等位基因中的一个基因而表达。

（一）编码Ig分子的遗传基因

胚细胞中有3组不连锁的基因簇，分别编码Ig分子的H、κ和λ链，它们分别在小鼠第12、6和16对染色体，人第14、2和22对染色体上。

H链、κ链和λ链的V区和C区分别由V基因和C基因编码，V基因的数目各有100～1000个，每个V基因前均有一个L基因，编码17～20个氨基酸组成的H链和L链的先导肽（leaderpeptide）。

小鼠的CH基因在第12对染色体上的DNA片段（约200kb）中，有依次为5′端的Cμ、Cδ、Cγ3、Cγ1、Cγ2b、Cγ2a、Cε和Cα等8个基因；

Cλ基因有Cλ３和Cλ1，Cλ2和Cλ4分别连锁；

Cκ基因有1种。

1976年Tonegawa以DNA探针证明小鼠胚细胞基因簇中的V基因和C基因是远离的。

轻链V区约含108个氨基酸，但当轻链V基因被分离测定时发现只编码1～95位氨基酸，其余96～108位氨基酸由另一基因编码，这一基因称为连接（joining）基因，简称J基因。

现已知道，在小鼠胚细胞中，H链基因簇内有4个J基因，λ基因簇中有4个J基因，κ基因簇中有5个J基因。

从DNA转录mRNA的基因重排（rearrangement）过程中，一个J基因一端与一个V基因互补，另一端与一个C基因互补，连接远离的V基因和C基因，组成VJC（图1.5.3C2），指导L链的合成。

各个J基因表达氨基酸数目不等的肽段于V区与C区之间，参与抗体与抗原结合的位点。

最初认为H链的基因与L链一样，也由V、J、C基因连接组成，但克隆胚细胞的VH和CH、JH基因后，测定其核苷酸序列，并与相应骨髓瘤的H链氨基酸序列比较，发现H链中还有一段氨基酸既非VH基因编码，也非CH、JH基因编码，而是由另一些DNA片段编码，这些片段中最短的编码3个氨基酸，长的编码17个氨基酸，这些氨基酸都是抗体与抗原决定簇结合的位点，因而它们被称为多样性（diversity）基因，简称D基因。

人约有27个D基因，小鼠有20个D基因，大鼠有11个D基因。

H链基因簇中的V、D、J和C基因重排时，先选择一个D基因与J基因连接，继而一个V基因向DJ基因靠近，形成VDJ联合，最后与一个C基因组合成VDJC基因，编码一条H链（图1.5.4）。

按照DNA编码规律，比较编码骨髓瘤Ig的核苷酸序列及骨髓瘤Ig肽链的氨基酸序列，结果发现H、κ和λ基因簇中各个基因之间都有一个中间片段，称为内含子（intron），将各个基因隔开，这一发现进一步证明编码抗体的基因是远离的。

内含子有长有短，不编码不表达抗体分子。

DNA转录成L链LVJC或H链LVDJC的mRNA前体时，有关基因之间的内含子一起被转录，但在加工剪接为成熟的mRNA过程中，内含子被切除。

（二）Ig多样性的遗传控制及Ig的生物合成

阐明抗体多样性的遗传控制，主要有以下三种学说：

胚系学说，体细胞突变学说和基因重排学说。

1.胚系学说（germ-linetheory）

又称种系学说，认为物种在进化过程中获得的大量突变基因（这种突变的发生，不是抗原诱导的，而是自发的），贮存在生殖细胞内，被保留下来，变成稳定的种质基因，足够编码千千万万种抗体分子。

这个基因数目究竟有多少呢?

估计有105～108个结构基因。

如果其中有102个基因编码VL，以同样数目的基因编码VH，那么就会编码104个不同特异性的抗体分子。

实际上，究竟有多少基因编码L链或H链的V区?

估计很不一致，有人估计是102数量级，有人估计是103数量级。

动物在进化过程中，获得的编码Ig的基因的数目如此巨大，全部贮存在生殖细胞中，再通过生殖细胞一代复一代地遗传下去。

每一个淋巴细胞也必然具备这整套基因，如果淋巴细胞没有种质基因，就难以解决Ig各亚类、亚群以及同种异型标志的遗传，产生成千上万种抗体分子。

2.体细胞突变学说（somaticmutationtheory）

该学说认为数目巨大的突变基因都贮存在种质中，存在于生殖细胞的染色体中是不可能的，也是不经济的。

由种质传下来的只是少量V基因（如Weigert认为生殖细胞系中的基因数目只占机体总数的10%），而V基因的多样性，主要是个体发育期间，体细胞突变造成的。

体细胞基因突变率约为10-6，基因突变是无定向的，由此可以获得大量的V区顺序。

假定一个相同的C基因可能与许多不同的V基因结合，生成无数种不同的抗体，则它们的Fab片段就能分别结合各种不同的抗原。

上述两个学说对于解释免疫球蛋白的多样性都有一定的根据，但也有其不足之处，因此，又出现下述的第三种学说。

3.基因重排学说（generearrangementtheory）

1965年开始由Dreyer和Benner提出，认为Ig的V区和C区分别由V基因和C基因编码，两种基因是分开的，在胚细胞中具有上百个V基因，一个C基因，B细胞受抗原刺激分化为浆细胞过程中，V基因和C基因重排成VC复合基因，VLCL基因编码L链，VHCH基因编码H链，表达产生完整的Ig分子。

随着基因克隆、DNA/RNA杂交、DNA序列分析和蛋白质序列分析等生物学技术的发展，1976年利根川进等首次以实验证明V基因和C基因呈分离状态，并在B细胞成熟分化过程中不断进行重排；

从此，基因重排学说越来越得到证实、完善和赞同。

按照基因重排学说，编码完整Ig分子重链和轻链的DNA，是由多个基因多次重排的结果，从胚细胞或干细胞分化成B细胞，从B细胞受抗原刺激后再分化成浆细胞过程中，都进行基因重排。

例如小鼠的Ig分子，在小鼠胚细胞第12对染色体中，有编码重链的V基因100～1000个，D基因20个，J基因4个，C基因8个，依次为Cμ、Cδ、Cγ３、Cγ１、Cγ2a、Cγ2b、Cε和Cα。

每一个V基因前带有一个L基因，每一个C基因内又含有CH1、绞链区、CH2、CH3或CH4基因片段。

在各个基因之间和基因片段之间都由内含子隔开。

胚细胞或干细胞分化为B细胞过程中，发生各种L-V、D、J基因的任意重排，其他基因被缺失。

分析表明，VDJ的D处正是编码VH第三个超变区CDR3的位点，因此V、D、J基因的不同组合是产生抗体多样性的主要原因。

V、D、J基因进行第一次重排，连结成VDJ联合基因后，与不同C基因进行第二次重排。

首先VDJ与Cμ基因及其之间的内含子转录成μ链mRNA前体。

然后加工切除内含子，成为成熟μ链mRNA（如图1.5.4A）。

也有人以cDNA探针标记发现，μ链和δ链的mRNA来自一个大的mRNA分子，按照基因重排理论，因为胚细胞DNA分子上Cμ和Cδ基因相邻，第二次重排时，VDJ可与CμCδ基因连接成VDJCμCδ复合基因，转录成大的mRNA前体，剪切时消除Cμ基因或Cδ基因而成μ链mRNA和δ链mRNA，在同一克隆的B细胞内编码，表达具有相同V区的μ链和δ链（图1.5.5A），形成的IgM和IgD分子将嵌在B细胞膜上。

浆细胞则经转换重排、转录、加工剪切成δ链mRNA，表达δ链，形成分泌性IgD。

B细胞受抗原激发后，在分化成浆细胞过程中，开始的浆细胞以重排后的VDJCμ基因编码产生μ链，以后的浆细胞发生CH基因转换（switch），转换以5′Cμ-Cδ-Cγ３-Cγ１-Cγ2b-Cγ2a-Cε-Cα3′的次序进行，当转换成VDJCγ组合时的浆细胞则产生IgG。

已成功克隆胚细胞的Cμ基因和Cγ基因，测定它们的核苷酸序列，并进行比较，发现胚细胞Cμ基因前有几个J基因，Cγ基因前没有J基因，但在编码γ链MOPC141的Cγ基因前有J基因，这个J基因正是Cμ基因前J基因中的一个，这表明转换组合成VDJCγ基因，要进行两次重排，第一次VDJ基因连接Cμ基因，第二次移去Cμ基因，VDJ接上Cγ基因（图1.5.4B）。

基因转换中决定抗体特异性的VDJ基因不变，仅改变C基因，因而不同时期的浆细胞产生不同类的Ig，它们与抗原结合的特异性不变。

小鼠胚细胞中编码轻链的κ链、λ链的基因簇分别在第6、16对染色体上。

一般认为，编码κ链的V基因有几百个，J基因5个，C基因1个；

编码λ链的V基因较少，J基因4个，C基因4个。

各基因之间也由内含子隔离。

从胚细胞发育为B细胞，B细胞受抗原决定簇刺激分化成浆细胞过程中，均发生与重链基因相似的基因重排，如图1.5.3C2。

形成的VJC复合基因及内含子转录成L链mRNA前体，经加工切除内含子，成为成熟的轻链mRNA。

（三）Ig的生物合成

其基本程序是，当DNA重排后，转录的H链mRNA和L链mRNA，从核内移到胞浆，分别结合于内质网粗面核糖体上，翻译出带有前导肽的H链和L链，通过内质网膜，进入腔内侧，前导肽被肽酶切除，H链和L链自发地通过二硫键装备成H2Ｌ2“Y”字型的基本结构。

Ig分子进入Golgi小体和Golgi小体后的小泡囊，向细胞膜移行过程中加入糖链，形成完整的Ig分子。

Bμ+δ阶段的B细胞，Cμ和Cδ基因末端节段编码Ig分子H链末端约25个氨基酸残基是疏水的，使IgM和IgD分子不能通过细胞膜而嵌在类脂双层中，成为膜表面Ig，是识别抗原决定簇的受体。

浆细胞各类C基因末端节段编码的H链末端氨基酸残基是亲水的，产生的各类Ig分子能通过细胞膜分泌出细胞外。

IgM和分泌型IgA在分泌过程中加入J片形成五聚体IgM和二聚体IgA，后者还加入一个S片。

人和动物产生的Ig分子，其多样性主要是VL-VH结构的多样性，基因重排学说对此可以作出解释。

如前所述，小鼠胚细胞DNA中有V基因100～1000个，L链、H链J基因各4个，H链D基因20个。

假定VL基因100个，VH基因200个，则VL基因重组数目将有100（VL基因）×

4（