免疫学基础理论 第二章 免疫球蛋白Word下载.docx
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H和L链的FR在某些位置上具有相同的氨基酸残基。
根据VH/VL氨基酸顺序同源程度的差异，可将Ig分为群和亚群。
图2-1免疫球蛋白（IgG）结构模式图
（二）Ig的三维结构
Ig分子的每一条肽链，都由链内二硫键将相邻的二级结构单元折叠成球形局部性区域（图2-2）；
每个球形区约由110个氨基酸残基组成，不同Ig分子对应球形区的氨基酸残基顺序具有高度的相似性，因此称为同源区。
IgG、IgA和IgD分子共有12个同源区，其中Lκ或Lλ各2个：
VL和CL；
H链各4个：
VH、CH1、CH2和CH3。
IgM和IgE分子各有14个同源区，因为其H链上多一个CH4。
虽然H链和C区的不同区域彼此同源，并且与L链的CL同源，但它们与V区的氨基酸排列顺序极少相同，说明V区和C区是由不同的基因（V基因和C基因）分别编码的。
每个同源区担负着一定的免疫功能，因而也称为功能区。
可变区中的氨基酸排列顺序呈高度变异性，其高变区对应的VL和VH形成袋状，随氨基酸残基的不同形状各异，以能与多种多样的抗原决定簇相适应，构成抗体特异性的分子基础。
同时CH和CL区的氨基酸排列顺序相对稳定，又适应其发挥许多特定的生物学效应，如固定补体和调节Ig分解代谢率等功能位于CH2，而亲和细胞的功能则在CH3或CH4。
图2-2免疫球蛋白（IgG）的功能区示意图
在重链CH1和CH2之间的区域富含脯氨酸和半胱氨酸和半胱氨酸，这两类氨基酸的游离基团少，几乎不与邻近的区域形成固定的二级或三级结构。
这一自由柔曲的肽段称为铰链区（hingeregion）。
该区结构的柔韧性允许抗体分子的抗原结合部位随意改变方向，使抗体分子结合抗原的能力大大增强。
同时也因Ig变构而使补体结合点暴露出来。
（三）Ig的水解片段
Ig分子可被许多蛋白酶水解，产生不同的片段；
免疫学研究中常用的酶是木瓜蛋白酶（papain）和胃蛋白酶（pepsin）。
木瓜蛋白酶在生理pH下将IgG分子从H链二硫键N端219位置上断裂，生成两个相同的Fab片段和一个Fc片段。
Fab段即抗原结合片段，含1条完整的L链和H链的一部分（Fd）段；
Fab段仍具有抗原结合活性，但结合能力较弱，只有一价。
Fc段即可结晶片段，为2条H链C端剩余的部分，在一定条件下可形成结晶。
Fc段不能与抗原结合，但具有许多其他生物学活性，如固定补体、亲和细胞（巨噬细胞、NK细胞和粒细胞等）、通过胎盘、介导与细菌蛋白的结合等。
图2-3IgG分子的水解片段模式图
胃蛋白酶于于低pH下可将IgG分子从H链间二硫键C端232位置切断，形成含2个Fab段的F（ab＇）2片段和1个较小的pFc＇片段。
F（ab＇）2段即双价抗体活性片段，经还原后可得2个Fab＇。
Fab＇的分子量略大于Fab，而生物活性与Fab相同。
pFc＇比Fc分子量小，虽然仍保持亲和巨噬细胞及与某些类风湿因子结合的能力，但失Fc片段原有的固定补体等活性。
第二节 免疫球蛋白的血清型
免疫蛋白为大分子蛋白质，具备抗原的各种性质，对异种、同种异体，甚至宿主自身都是良好的抗原，而且是一个抗原复合体，带有多种抗原决定簇。
Ig分子的这种异质性反映了抗体形成细胞的遗传性差异，代表抗体分子在不同水平上的遗传变异性；
通常可用血清学方法检测出来，并据此将Ig及其肽链（H和L链）分成不同的血清学类型。
需要指出的是，在正常状态下，1个Ig分子的2条H链是均一的，2条L链也是均一的，在任何层次上都不会出现2条链不同类或不同型的情况。
（一）同种型
同种间所有正常个体都具有的Ig抗原特异性，称同种型。
包括IgH链的类和亚类及L链的型和亚型，以及VH/VL的群和亚群的抗原；
亦即同种生物所有正常个体都有各类、亚类及不同型别、群和亚群等多种Ig的变异体。
这种同种型变异体并不具有个体特异性。
1．类和亚类依H链C区的结构和抗原性的不同，可将H链分为α、γ、δ、ε和μ5类，相应Ig分子也分为5类，分别为IgA、IgG、IgD、IgE和IgM。
有的同类H链C区之间的氨基酸顺序仍有一些差别，再分成若干亚类；
例如IgG可以分为4个亚类：
IgG1、IgG2、IgG3和IgG4；
IgA可分成2个亚类：
IgA1和IgA2（表2-1）。
表2-1Ig的类型及其理化特点
性状
IgG
IgA
IgM
IgD
IgE
分子量（kD）
150
160,400
900
180
190
沉降系数（S）
7
7,11
19
8
电泳位置
γ
γ～β
含糖量（％）
3
10
12
重链类别
α
μ
δ
ε
重链亚类
γ1～4
α1,α2
－
2．型和亚型根据L链和C区的结构和抗原性的不同，可将L链分为κ和λ两型。
λ类κ链只有1个同种异型；
但λ链至少有4种非等位（同种型）基因的产生，为λ链上一定位置的1个氨基酸置换而形成的变异体。
例如Kern（＋）指链上第150位是甘氨酸，而Kern（－）则为丝氨酸；
Oz（＋）为第190位上是赖氨酸，Oz（－）为精氨酸。
（二）同种异型
同种不同个体间Ig结构和抗原性的差异称同种异型（allotype）。
与同种型的区别在于，同种异型的特异性只存在于同种的某些个体中，而同种型的特异性则普遍存在同一物种的所有个体。
同种异型表位在C区，由同一基因位点上几个等位基因控制，反映在CH和CL上只有1～2个氨基酸的差异。
这此关键氨基酸构成的同种异型抗原称为遗传标志。
它包括与H链相关的Gm、Am、Em系统和与L链相关的Km系统。
Gm是γ链（γ4除外）上的同种异型标志，由许多种不同抗原决定簇组成，用字母或数字命名。
Am为IgA2亚类α2链标志，有2种Am特异性。
Km有Km1、Km2、Km3三种，是κ链C区153和191位氨基酸残基置换的结果。
在入λ链中尚未发现同种异链标志。
（三）独特型
同一种属某一个体产生的抗体分子具有独特的抗原决定簇，不但与其他个体受同一抗原刺激产生的特异性抗体不同，而且与自身其他特异性抗体也有区别，称为独特型（idiotype）。
独特型是单克隆的，其抗原决定簇位于V区，与高变区决定簇的互补空间相关联，反映Ig分子高变区抗原决定簇的差异。
独特型抗原可用抗独特型抗体直接特异性检出。
抗独特型抗体有两型，一为直接与抗体分子的抗原结合部位决定簇反应，从而能阻断抗原结合，成为抗原内影像，可作为抗独特型抗体疫苗；
另一针对抗原结合部位以外的V区其他决定簇。
虽然Ig分子V区球形构象提示抗体高变区、抗体的抗原结合部位和抗体的独特型决定簇三者关系密切，但不完全重合。
一些独特型抗原与抗体活性无关。
抗独特型抗体可因单独的H和L链或肽链的V而产生，亦即独特型决定簇或称独特位（idiotope），可完全位于H和L链的结合体。
Ig分子的独特型抗原具有自身免疫原性，在正常免疫应答过程中产生抗独特型抗体（Ab2），这种抗抗体再生引发另一B细胞产生抗Ab2抗体（Ab3），如此继续下去，独特型和抗独特型将整个抗体产生系统联成一个网络，称为独特型网络（idiotypicnetwork）。
第三节 免疫球蛋白的生物学活性
免疫球蛋白的重要生物学活性为特异性结合抗原，并通过重链C区介导一系列生物学效应（表2-2），包括激活补体、亲和细胞而导致吞噬、胞外杀伤及免疫炎症，最终达到排除外来抗原的目的。
（一）抗原结合作用
抗体分子在结合抗原时，其Fab片段的V区与抗原决定簇的立体结构（构象）必须吻合，特别与高变区的氨基酸残基直接有关，所以抗原－抗体的结合具有高度特异性。
尽管某些氨基酸残基在肽链的氨基酸顺序上相距很远，但由于肽链沿功能区长轴平行方向往返折叠，使他们能紧紧接近，形成一双层排布的凹形或袋状包围抗原的活性部位，双层间存在许多硫水氨基酸侧链。
抗体分子与抗原的相互作用靠各种非共价力，如氢键、静电引力和VanderWaal力等，是一种可逆性反应。
抗体与抗原结合后才能激活效应功能，天然Ig分子不能起这种作用。
但在无抗原存在时，某些物理处理（例如加热、凝聚等）也可模拟Ig分子构象的变化而起激活效应机制的作用。
（二）补体活化作用
补体C1q与游离Ig分子结合非常微弱，而与免疫复合物中的IgG或IgM（经典途径）或凝集Ig（替代途径）结合则很强。
C1q与IgGFc段的CH2功能区起反应，其结合位点在3个氨基酸侧链上。
所有IgG亚类的单独Fc片段对C1q具同样的亲和性；
但完整蛋白则主要是IgG1和IgG3才能结合C1q结合的影响有关。
IgM激活补体能力最强。
IgG至少需两紧密并列的分子才能有效地激活C1q，而IgM单个分子在结合抗原后即可激活补体。
循环IgM仅显示低亲和性的单个C1q结合点，与IgG的效能相近似；
但当IgM分子与大分子抗原的多个决定簇结合后，改变其构象呈钩环状，以致暴露了原来被相近亚单位隐蔽的C1q结合点而增强了激活补体的能力。
IgG4、IgA1和IgA2虽不能通过经典途径激活补体，但其Ig聚合物均可激活C3旁路。
（三）亲细胞作用
IgG分子能与细胞表面的Fc受体结合。
这些受体均属Ig超族成员，主要有FcγRⅠ（CD64）、FcγRⅡ（CD32）和FcγRⅢ（CD16）。
FcγRⅠ在单核细胞表面很丰富，中性粒细胞受适当细胞因子调节以后也可表达此受体；
FcR为一高亲和性受体，与IgG1和IgG3有很强的结合性，与IgG4也可作用，但与IgG2则不能结合。
FcγRⅡ和FcγRⅢ受体在很多细胞上都存在，包括中性粒细胞、嗜酸性粒细胞和血小板，与IgG1和IgG3有低亲和相互作用。
活化B细胞表面有一个IgM结合蛋白（FcμR），但在T细胞、单核细胞或粒细胞都没有。
在单核细胞和中性粒细胞表面有FcαR，因而IgA亦有调理素作用。
近年有T细胞上存在IgD受体的报道，但其意义仍不基清楚。
FcεRⅠ受体存在于肥大细胞和嗜碱性粒细胞上；
在B细胞、巨噬细胞、嗜酸性粒细胞和血小板上有FcεRⅡ，它们的相互作用与调节IgE应答有关。
细胞通过表面Fc受体与相应Ig结合后，可诱发一系例的生物效应，不同细胞的效应不同。
（四）其他生物活性
1．结合A蛋白和G蛋白人类IgG1、IgG2和IgG4的Fc段可结合葡萄球菌A蛋白，其结合位点在IgG的CH2～CH3之间；
黄种人的IgG3也可结合A蛋白，而在白种人则不能，可能因为其IgG3的组氨酸被精氨酸置换。
链球菌G蛋白可与人IgG的个亚类结合，也可与几乎所有哺乳动物的IgG结合，其结合能力远比葡萄球菌A蛋白强。
但是这两种蛋白对其他类的Ig均无亲和力。
2．透过细胞膜人的IgG可通过胎盘传递至胎儿的血液循环，这不是被动的扩散，而是由IgG的Fc段选择性地与胎盘微血管发生可逆结合透过；
这种特性仅为γ链所特有，其他类Ig不具备这种能力。
IgA通过与分泌成分的结合可以从粘膜下转运至外分泌液中，例如转运至肠道和乳汁中。
第四节 各类免疫球蛋白的特点
五类免疫球蛋白都有结合抗原的共性，但它们在分子结构、体内分布、血清水平及生物活性等方面又各具特点（表2-2）。
表2-2五类Ig的代谢、分布及生物活性
血清含量（mg/dL）
1200
200
120
0.04
半衰期（d）
23
6
5
2
血管内分布（％）
50
80
75
外分泌液中
＋
±
结合补体
透过胎盘
与肥大细胞结合
（IgG4）
（一）IgG
IgG为标准的单体Ig分子，含1个或更多的低聚糖基团，电泳速度在所有血清蛋白中最慢。
IgG是再次免疫应答的主要抗体，具有吞噬调理作用、中和毒素作用、中和病毒作用、介导ADCC、激活补体经典途径、并可透过胎盘传输给胎儿；
IgGFc片段可结合类风湿因子及其他抗γ球蛋白抗体，致敏异种（豚鼠）皮肤；
还有抗核抗体、抗Rh抗体、肿瘤封闭抗体等均属IgG；
因而IgG有多能免疫球蛋白之称。
IgG合成速度快、分解慢、半衰期长，在血内含量最高，约占整个Ig的75％；
各亚类所占比例大约为：
IgG160％～70％，IgG215％～20％，IgG35％～10％，IgG41％～7％，各亚类的比例随年龄及遗传背景而有变化；
同时各亚类的生物学和免疫学性质也不尽相同（表2-3）。
表2-3IgG各亚类的生物活性
IgG1
IgG2
IgG3
IgG4
激活补体
＋＋
＋＋＋
中和毒素
抗Rh抗体
（二）IgM
IgM为五聚体，是Ig中分子最大者。
分子结构呈环形，含一个J链，各单位通过μ链倒数第二位的二硫键与J链互相连接。
结构模式见图2-4。
μ链含有5个同源区，其CH3和CH4相当于IgG的CH2和CH3，无铰链区。
图2-4免疫球蛋白多聚体结构
从化学结构上看，IgM结合抗原的能力可达10价，但实际上常为5价，这可能是因立体空间位阻效应所致。
当IgM分子与大颗粒抗原反应时，5个单体协同作用，效应明显增大。
IgM凝集抗原的能力比IgM大得多，激活补体的能力超过IgG1000倍；
由于吞噬细胞缺乏IgM的特异受体，因而IgM没有独立的吞噬调理作用；
但当补体存在时，它能通过C3b与巨噬细胞结合以促进吞噬。
虽然IgM单个分子的杀菌和调理作用均明显高于IgG抗体，但因其血内含量低、半衰期短、出现早、消失快、组织穿透力弱，故其保护作用实际上常不如IgG。
（三）IgA
IgA分为血清型和分泌型两种类型。
大部分血清IgA为单体，大约10％～15％为双聚体，也发现少量多聚体。
IgA功能区的分布与IgG十分相似，两个亚类（IgA1和IgA2）的最大差异在铰链区。
IgA2缺少H-L链间二硫键区域，容易被解离分开。
从含量、稳定性和半衰期看，血清型IgA虽不如IgG，但高于其他类Ig。
IgA可以结合抗原，但不能激活补体的经典途径，因此不能象IgG那样发挥许多的生物效应，所以过去曾误以为血清型IgA的意义不大；
近年的研究发现，循环免疫复合的抗体中有相当比例的IgA，因而认为：
血清型IgA以无炎症形式清除大量的抗原，这是对维持机体内环境稳定的非常有益的免疫效应。
分泌型IgA（SigA）为双聚体。
每一SigA分子含一个J链和一个分泌片（图2-4）。
α链、L链和J链均由浆细胞产生，而分泌片由上皮细胞合成。
J链通过倒数第二位二硫键将2个IgA单体互相连接；
结合分泌片后SIgA的结构更为紧密而不被酶解，有助于SIgA在粘在粘膜表面及外分泌液中保持抗体活性。
外分泌液中的高浓度IgA主要为局部合成，特别是在肠相关淋巴样组织（GALT）内。
分泌型IgA性能稳定，在局部浓度大，能抑制病原体和有害抗原粘附在粘膜上，阻挡其进入体内；
同时也因其调理吞噬和溶解作用，构成了粘膜第一线防御机制；
母乳中的分泌型IgA提供了婴儿出生后4～6月内的局部免疫屏障。
（四）IgD
IgD的分子结构与IgG非常相似，有明显的铰链区，其蛋白质高度糖基化。
IgD性能不稳定，在分离过程中易于聚合，又极易被酶裂解。
虽然有些免疫应答可能与特异性IgD抗体有关，但它并不能激活任何效应系统。
某些自身免疫病及过敏反应病患者血中存在IgD类抗核抗体或抗青霉素IgD抗体。
正常人血清内IgD浓度很低，但在血循环内B细胞膜表层可检出IgD，其功能主要是作为B细胞表面的抗原受体。
在B细胞发育的某些阶段，膜IgD的合成增强。
大部分慢性淋巴细胞白血病病人B细胞表面带膜IgD，并常同时有膜IgM。
（五）IgE
IgE为单体结构，分子量大于IgG和单体IgA，含糖量较高，ε链有6个低聚糖侧链。
象IgM一样，IgE也有5个同源区，CH2功能区置换了其他类重链的铰链区。
正常人血清中IgE水平在5类Ig中最低，分布于呼吸道和肠道粘膜上的IgE稍多，可能与IgE在粘膜下淋巴组织内局部合成有关。
IgE水平与个体遗传性和抗原质量密切相关，因而其血清含量在人群中波动很大，在特应性过敏症和寄生虫感染者血清中IgE水平可升高。
IgE不能激活补体及穿过胎盘，但它的Fc段能与肥大细胞和嗜碱性粒细胞表面的受体结合，介导Ⅰ型变态反应的发生，因此又称亲细胞抗体。
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