医学免疫学——第4章 免疫球蛋白

从免疫球蛋白的结构、血清分型、主要功能、各类特性及功能、人工制备等方面阐释免疫球蛋白Ig的基本内容，基于《医学免疫学与病原微生物学》第五版教材绘制思维导图。

第4章 免疫球蛋白

• 概述
  • 定义：具有抗体活性或化学结构与抗体相似的球蛋白
  • 分类
    • 分泌型slg：血液及组织液中-抗体
    • 膜型mlg：构成BCR
• 结构
  • 基本结构 （Y 形四肽链） 重链*2+链间二硫键+轻链*2
    • 重链与轻链
      • 重链
        • 基本组成
          • 450 ～ 550 个氨基酸残基组成，分子质量为 50 ～ 75kDa
        • 分类（恒定区）
          • 重链：μ、δ、γ、α 和 ε
          • Ig：IgM、IgD、IgG、IgA 和 IgE
            • 每类 Ig 亚型分类：根据其重链恒定区氨基酸残基组成的较小差异和二硫键数目、位置的不同 人 IgG： IgG1 ～ IgG4 四个亚类 IgA： IgA1、 IgA2 两个亚类 IgM、IgD 和IgE 0亚类
      • 轻链
        • 基本组成：210 个氨基酸残基，分子质量约25kDa
        • 分类（恒定区）
          • κ、λ型Ig
            • κ：λ≈2:1
              • 根据 λ 链 C 区个别氨基酸残基的差异：分 λ1、λ2、λ3 和 λ4 四个亚型。
    • 可变/恒定区
      • 可变区 （V区）
        • 重链和轻链近N端约110个氨基酸序列
          • 重链：VH--占总重链1/4或1/5
          • 轻链：VL--占总轻链的1/2
        • 每条链V区各有3个CDR（高变区/互补决定区）
          • 重链CDR+轻链CDR=Ig抗原结合部位
          • 单体Ig→2抗原结合位点 二聚体IgA→4抗原结合位点 五聚体IgM→10抗原结合位点
        • 骨架区（FR）
          • =V区-3*CDR：氨基酸组成和排列顺序相对不易变化，发挥稳定空间构象的作用
          • VH/VL：FR1、FR2、FR3 和 FR4 4个骨架区
      • 恒定区 （C区）
        • 氨基酸数量种类、排列顺序、糖含量稳定的区域
        • 同种属 不同个体 同类Ig→C区抗原特异性相同→Ig同种型抗原
        • 部位：肽段的羧基端
          • 重链：CH--占总重链3/4或4/5
          • 轻链：CL--占总轻链的1/2
    • 铰链区
      • 部位：CH1与CH2间
      • 组成特点：脯氨酸残基↑→氢键↓→易伸展弯曲→Y形臂间距离易改变→两臂同时结合不同位置BCR
      • 结合过程：抗原＋抗体→Ig分子CH1、CH2间变构→Ig的补体结合位点暴露
      • 易被降解：对蛋白酶敏感
      • IgM、IgE无铰链区
    • 其他成分
      • 连接链（J链）
        • 富含半胱氨酸的多肽链；浆细胞合成
        • 功能：将单体Ig连接为多聚体
        • 单体无J链：IgD、IgE、IgG 多聚体：IgA（二聚体）、IgM（五聚体）
      • 分泌片（SP）
        • 别称：分泌成分（SC）
        • 糖肽链；粘膜上皮细胞合成和分泌
        • 效果：非共价结合于IgA二聚体上，SP－IgA二聚体→分泌型IgA（sIgA）
        • 作用
          • 介导IgA从黏膜下→黏膜上皮细胞→黏膜表面
          • 保护sIgA免遭蛋白酶降解（延缓降解时间，SP先被降解）
  • 功能区
    • 结构域：蛋白质的三级结构（肽链反复折叠＋链内二硫键）
    • 组成
      • L链：2个功能区—VL 、CL
      • H链
        • IgG、IgD、IgA：4个功能区—VH CH1 CH2 CH3
        • IgM、IgE：5个功能区—VH CH1 CH2 CH3 CH4
    • 功能
      • V区特异性识别、结合抗原
      • CL CH1：Ig遗传标志→不同个体间存在氨基酸的差异
      • IgG的CH2、IgM的CH3：补体结合位点→启动补体经典途径；IgG的CH2：与穿过胎盘屏障相关
      • IgG的CH3 IgE的CH2、CH3：亲细胞性→结合多种细胞表面的Fc受体
  • 水解片段
    • 意义：研究Ig结构、功能；分离纯化Ig特定功能片段
    • 木瓜蛋白酶
      • 作用点：IgG铰链区两重链间二硫键近N端
      • 效果：Ig→Fab*2+Fc
        • Fab：抗原结合片段
          • 可结合抗原；无凝集/沉淀反应
        • Fc片段：可结晶片段
          • 不可结合抗原；=IgG的CH2、CH3功能区
    • 胃蛋白酶
      • 作用点：IgG铰链区两重链间二硫键近C端侧
      • 效果：Ig→F(ab')2+多个pFc'
        • F(ab')2：抗原结合片段
          • 可结合2个抗原；有凝集/沉淀反应
          • 作用：封闭细胞表面受体（不需Fc介导下游效应）
        • pFc片段：被降解，无作用
• 血清型
  • 同种型
    • 同种属的个体共有的Ig抗原特异性
    • 同种型抗原表位：位于Ig分子C区
  • 同种异型
    • 同种属不同个体间Ig免疫原性差异
    • 编码基因：同基因座，共显性
      • IgG的Gm；IgA的Am；IgE的Em；κ型轻链Km
    • 个体型标志
  • 独特型
    • 同个体不同Ig分子V区的抗原特异性
      • 异种、同种异体、自体→特异性免疫应答→独特型抗体（AId）
    • 决定因素：VL VH高变区的氨基酸排列顺序和构型
    • 独特型抗原表位=独特位
      • Ig分子每个Fab含5-6个独特位
    • 存在：分泌型Ig；BCR；TCR
• 主要功能
  • V区
    • 特异性识别、结合抗原
    • CDR与抗原表位特异结合→结合特异、可逆
    • V区结合抗原→活化B细胞克隆、启动B细胞免疫应答
      • 体内：阻抑细菌黏附、中和病毒、中和毒素→免疫防御
      • 体外：凝集、沉淀反应→免疫学检测
  • C区
    • 激活补体
      • 经典途径：IgG1~3、IgM+抗原→抗原抗体复合物→抗体构型改变→暴露CH2、CH3功能区补体结合位点→+C1q→激活经典途径
      • 旁路途径：由IgG4、IgA、IgE的凝聚物激活
    • 结合细胞表面Fc受体
      • 调理作用
        • 调理素（抗体+补体）+颗粒性抗原表面（细菌）→吞噬细胞吞噬颗粒性抗原↑
        • 举例：IgG的Fab+细菌抗原、Fc+吞噬细胞Fc受体→介导调理吞噬细胞
      • ADCC（抗体依赖细胞介导的细胞毒作用）
        • IgG的Fab+靶细胞（肿瘤、感染细胞…）抗原、Fc+杀伤作用的效应细胞（NK细胞、中性粒细胞）表面Fc受体→效应细胞对靶细胞杀伤↑
      • 介导Ⅰ型超敏反应
        • IgE的Fc段+IgE Fc受体（肥大细胞、嗜碱性粒细胞）→细胞脱敏；相同变应原进入体内→+致敏细胞IgE特异结合→细胞脱颗粒→释放生物活性介质（组胺等）→Ⅰ类超敏反应
    • 通过胎盘、黏膜
      • IgG+新生Fc受体（FcRn，位于胎盘母体测滋养层细胞表面）→IgG转入滋养层细胞内→细胞外排、进入胎儿血液循环→胎儿被动获得特异性免疫力
      • IgA Fc+多聚免疫球蛋白受体（pIgR，表达于黏膜上皮细胞基底面）→黏膜细胞转运小体→黏膜表面-pIgR裂解→sIgA位于黏膜表面（SP延缓IgA降解）
• 各类Ig
  • IgG
    • 概况
      • 浆细胞（脾脏、淋巴结）合成分泌
      • 存在形式：单体
        • 半衰期：20-30天
      • 亚类：IgG1 IgG2 IgG3 IgG4
      • 合成时间：出生后3个月开始
    • 分布
      • 血清50%（占血清中总Ig70%），胞外液50%
    • 作用
      • 抗感染：中和外毒素毒性
      • 免疫应答：IgG1-3形成免疫复合物；经典途径活化补体（溶菌、溶细胞）；调理作用；ADCC作用
      • 婴儿天然被动免疫：可穿过胎盘
      • 病理：多种自身抗体∈IgG→参与自身免疫反应；ⅡⅢ超敏反应
  • IgM
    • 概况
      • 别称：巨球蛋白（5类Ig分子中质量最大）
      • 存在形式：五聚体（10个抗原结合位点）
      • 单体表达形式：膜蛋白（BCR）
    • 分布
      • 血清中（占血清总Ig 5%-10%）
    • 作用
      • 抗微生物：抗原结合位点↑→与病原体强结合→高效能抗微生物抗体
      • 抗感染：中和毒素、病毒
      • 免疫应答
        • 经典途径激活补体→溶血、溶菌、凝集（比IgG强1000倍）
          • 缺乏IgM→致死性败血症
        • 时间
          • 感染早期开始→传染病早期诊断
          • 个体发育中胚胎晚期出现，不通过胎盘→新生儿脐带血IgM=某病原微生物感染
      • ⅡⅢ型超敏反应
        • 巨球蛋白血症、系统性红斑狼疮患者IgM高
      • 其他
        • 类风湿因子、冷凝集素、天然血型抗体
  • IgA
    • 血清型IgA
      • 浆细胞（淋巴结活化分化后进入骨髓）合成
      • 存在形式：单体
      • 半衰期：5-6天
      • 分布
        • 血清中（占血清中总Ig10%）
      • 作用
        • 抗菌、抗毒素、抗病毒（支原体、某些真菌）
        • 与组织抗原特异结合→防止诱导炎症、自身免疫应答
    • 分泌型IgA（sIgA）
      • 浆细胞（黏膜固有层：呼吸道、消化道、泌尿生殖道）
      • 存在
        • 部位：外分泌液（初乳、泪液、胃肠液、支气管分泌液）
        • 形式：二聚体（J链连接）+SP（上皮细胞）→sIgA
      • 作用
        • 阻抑黏附、中和毒素和病毒、介导ADCC→机体黏膜防御感染
        • 新生儿被动免疫：初乳途径-母乳喂养
  • IgD
    • 血清中含量低，＜血清中Ig 1%，半衰期2.8天
    • mIgD：B细胞发育分化成熟标志
      • 未成熟B细胞：仅表达mIgM 成熟B细胞（初始B细胞）：mIgM、mIgD 活化的B细胞：mIgD逐渐消失
  • IgE
    • 产生：浆细胞（黏膜固有层），个体发育合成晚
    • 分布：含量低，＜血清总Ig 0.002%
    • 功能
      • Ⅰ型超敏反应
        • IgE CH2、CH3+FcεR Ⅰ（肥大细胞、嗜碱性粒细胞）→促使细胞脱颗粒释放生物活性介质→Ⅰ型超敏反应
      • 抗寄生虫免疫
• 抗体的人工制备
  • 多克隆抗体
    • 多种抗原表位→多个B细胞克隆激活→含多种表位的抗体
    • 制备方法：抗原免疫动物→血清特异抗体
    • 主要来源：动物免疫血清、恢复期患者血清、免疫接种人群
    • 用途：预防、治疗、临床诊断感染性疾病
    • 多克隆抗体→其他个体（短期免疫力↑、中和毒素）＝被动免疫
    • 特点
      • 优点：来源广泛、制备容易
      • 缺点：特异性低，易交叉反应、不易大量制备
  • 单克隆抗体
    • 单一B细胞克隆→识别同一抗原表位的同源抗体
    • 技术原理
      • 小鼠脾细胞（特异B细胞）+骨髓瘤细胞（无限增殖）→杂交瘤--大量扩增+永生
    • 用途
      • 抗原检测：肿瘤抗原、细胞表面抗原及受体、激素、神经递质、细胞因子……
      • 肿瘤定位诊断、免疫导向治疗：mAb+放射性物质/抗癌药物/毒素 偶联
      • 防治器官移植排斥反应：抗T细胞的mAb
    • 特点
      • 优点：高纯度、高特异性、高效价、少或无交叉反应、可大量生产
      • 缺点：鼠源性mAb→超敏反应
  • 基因工程抗体
    • 原理：DNA重组+蛋白质工程技术
      • 切割、拼接、修饰Ig→新型抗体
    • 包括
      • 人鼠嵌合抗体：鼠抗体V区+人抗体C区→鼠源性特异性、亲和力↑+人低免疫原性↓、抗体类型转换
      • 改型抗体（人源性抗体）：鼠CDR+人其余Ig部分→免疫原性↓↓
      • 小分子抗体：Fab/Fv（VH+VL）/单一肽链→免疫原性↓、穿透性↑
      • 双特异性抗体：两个不同抗原结合位点
        • 如抗CD3+肿瘤靶向抗体→招募T细胞+接近肿瘤细胞
        • （潜在）用途：癌症、慢性炎症性皮疾病、自身免疫病、神经退行性变、出血性疾病、感染
      • 其他
        • Fv抗体、单链抗体、小分子抗体、噬菌体抗体、胞内抗体