医学免疫学-004抗体

医学免疫学。抗体是指机体由于抗原的刺激而产生的具有保护作用的蛋白质。它（免疫球蛋白不仅仅只是抗体）是一种由浆细胞（效应B细胞）分泌，被免疫系统用来鉴别与中和外来物质如细菌、病毒等的大型Y形蛋白质，仅被发现存在于脊椎动物的血液等体液中。

004抗体

• 概述
  • （1）具有抗体活性或化学结构与抗体相似的球蛋白统一命名为免疫球蛋白（Ig）。
  • （2）抗体（Ab）是免疫系统在抗原刺激下，由B淋巴细胞或记忆B细胞增殖分化成的浆细胞产生的、可与相应抗原发生特异性结合的免疫球蛋白。主要分布在血清中，也可分布在组织液、外分泌液或某些细胞膜表面。
• 第一节 抗体的结构
  • 一、抗体的基本结构
    • （一）重链和轻链
      • 1．重链
        • （1）五类或五个同种型，即IgM、IgD、IgG、IgA和IgE相应的重链分别为μ链、8链、y链、α链和ε链。
        • （2）即使是同一类Ab，其铰链区氨基酸组成和重链二硫键的数目、位置也不同，据此又可将同类Ab分为不同的亚类。IgG分为IgG1～4，IgA分为IgA1和IgA2。其他三类未发现亚类。
      • 2．轻链
        • （1）有两种，即κ型和入型。
        • （2）一个天然Ab分子上两条轻链的型别总是相同的，但同一个体内可存在分别带有k或入链的抗体分子。
        • （3）5类Ab中每类Ab都可以有k链或入链，两型轻链的功能无差异。
        • （4）可分为入1、入2、入3和入4四个亚型。
        • （5）k链与入链的比例异常可反映免疫系统的异常。
    • （二）可变区和恒定区
      • 1．可变区
        • （1）重链和轻链的V区分别称为V1和V1。
        • （2）Vn和V1各有3个区域的氨基酸组成和排列顺序高度可变，称为高变区（HVR）或互补决定区（CDR），分别用HVR1（CDR1）、HVR2（CDR2）和HVR3（CDR3）表示。
        • （3）V1和V1的共6个CDR共同组成Ab的抗原结合部位，决定着抗体的特异性。
        • （4）在V区中，CDR之外区域的氨基酸组成和排列顺序相对不易变化，称为骨架区（FR）。
      • 2．恒定区
        • （1）重链和轻链的C区分别称为C1和CL。
        • （2）不同型Ab其C1的长度基本一致，但不同类Ab其C的长度不一。
        • （3）同一种属的个体，所产生针对不同抗原的同一类别Ab，其C区氨基酸组成和排列顺序比较恒定，其免疫原性相同，但V区各异。
        • （4）针对不同抗原的人IgG抗体，它们的V区不同，所以只能与相应的抗原发生特异性结合；但C区是相同的，均含y链，因此抗人IgG抗体（第二抗体）均能与之结合。
        • （5）针对同一抗原的人IgG和IgM抗体，它们的V区是相同的，所以均能与该抗原特异性结合；但C区是不同的，分别为γ和μ链。
    • （三）铰链区
      • （1）铰链区位于C，1与C2之间，含有丰富的脯氨酸，因此，易伸展弯曲。
      • （2）易被木瓜蛋白酶、胃蛋白酶等水解，产生不同的水解片段。
      • （3）五类Ab不完全相同
        • 1）人IgG1、IgG2、IgG4和lgA的铰链区较短。
        • 2）IgG3和IgD的铰链区较长。
        • 3）IgM和IgE无铰链区。
  • 二、抗体的辅助成分
    • 概述
      • （1）Ab分子的两条重链和两条轻链都可折叠为数个球形结构域，每个结构域一般具有其相应的功能。
      • （2）轻链有V1和C，两个结构域。
      • （3）IgG、IgA和IgD重链有Vn、C1、C2和C3四个结构域。
      • （4）IgM和1gE重链有五个结构域，比IgG多一个C4。
      • （5）每个结构域约由110个氨基酸组成，其氨基酸的序列具有相似性或同源性。二级结构是由几股多肽链折叠形成的两个反向平行的β片层，两个β片中心的两个半胱氨酸残基由一个链内二硫键垂直连接，可稳定结构域，形成一个“β桶状”或“β三明治”结构。
    • （一）J链
      • （1）J链是一富含半胱氨酸的多肽链，由浆细胞合成，主要功能是将单体Ab分子连接为多聚体。
      • （2）两个IgA单体由J链相互连接形成二聚体，5个IgM单体由二硫键相互连接，并通过二硫键与J链连接形成五聚体。
      • （3）IgG、IgD和IgE常为单体，无J链。
    • （二）分泌片
      • （1）分泌片又称为分泌成分（SC），是分泌型IgA分子上的一个辅助成分，为一种含糖的肽链，由黏膜上皮细胞合成和分泌，以非共价形式结合于IgA二聚体上，使其成为分泌型IgA（SIgA），并一起被分泌到黏膜表面。
      • （2）具有保护分泌型IgA的铰链区免受蛋白水解酶降解的作用，并介导1gA二聚体从黏膜下通过黏膜等细胞到黏膜表面的转运。
  • 三、抗体的水解片段
    • （一）木瓜蛋白酶水解片段
      • （1）水解IgG的部位是在铰链区二硫键连接的两条重链的近N端，可将Ig裂解为两个完全相同的Fab段和一个Fc段。
      • （2）Fab段
        • 1）即抗原结合片段（Fab）。
        • 2）相当于抗体分子的两个臂，由一条完整的轻链和重链的V11和C1结构域组成。
        • 3）一个Fab片段为单价，可与抗原结合但不形成凝集反应或沉淀反应。
      • （3）Fc段
        • 1）即可结晶片段（Fc），相当于IgG的C2和C3结构域。
        • 2）Fc无抗原结合活性，是Ab与细胞表面Fc受体相互作用的部位。
    • （二）胃蛋白酶水解片段
      • （1）胃蛋白酶作用于铰链区二硫键所连接的两条重链的近C端，水解Ig后可获得一个F（ab＇）2片段和一些小片段pFc＇。
      • （2）F（ab＇）2是由两个Fab及铰链区组成。
      • （3）由于Ig分子的两个臂仍由二硫键连接，因此F（ab＇）2片段为双价，可同时结合两个抗原表位，故与抗原结合可发生凝集反应和沉淀反应。
      • （4）F（ab＇）2片段既保留了结合相应抗原的生物学活性，又避免了Fc段免疫原性可能引起的副作用。
      • （5）如白喉抗毒素、破伤风抗毒素经胃蛋白酶消化后精制提纯的制品，因去掉Fc段而使超敏反应的发生降低。
      • （6）胃蛋白酶水解Ig后所产生的pFc＇最终被降解，无生物学作用。
• 第二节 抗体的多样性和免疫原性
  • 概述
    • （1）自然界存在的外源性抗原数目繁多，包括蛋白质、多糖、脂类等。
    • （2）每一种抗原分子的结构十分复杂，含有多种不同的抗原表位。
    • （3）含多种不同抗原表位的抗原刺激机体免疫系统，导致免疫细胞的活化，产生多种不同特异性的抗体。
    • （4）每一种抗原表位可诱导产生一种特异性抗体。
    • （5）多样性是由Ig基因重排决定并经过抗原选择表现出来的，反映了机体对抗原精细结构的识别和应答。
  • （一）同种型
    • （1）存在于同种抗体分子中的抗原表位称为同种型。
    • （2）是同一种属所有个体Ab分子共有的抗原特异性标志，为种属型标志。
    • （3）存在于Ab的C区。
  • （二）同种异型
    • （1）同一种属但不同个体来源的抗体分子也具有免疫原性的不同，也可刺激机体产生特异性免疫应答。
    • （2）存在于同种但不同个体中的免疫原性，称为同种异型。
    • （3）是同一种属不同个体间Ab分子所具有的不同抗原特异性标志，为个体型标志。
    • （4）存在于Ab的C区和V区。
  • （三）独特型（Id）
    • （1）即使是同一种属、同一个体来源的抗体分子，由于其CDR区的氨基酸序列的不同，也可显示不同的免疫原性，称为独特型。
    • （2）是每个抗体分子所特有的抗原特异性标志。
    • （3）其表位又称为独特位。
    • （4）抗体分子每一Fab段均存在5～6个独特位，它们存在于V区。
    • （5）独特型表位在异种、同种异体甚至同一个体内均可刺激产生相应抗体，即抗独特型抗体（AId）。
• 第三节 抗体的功能
  • （一）识别抗原
    • （1）识别并特异性结合抗原是抗体分子的主要功能，执行该功能的结构是V区。其中CDR部位在识别和结合特异性抗原中起决定性作用。
    • （2）抗体分子有单体、二聚体和五聚体，因此结合抗原表位的数目也不相同。SIgA为4价；五聚体IgM理论上为10价，但由于空间位阻，只能结合5个抗原表位，为5价。
    • （3）抗体的V区与抗原结合后，借助于C区的作用，在体外可发生各种抗原抗体结合反应，有利于抗原或抗体的检测和功能的判断。
    • （4）抗体的V区在体内可结合病原微生物及其产物，有中和毒素、阻断病原入侵等免疫防御功能。但Ab本身不能清除病原微生物。
    • （5）B细胞膜表面的IgM和IgD构成B细胞的抗原识别受体，能特异性识别抗原分子。
  • （二）激活补体
    • （1）Ab与相应抗原结合后，可因构象改变而使其C2／C，3结构域内的补体结合点暴露，从而通过经典途径激活补体系统。
    • （2）IgM、IgG1和IgG3激活补体系统的能力较强。
    • （3）IgA、IgE和IgG4本身难于激活补体，但形成聚合物后可通过旁路途径激活补体系统。
  • （三）结合Fc受体
    • 1．调理作用
      • （1）指抗体如IgG（特别是lgG1和IgG3）以其Fab段与相应细菌的抗原表位结合，以其Fe段与巨噬细胞或中性粒细胞表面的IgG Fc受体结合，从而增强吞噬细胞的吞噬作用。
      • （2）细菌特异性的IgG抗体可以其Fab段与相应的细菌抗原结合后，以其Fc段与吞噬细胞或中性粒细胞表面相应IgGFc受体结合，通过IgG的Fab段和Fc段的“桥联”作用，促进吞噬细胞对细菌的吞噬。
    • 2．抗体依赖的细胞介导的细胞毒作用（ADCC）
      • （1）指具有杀伤活性的细胞如NK细胞通过其表面表达的Fc受体识别结合于靶抗原（如病毒感染细胞或肿瘤细胞）上的抗体Fc段，直接杀伤靶细胞。
      • （2）NK细胞是介导ADCC的主要细胞。
      • （3）抗体与靶细胞上的抗原结合是特异性的。
      • （4）表达FcR的细胞其杀伤作用是非特异性的。
    • 3．介导I型超敏反应
      • （1）IgE为亲细胞抗体。
      • （2）通过其Fc段与肥大细胞和嗜碱粒细胞表面的高亲和力IgE Fc受体（FcεRI）结合，并使其致敏。
      • （3）若相同变应原再次进入机体与致敏靶细胞表面特异性IgE结合，即可促使这些细胞合成和释放生物活性物质，引起I型超敏反应。
  • （四）穿过胎盘和黏膜
    • （1）在人类，IgG是唯一能通过胎盘的抗体。
    • （2）胎盘母体一侧的滋养层细胞表达一种特异性IgG输送蛋白，称为新生Fc段受体（FcRn）。
    • （3）IgG可选择性与FcRn结合，从而转移到滋养层细胞内，并主动进入胎儿血循环中。
    • （4）IgG穿过胎盘的作用是一种重要的自然被动免疫机制，对于新生儿抗感染具有重要意义。
    • （5）分泌型IgA可通过呼吸道和消化道的黏膜，是黏膜局部免疫的最主要因素。
    • （6）抗体还对免疫应答有调节作用。
• 第四节 各类抗体的特性与功能
  • （一）IgG
    • （1）IgG是血清和细胞外液中含量最高的Ig，占血清总Ig的75％～80％。
    • （2）人IgG有四个亚类：IgG1、IgG2、IgG3和IgG4。
    • （3）IgG是再次免疫应答产生的主要抗体，其亲和力高，在体内分布广泛，具有重要的免疫效应，是机体抗感染的“主力军”。
    • （4）IgG1、IgG3、IgG4可穿过胎盘屏障，在新生儿抗感染免疫中起重要作用。
    • （5）IgG1、IgG2和IgG3的C2能通过经典途径活化补体，并可与吞噬细胞、NK细胞表面Fc受体结合，发挥调理作用、ADCC作用等。
    • （6）人IgG1、IgG2和IgG4可通过其Fc段与葡萄球菌蛋白A（SPA）结合，借此可纯化抗体，并用于免疫诊断。
    • （7）抗甲状腺球蛋白抗体、抗核抗体以及引起II、III型超敏反应的抗体也属于IgG。
  • （二）IgM
    • （1）IgM占血清抗体总量的5％～10％。
    • （2）单体IgM以膜结合型（mIgM）表达于B细胞表面，构成B细胞抗原受体（BCR）。
    • （3）分泌型IgM为五聚体，是分子质量最大的Ig，沉降系数为19S，称为巨球蛋白，一般不能通过血管壁，主要存在于血液中。
    • （4）五聚体IgM含10个Fab段，具有很强的抗原结合能力。
    • （5）含5个Fc段，比IgG更易激活补体。
    • （6）天然的血型抗体为IgM，血型不符的输血，可致严重溶血反应。
    • （7）IgM是初次体液免疫应答中最早出现的抗体，是机体抗感染的“先头部队”。
    • （8）膜表面IgM是B细胞抗原受体的主要成分。
    • （9）只表达mIgM是未成熟B细胞的标志。
  • （三）IgA
    • （1）两型
      • 1）血清型：单体，主要存在于血清中，仅占血清抗体总量的10％～15％。
      • 2）分泌型IgA（SIgA）为二聚体。由J链连接，含上皮细胞合成的SP，经分泌性上皮细胞分泌至外分泌液中。
    • （2）SIgA合成和分泌的部位在肠道、呼吸道、乳腺、唾液腺和泪腺。
    • （3）SIgA是外分泌液中的主要抗体类别，参与黏膜局部免疫，通过与相应病原微生物（细菌、病毒等）结合，阻止病原体黏附到细胞表面，从而在局部抗感染中发挥重要作用。
    • （4）SIgA在黏膜表面也有中和毒素的作用。
  • （四）IgD
    • （1）含量：正常人血清IgD浓度很低。
    • （2）来源：IgD可在个体发育的任何时间产生。
    • （3）特征：5类Ig中，IgD的铰链区较长，易被蛋白酶水解，故其半衰期很短。
    • （4）两型
      • 1）血清IgD：生物学功能尚不清楚。
      • 2）膜结合型IgD（mlgD）：构成BCR，是B细胞分化发育成熟的标志，未成熟B细胞仅表达mIgM，成熟B细胞可同时表达mIgM和mlgD，称为初始B细胞（naive B cell）。
    • （5）活化的B细胞或记忆B细胞其表面的mlgD逐渐消失。
  • （五）IgE
    • 1．含量 IgE是正常人血清中含量最少的Ig，血清浓度极低。
    • 2．来源 主要由黏膜下淋巴组织中的浆细胞分泌。
    • 3．特征 糖含量高达12％。
    • 4．功能
      • （1）IgE为亲细胞抗体，其C2和C3结构域可与肥大细胞、嗜碱粒细胞上FcERI高亲和力结合，引起I型超敏反应。
      • （2）IgE可能与机体抗寄生虫免疫有关。
    • 五类Ig的比较
• 第五节 人工制备抗体
  • （一）多克隆抗体
    • （1）天然抗原分子中常含多种不同抗原特异性的抗原表位，以该抗原物质刺激机体免疫系统，体内多个B细胞克隆被激活，产生的抗体中实际上含有针对多种不同抗原表位的抗体，称为多克隆抗体。
    • （2）获得途径主要有动物免疫血清、恢复期患者血清或免疫接种人群。
    • （3）优势：作用全面，具有中和抗原、免疫调理、介导补体介导的细胞毒作用（CDC）、ADCC等重要作用，来源广泛，制备容易。
    • （4）缺点：特异性不高、易发生交叉反应、不易大量制备。
  • （二）单克隆抗体
    • （1）Kohler和Milstein将可产生特异性抗体但短寿的B细胞与骨髓瘤细胞融合，建立了可产生单克隆抗体的杂交瘤细胞和单克隆抗体技术。
    • （2）通过该技术融合形成的杂交细胞系（杂交瘤，hybridoma），既有骨髓瘤细胞大量扩增和永生的特性，又具有免疫B细胞合成和分泌特异性抗体的能力。
    • （3）每个杂交瘤细胞由一个B细胞融合而成，而每个B细胞克隆仅识别一种抗原表位，故经筛选和克隆化的杂交瘤细胞仅能合成及分泌抗单一抗原表位的特异性抗体，称为单克隆抗体。
    • （4）优点：结构均一、纯度高、特异性强、效价高、血清交叉反应少或无、制备成本低。
    • （5）缺点：其鼠源性对人具有较强的免疫原性，人体反复使用后可诱导产生人抗鼠的免疫应答，从而削弱了其作用。
  • （三）基因工程抗体
    • （1）既保持单克隆抗体均一性、特异性强的优点，又能克服其为鼠源性的不足。
    • （2）基因工程抗体制备的基本思路是将部分或全部人源抗体的编码基因克隆到真核或原核表达系统中，体外表达人-鼠嵌合或人源化抗体、双特异性抗体、小分子抗体及人抗体。
    • （3）基因工程抗体的根本出发点是解决抗体的鼠源性问题。
• 医学免疫学 004 抗体