細(xì)胞與分子免疫學(xué)研究生免疫球蛋白

1、? 概述,1、免疫球蛋白(immunoglobulin, Ig)：1968和1972年WHO和國際免疫學(xué)會決定，將具有抗體活性或化學(xué)結(jié)構(gòu)與抗體相似的球蛋白稱為免疫球蛋白。 2、抗體(antibody, Ab)： B淋巴細(xì)胞在有效的抗原刺激下分化為漿細(xì)胞，產(chǎn)生具有與相應(yīng)抗原發(fā)生特異性結(jié)合的免疫球蛋白，這類免疫球蛋白稱為抗體。3、 Ig與Ab的區(qū)別和聯(lián)系： Ig是化學(xué)結(jié)構(gòu)上的概念； Ab是生物學(xué)功能上的概念；所有的Ab都屬

2、于 Ig；并非所有的Ig 都具有Ab 的活性。,? 免疫球蛋白的基本結(jié)構(gòu),1、Ig的組成：由4條肽鏈通過鏈間S-S雙硫鍵連接而成，其中兩條分子量較大的鏈稱重鏈（Heavy chain，H鏈），兩條分子量較小鏈的稱輕鏈（Light chain，L鏈）。 2、H鏈：據(jù)氨基酸（aa）組成及序列的差異（抗原性）將H鏈分為5類， ?、 ?、 ?、 ?、 ?鏈；其分別對應(yīng)于，IgA、IgD、IgE、IgG、IgM五類Ig。

3、,第一節(jié) 免疫球蛋白的結(jié)構(gòu)和功能,,Immunoglobulin Structure,3、L鏈：據(jù)aa組成及序列的差異將L鏈分為2型，?、?型，? ：?為2：1（人）。天然Ig單體中，兩條重鏈?zhǔn)峭惖?，兩條輕鏈?zhǔn)峭偷摹?、Ig的分區(qū)：（1）可變區(qū)：在Ig近N端L鏈的1/2和H鏈的1/4（ ?、?、? ）或1/5（ ?、? ）范圍內(nèi)，因aa組成及序列變化較大，故稱可變區(qū)（Variable region，V區(qū)）。 （

4、2）恒定區(qū)：在Ig近C端L鏈的1/2和H鏈的3/4（ ?、?、? ）或4/5（ ?、? ）范圍內(nèi)，因aa組成及序列變化相對穩(wěn)定故稱恒定區(qū)（Constant region，C區(qū)）。,,Immunoglobulin Structure,5、Ig的結(jié)構(gòu)域又稱功能區(qū)(Domain)：（1）VH、VL：超變區(qū)（HVR1、2 、 3）、互補(bǔ)性決定區(qū)（CDR1、CDR2、CDR3），又稱Ig獨(dú)特型決定簇（Idiotype）;,,（2）CH1、CL：

5、是各類、亞類、型、亞型Ig遺傳標(biāo)記 所在部位;（3）IgG的CH2：補(bǔ)體C1q的結(jié)合位點(diǎn)； IgG 借助 CH2通過胎盤，發(fā)揮被動免疫作用；（4）CH3： IgG的CH3與中性粒、巨噬細(xì)胞表面表達(dá)的 Fc?R結(jié)合，完成免疫調(diào)理作用；與NK細(xì)胞

6、 表面表達(dá)的Fc?RIII結(jié)合，完成ADCC作用；（5） IgE的CH4： IgE的CH4與肥大和嗜堿性粒細(xì)胞表 面表達(dá)的Fc?R結(jié)合，完成I型超敏反 應(yīng)；（6）絞鏈區(qū)（Hinge region）：T Y,,,Immunoglobulin Struc

7、ture,Fab（Fragment of antigen-binding）Ag bindingValence = 1Specificity determined by VH and VL,Fc（Crystalizable fragment）Effector functions,6、Ig的水解片段 (木瓜蛋白酶),F(ab’)2Ag bindingValence =2pFc’No effector functions,6、

8、Ig的水解片段 (胃蛋白酶),7、Ig的其他成分,（1）J鏈 ：（joining chain）由漿細(xì)胞合成，功能是將 單體Ig分子連接為多聚體。如2個IgA單體形 成二聚體；5個IgM單體是形成五聚體。,7、Ig的其他成分,（2）分泌片 ：（secretory piece, SP）由黏膜上皮細(xì)胞 合成和分

9、泌，功能是保護(hù)分泌型IgA或 的 IgM鉸鏈區(qū)免受蛋白酶的降解。,? 五類Ig的特點(diǎn),? Ig的生物學(xué)活性,,1、特異性結(jié)合抗原2、激活補(bǔ)體3、與細(xì)胞Fc受體結(jié)合發(fā)揮生物效應(yīng)（1）免疫調(diào)理作用（2）ADCC（3）介導(dǎo)I型超敏反應(yīng)（4）人IgG的Fc段與SPA結(jié)合4、選擇性傳遞,Ab的生物學(xué)活性,第二節(jié) 免疫球蛋白編碼基因和抗體的多樣性,? 概述,人類B淋巴細(xì)胞存

10、在三個編碼Ig的基因庫，即重鏈H基因庫及輕鏈?、 ?基因庫，它們分別位于第14、2及22號染色體上。,一、胚系B細(xì)胞中Ig輕鏈基因的結(jié)構(gòu),由3個基因所編碼：V基因、J基因編碼可變區(qū)；C基因編碼恒定區(qū)，即V----J----C。,（一） ?鏈基因結(jié)構(gòu),1、 Vκ：Vκ基因節(jié)段有90個，呈簇狀串聯(lián)排列（Vκ1—Vκn，n=90），其中含30個假基因（指無功能性表達(dá)或只表達(dá)無功能產(chǎn)物的缺陷基因，但它可通過突變、置換及重排形成新的功能性基因，為

11、可變區(qū)的多樣性提供后備基因）。Vκ編碼V區(qū)110aa中的1~96aa；,2、L序列：每個Vκ前都有一個L序列（Leader），編碼產(chǎn)物為前導(dǎo)肽，對輕鏈蛋白合成至關(guān)重要；3、Jκ：位于Vκ下游，也呈串聯(lián)排列，含5個基因節(jié)段，編碼V區(qū)110aa中的97—110aa；4、C κ：只含單個外顯子，編碼C區(qū)蛋白。,（二） ? 鏈基因結(jié)構(gòu),1、Vλ：Vλ基因節(jié)段有60個，呈簇狀串聯(lián)排列（V λ 1—Vλn，n=60），其中含30個假基因 ；2

12、、L序列：每個Vλ前都有一個L序列（Leader），編碼產(chǎn)物為前導(dǎo)肽，對輕鏈蛋白合成至關(guān)重要；,3、Jλ1—Cλ1，Jλ2—Cλ2~~~Jλ7—Cλ7：Cλ1~~~Cλ7代表各個亞型λ鏈的基因節(jié)段，其中含4個功能基因節(jié)段和3個假基因。,二、胚系B細(xì)胞中Ig重鏈基因的結(jié)構(gòu),由四個基因所編碼：V基因、D基因、J基因編碼可變區(qū)；C基因編碼恒定區(qū)，即V--D--J--C。,（一）重鏈V區(qū)基因,1、VH：VH基因節(jié)段有95個，成簇狀串聯(lián)排列（VH

13、1—VHn，n=95），其中含45個假基因。每個VH前都有一個L序列（Leader），其作用是在合成重鏈時將重鏈固定在粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上。Ln—VHn編碼疏水前導(dǎo)肽和CDR1及CDR2；,2、DH，JH：DH有23個節(jié)段，成簇狀串聯(lián)排列；JH有9個節(jié)段，其中6個功能基因和3個偽基因。DH—JH編碼CDR3，JH編碼可變區(qū)的骨架部分（Framework region）。,（二）重鏈C區(qū)基因,1、CH：CH基因節(jié)段在染色體上的排列順序與其編碼的

14、Ig在體內(nèi)成熟的順序相似，分別是Cμ—C ?—Cγ3—Cγ1—Cα1—Cγ2—Cγ4—Cε—Cα2。除C ?以外，其他CH基因節(jié)段都有一個轉(zhuǎn)換區(qū)（Switch region，S區(qū)），其作用是控制Ig類型轉(zhuǎn)換；,2、控制膜結(jié)合或分泌型Ig的基因：每個CH基因節(jié)段后分別排列著S和M兩基因，S即分泌型，M即膜結(jié)合型，如Cμ—Sμ—Mμ、C ?—S ?—M ? 。,三、B細(xì)胞分化過程中的基因重排,1、基因重排定義：在B細(xì)胞分化和發(fā)育過程中，一部

15、分基因節(jié)段互相接近、重新排列，形成功能性的免疫球蛋白基因單位，此過程稱基因重排（Gene Rearrangement）。功能性的免疫球蛋白基因單位進(jìn)行轉(zhuǎn)錄，經(jīng)轉(zhuǎn)錄后的加工，再表達(dá)為免疫球蛋白。,2、可變區(qū)的基因重排：（1）重鏈可變區(qū)的基因重排：選擇一個DH與一個JH節(jié)段連接（DH—JH），再選擇一個VH與DH—JH相連，一旦VH—DH—JH重排成功且得到功能性表達(dá)，其產(chǎn)物就會抑制另一條染色體上等位基因重排，此現(xiàn)象稱為等位基因排除。其

16、產(chǎn)物同時啟動輕鏈可變區(qū)的基因重排；,（2）輕鏈可變區(qū)的基因重排：κ鏈基因優(yōu)于λ鏈基因重排。選擇一個Vκ與一個Jκ節(jié)段連接Vκ—Jκ，其產(chǎn)物就會發(fā)生等位基因排除，同時也會抑制λ鏈基因重排，稱為同型排除。當(dāng)兩條染色體上的κ鏈基因重排都失敗時，才會啟動λ鏈基因重排。兩條染色體上的VH基因都是無產(chǎn)物重排，或κ基因和λ基因都是無產(chǎn)物重排，細(xì)胞凋亡（Apoptosis）。,（3） 可變區(qū)的基因重排12~23規(guī)律和重組酶的作用：可變區(qū)的基因重排受基因

17、節(jié)段側(cè)面的重組信號序列（RSS）控制，遵循12~23規(guī)律且與DNA損傷修復(fù)系統(tǒng)有關(guān)。,（4）重鏈類型轉(zhuǎn)換：每個CH（Cσ除外）前都含一個S區(qū)（短的串聯(lián)重復(fù)序列），S區(qū)與重鏈類型轉(zhuǎn)換有關(guān)。在B細(xì)胞分化過程中，V-D-J的重排及其與C的連接是不依賴抗原刺激，重排的V-D-J與Cμ和Cσ連接，經(jīng)轉(zhuǎn)錄加工，此時在B細(xì)胞表面表達(dá)mIgM和/或mIgD。成熟的B細(xì)胞在抗原刺激下， B細(xì)胞在分泌IgM和/或IgD的同時，V-D-J從與Cμ基因

18、連接轉(zhuǎn)換到與Cγ或Cα或Cε的連接，完成了類型轉(zhuǎn)換。,2、Ig的多樣性：（1） 組合性連接：重鏈的V-D-J連接（95個V基因、23個D基因，9個J基因）；輕鏈的V-J-C（90個Vκ基因、5個Jκ基因、一個Cκ基因；60個Vλ基因、7個Jλ基因和Cλ基因）；（2） 接合多樣性：發(fā)生在D-J、V-D-J、V-J連接時，1>密碼子錯位；2>框架（ORF）移位；3>N-序列插入；（3） 體細(xì)胞突變：體細(xì)胞突變也

19、可以產(chǎn)生Ig的多樣性。,3、重排過程,第三節(jié) 基因工程抗體（Genetic Engineering Antibody）,?概述,單克隆抗體(McAb)在臨床疾病診斷和治療中已發(fā)揮了很大的作用，但以下幾點(diǎn)限制了抗體的導(dǎo)向治療：（1）鼠源性McAb在人體內(nèi)易誘導(dǎo)免疫應(yīng)答；（2）人的McAb制備甚為困難。,一、嵌合抗體（Chimeric Antibody）,原理：保留鼠Ig可變區(qū)部分，將其恒定區(qū)用人Ig取代。方法：PCR克隆鼠可

20、變區(qū)基因和人恒定區(qū)基因，將兩 基因連接，并插入原核或真核表達(dá)載體中，并 導(dǎo)入大腸桿菌或轉(zhuǎn)染真核細(xì)胞，就可表達(dá)出嵌 合抗體分子。優(yōu)點(diǎn)：親和力保持良好。缺點(diǎn)：含鼠Ig可變區(qū)的異源性，仍易誘導(dǎo)人免疫應(yīng)答。,原理：僅保留鼠Ig可變區(qū)CDR部分，將Ig其它區(qū)域都 用人Ig取代。方法：CDR序列的獲得通常采用PCR技術(shù)。 優(yōu)點(diǎn)：大大降低了鼠抗體的免疫原性。缺點(diǎn)：親和力不佳