第1节 抗体与免疫球蛋白的概念.ppt

　　第5章 免疫球蛋白

　　1.解释并区别抗体与免疫球蛋白的概念 2.描述免疫球蛋白的基本结构、水解片段、功能区及功能 3.比较各类免疫球蛋白的特性及功能 4.说出免疫球蛋白的血清型及其亚类和亚型 5.简述单克隆抗体概念及意义

　　学习目标

　　第1节 抗体与免疫球蛋白的概念

　　抗体(antibody, Ab)

　　B细胞经抗原刺激后分化为浆细胞，由浆细胞合成和分泌的能与相应抗原发生特异性结合的球蛋白。

　　免疫球蛋白(immunoglobulin, Ig)

　　WHO统一命名：具有抗体活性或化学结构与抗体相似的球蛋白 结论：所有的抗体都是免疫球蛋白，但不是所有的免疫球蛋 白都是抗体。抗体是生物学功能上的概念，免疫球蛋 白是化学结构上的概念。

　　免疫球蛋白的分布

　　分泌型免疫球蛋白(secreted Ig, SIg)： 存在于血液、组织液和外分泌液

　　膜结合型免疫球蛋白(surface membrane Ig, SmIg)： 存在于B细胞膜上，构成BCR

　　SmIgD

　　SmIgM

　　(Gp:) B细胞

　　(Gp:) B细胞

　　(Gp:) 第2节 免疫球蛋白的结构与类型

　　一、基本结构

　　1. 四肽链结构

　　2重链(heavy chain, H链)

　　2轻链(light chain, L链)

　　重链 分子量约为50～75 kD 由450 ～550个 aa 组成 重链可以分为5类： IgG --- γ(gamma) IgA --- α(alpha) IgM --- μ(mu) IgD --- δ(delta) IgE --- ε(epsilon)

　　3. 轻链 分子量约为25kD 大约由214 个 aa 组成 轻链可以分为2型： κ(kappa)型 λ(lambda)型 κ:λ=2:1

　　4. 分区： 可变区(variable region, V区) 高变区(HVR) 互补决定区(CDR) 骨架区(FR) 恒定区(constant, C区)

　　(Gp:) CDR

　　(Gp:) FR

　　(Gp:) H链

　　(Gp:) L链

　　(Gp:) Ag

　　二、其他结构

　　1. 连接链(joining chain，J链) 由浆细胞合成，以二硫键的形式共价结合到Ig的重链上 一条J链连接两个IgA单体或五个IgM单体 J链都相同，只有一种

　　IgM五聚体

　　IgA二聚体

　　2. 分泌片(secretory piece，SP) 由上皮细胞合成与分泌 以非共价键方式连接IgA分子，与J链共同组成分泌型IgA，使其免受蛋白酶的消化，并介导IgA二聚体从粘膜下通过黏膜上皮细胞到黏膜表面的运转。

　　IgA二聚体

　　3.铰链区(hinge region) 重链CH1与CH2之间存在一个可以自由折叠的区域，成为铰链区。 含大量脯氨酸，富有弹性，张合自如，有利于可变区与不同距离 抗原决定簇结合，同时暴露补体结合位点而激活补体。 IgG、IgA、IgD有铰链区，IgM和IgE则无。

　　轻链：VL、CL 重链：VH CH1、CH2、CH3、CH4 IgG IgM IgA IgE IgD

　　4 免疫球蛋白的功能区

　　功能区：是不连续，紧密折叠的区域，由重链和轻链经链内二硫键连接而成的球状结构。该区具有特殊的功能特性。

　　主要功能 1. VL和VH是抗原结合的部位(FV区)。 2. CL和CH上具有同种异型的遗传标记。幻灯片 152 3. IgG的CH2和IgM的CH3具有补体固有成分C1q的结合点，参与激活补体系统。 4. CH3/CH4具有结合包括单核细胞、巨噬细胞、粒细胞、B细胞、NK细胞等细胞的Fc段受体的功能。 5. IgG的CH2+CH3 具有介导IgG通过胎盘的特性。

　　同种异型(allotype) 同一种属不同个体之间免疫球蛋白也具有的差异性，主要反映在分子的CH和CL上的一个或数个氨基酸的差异 (genetic markers — 遗传标志)。

　　VH

　　VH

　　VL

　　CL

　　CH1

　　CH2

　　CH3

　　CH1

　　CH2

　　CH3

　　VL

　　CL

　　N端

　　C端

　　铰链区

　　补体结合部位，通过胎盘

　　结合细胞部位

　　抗原结合部位

　　L链

　　H链

　　同种异型遗传标志

　　Fab段：结合抗原片段(fragment antigen binding, Fab) 作用—结合抗原 Fc 段：可结晶片段(fragment crystallizable) 作用—结合细胞、激活补体、通过胎盘和粘膜

　　1. 木瓜蛋白酶(papain)水解片段

　　2. 胃蛋白酶(pepsin)水解片段

　　Fab 段：双价抗体活性 pFc′段：多肽碎片

　　四、免疫球蛋白的水解片段

　　特 异 性 结合抗原

　　(Gp:) 第3节 免疫球蛋白的功能

　　一、IgV区的功能

　　中和外毒素、阻止病毒侵入、抑制微生物粘附 构成B细胞BCR(IgM和IgD) 借助C区发挥其他生物学作用

　　B细胞

　　SmIgM

　　SmIgD

　　BCR

　　BCR

　　外毒素

　　病毒

　　细菌

　　靶细胞

　　靶细胞

　　黏膜细胞

　　中和外毒素

　　阻止病毒侵入

　　抑制微生物粘附

　　二、IgC区的功能

　　(一)激活补体

　　1. 经典途径激活补体：IgG1～IgG3、IgM

　　2. 旁路途径激活补体：IgG4聚合物、IgA聚合物、IgE聚合物

　　(二)结合Fc受体

　　1. 调理作用

　　所谓调理作用是指抗体、补体与抗原结合形成复合物，能通过Fc段、C3b与吞噬细胞表面的Fc受体、C3b受体结合，从而固定在吞噬细胞表面，有利于吞噬细胞对抗原抗体/补体复合物的吞噬、清除。如果抗原是细菌，则有助于吞噬细胞对细菌的吞噬和杀灭。抗体和补体的这种促进吞噬作用即为调理作用。抗体和补体是机体内主要的调理素。

　　2. ADCC (Antibody dependent cell-mediated cytotoxicity)

　　3. 介导Ⅰ型超敏反应

　　IgE

　　IgEFcR

　　变应原

　　肥大细胞 嗜碱性粒细胞

　　IgE介导I型超敏反应

　　黏膜上皮细胞(具有Fc受体)

　　食入或吸 入的抗原

　　分泌片

　　血清型IgA

　　母体

　　IgG

　　胎盘

　　胎儿

　　新生儿

　　IgG

　　IgG

　　(滋养层上皮细胞上Fc受体)

　　J 链

　　(三)通过胎盘和粘膜

　　第4节 各类免疫球蛋白的特性与功能

　　血清含量： 人体中含量最多，占血清Ig总量的75% 半 衰 期： 最长(24天) 结 构： 单体 四个亚类—IgG1、 IgG2 、IgG3、 IgG4 分 布： 细胞外液占50%, 血清中占50% 来 源： 主要由脾脏和淋巴结中浆细胞合成 合成时间： 出生3个月开始合成，2～5岁达成人水平 通过胎盘： 唯一能通过胎盘的免疫球蛋白 作 用： 1. 全身抗感染的主要抗体 2. 协同凝集试验 3. 自身免疫性疾病：系统性红斑狼疮、甲亢 3. 参与Ⅱ、Ⅲ超敏反应

　　一、IgG

　　中和作用 激活补体 调理作用 ADCC

　　IgG 分子的四种亚类

　　IgG1

　　IgG4

　　IgG3

　　IgG2

　　血清含量： 占血清Ig总量的10% 半 衰 期： 5天 结 构： 五聚体(分泌型)、单体(膜结合型) 分 布： 主要分布于血液中 来 源： 主要由脾脏中的浆细胞合成 合成时间： 胎儿时期就能合成的抗体，出生后，当抗原 刺激后最先产生的抗体 通过胎盘： 不能 作 用： 1. 血管中抗感染的主要抗体 2. 位于不成熟B细胞表面 3. 天然血型抗体 4. Ⅱ、Ⅲ超敏反应

　　二、IgM

　　结合抗原能力强 激活补体能力强 调理作用 ADCC

　　Igα Ig β

　　Igα Ig β

　　B细胞膜

　　分泌型IgM

　　膜结合型IgM

　　血清含量：占血清Ig总量的15% 半 衰 期： 5天 结 构：单体、双体 分 型：血清型(单体)、分泌型(SIgA，双体) 合成时间：出生后半年 通过胎盘：不能 分 布：血清中、外分泌液中 作 用：血清型作用弱;分泌型起主要作用 1. 粘膜表面抗感染的主要抗体 2. 分布在初乳

　　三、IgA

　　SIgA (分泌型)

　　IgA (血清型)

　　(Gp:) SP

　　(Gp:) JC

　　SIgA形成过程

　　四、IgD

　　血清含量：占血清Ig含量的0.03% 半 衰 期：3天 结 构：单体 存在形式：血清型(IgD) — 血清中，功能不清 膜结合型(SmIgD) — B细胞表面 作 用：血清型(IgD) — 血清中，功能不清 膜结合型(SmIgD) — B细胞表面，构成BCR (1)B细胞成熟的标志：未成熟B细胞仅表达SmIgM，成 熟B细胞同时表SmIgM和SmIgD，活化的B细胞或记 忆B细胞表面的SmIgD逐渐消失。 (2)抗原受体

　　SmIgD

　　IgD

　　SmIgM

　　Igα Ig β

　　Igα Ig β

　　Igα Ig β

　　Igα Ig β

　　B细胞膜

　　血清型IgD

　　膜结合型IgD

　　五、IgE

　　血清含量：血清中含量最低(占0.002%) 半 衰 期：3天 来 源：呼吸道和胃肠道浆细胞产生 结 构：单体分子 作 用：对肥大细胞和嗜碱性粒细胞具有高度的亲 和性, 又称亲细胞抗体, 介导I型超敏反应

　　IgE

　　IgEFcR

　　变应原

　　肥大细胞 嗜碱性粒细胞

　　IgE介导I型超敏反应

　　魏则西事件中的免疫疗法

　　(Gp:) 肿瘤细胞逃脱免疫监视的原因

　　(Gp:) 肿瘤细胞大多来源于人体自身，免疫系统不易识别; 肿瘤细胞分泌一些能够被免疫系统识别的分子，但同时还分泌另一些“麻痹”免疫系统的小分子。

　　(Gp:) 免疫疗法的两种思路

　　(Gp:) 把肿瘤的特征“告诉”免疫细胞，让它们去定位并杀伤肿瘤细胞; 护免疫细胞不被麻痹，让它们继续得以对肿瘤产生攻击。

　　免疫疗法：顾名思义，它是用人体自身的免疫系统去治疗疾病的一类方法。 肿瘤免疫疗法：是一类用于治疗肿瘤的免疫疗法。

　　T细胞改造------CAR-T(嵌合抗原受体-T细胞疗法)

　　解除“抑制”，让T细胞恢复对肿瘤细胞的杀伤，这类疗法中的药物被称为免疫检查点抑制剂。

　　(Gp:) 魏则西所用之药------Keytruda 是最早被批准的PD-1抗体药物之一，它在2014年被美国FDA批准，成为FDA批准的首个PD-1抗体药物。当然，PD-1抗体药物也不是万能药，这是由于每个人的基因表达水平不同，对于肿瘤表达PD-1较少的患者来说，这种药物的疗效就可能很有限。所以现在也有一些研究人员呼吁在进行治疗前，先对患者进行基因检测，提前预判药物是否会有响应，做到真正的个体化治疗。 ?

　　第5节 人工制备的抗体

　　制备目的：治疗疾病 诊断疾病 制备种类：多克隆抗体 单克隆抗体 基因工程抗体

　　(Gp:) B3

　　(Gp:) B2

　　(Gp:) B4

　　(Gp:) B1

　　多细胞克隆

　　抗体与抗原结合

　　多克隆抗体

　　天然抗原

　　免疫动物

　　(Gp:) Ag

　　(Gp:) Ag

　　抗原决定簇

　　Ab1 Ab2 Ab3 Ab4

　　一、多克隆抗体(Polyclonal antibody，PcAb)

　　优点: 来源广泛、易于制备 缺点：对人有抗原性，可引起过敏;为混合抗体，易出现交叉反应 用途：主要用于治疗

　　概念：多种抗原决定簇刺激机体产生多种抗体的混合物

　　二、单克隆抗体(Monoclonal antibody, McAb)

　　概念：只针对一种抗原决定簇产生的均一抗体 优点: 成分均一、效价高、特异性强 应用：抗原检测、疾病诊断和治疗

　　杂交瘤细胞： 骨髓瘤细胞 --- 无限增殖 免疫B细胞 --- 合成、分泌特异性抗体 杂交瘤技术 --- PEG(聚乙二醇) HAT培养基：次黄嘌(H) 氨基蝶呤(A) 胸腺嘧啶核苷(T)

　　单克隆抗体

　　Ab1 Ab2 Ab3 Ab4

　　普通抗血清(多克隆抗体)

　　脾脏

　　B细胞

　　骨 髓 瘤 小鼠腹水

　　骨髓瘤细胞

　　HAT培养

　　(Gp:)

　　PEG融合

　　抗血清

　　(Gp:) 抗原

　　Ab1

　　Ab2

　　Ab3

　　Ab4

　　杂交瘤细胞克隆筛选

　　骨髓瘤细胞被HAT杀死，B细胞逐渐死亡，融合细胞存活

　　Ab1

　　Ab2

　　Ab3

　　Ab4

　　三、基因工程抗体(genetic engineering antibody)

　　(一)基因工程抗体制备的机理

　　在DNA水平对Ig基因进行切割、拼接或修饰，导入受体细胞表达的抗体

　　概念：利用基因重组技术制备的抗体

　　标本

　　提取目的基因

　　提取质粒

　　酶切

　　酶切

　　重组

　　导入

　　培养表达

　　抗体

　　细菌

　　1. 人-鼠嵌合抗体

　　(二)基因工程抗体的种类

　　小鼠抗 体V区

　　人体抗 体C区

　　小鼠抗体 V区基因

　　人体抗体 C区基因

　　转染

　　骨髓瘤细胞

　　2. 重构抗体

　　人体抗 体C区

　　小鼠抗体 CDR序列

　　小鼠抗体 CDR序列

　　人体抗体 C区基因

　　人体抗体 的骨架区

　　人体抗体 FR区基因

　　转染

　　骨髓瘤细胞

　　3. 单链抗体

　　连接肽

　　VH基因

　　VL基因

　　VL

　　VH

　　连接肽基因

　　转染

　　大肠杆菌