2免疫球蛋白与抗体

前言

上次课我们介绍了免疫学检验的绪论，了解了免疫学的发展，免疫学检验的工作研究方面，更是知道了什么是免疫、免疫功能有哪些，也介绍了免疫学基本理论中的一个重要物质：抗原。对抗原的两个特性及决定两个特性的因素进行了具体的认识，也知道了医学上有哪些种类的抗原。那么这次课，我们就来介绍一下与抗原相对应的，在消除抗原中起到重要作用的物质：免疫球蛋白(抗体)

第二章免疫球蛋白与抗体

抗体（Antibody,Ab）：是指能和相应抗原特异性结合的具有免疫功能的球蛋白。抗体主要存在血液中，也可以存在组织液和外分泌液中，1937年Tiselius用电泳的方法将血清蛋白分成白蛋白、α1 、α2 、β 、及γ 球蛋白等组分，其后证明抗体活性是在γ 球蛋白部分，因此，很长一段时间内，抗体就称为γ 球蛋白（丙种球蛋白）。实际上，抗体的活性除γ 球蛋白外，还存在α 和β 球蛋白处。

免疫球蛋白（Immunoglobulin,Ig）:是指具有抗体活性的或化学结构与抗体相似球蛋白。包括抗体球蛋白和多发性骨髓瘤患者血清中出现的尚未证明有抗体活性的异常球蛋白。

抗体和免疫球蛋白的关系：抗体是免疫球蛋白，并非所有的免疫球蛋白都具有抗体活性。

第一节免疫球蛋白的结构和功能

一、免疫球蛋白基本结构

由二硫键连接四条肽链形成的Ig单体分子。

（一）重链和轻链

1、重链（heavy chain ）：两条相同的长链称为重链,简称H链。H链约由450—550氨基酸组成，分子量约为50—75KD。Ig重链恒定区氨基酸的排列顺序不同，抗原性就不同，可将血清中的Ig分成五大类：IgG、IgA、IgM、IgD、IgE，IgG的H 链为γ 链（gamma ），IgA的H链为α 链（alpha ），IgM的H链为μ 链(mu)，IgD的H链为δ 链(delta)，IgE的H链为ε 链(epsilon)

2 、轻链（light chain ）：两条相同的短链称为轻链，简称L 链，L 链约由214 个氨基酸组成，分子量约为25KD ，根据L 链抗原性不同，L 链可分为两型，即κ（kappa）型和λ(lambda)型。

同一天然的Ig分子上两条H链是同类，两条轻链是同型,五类Ig中，每一类Ig都可以有κ链或λ链，可以把Ig分成五类十型。

（二）可变区和恒定区

1 、可变区（variable region,V 区），V 区位于L 链靠近N 端的1/

2 和H 链靠近N 端的1/4 。重链和轻链的V 区分别称为V H 和V L ，这个区段的氨基酸的组成和排列顺序是随抗体结合抗原的特异性不同有很大的变化。V 区中，某些位置的氨基酸的组成和排列顺序变化频率更高，这些区域称为高变区（hypervariable region, HVR ）。V H 和V L 的三个高变区共同组成Ig的抗原结合部位，该部位形成一个与抗原决定簇互补的表面，故高变区又称为决定簇互补区（complementarity-ditermining region,CDR）,分别称为CDR1、CDR2、CDR3。V 区中，高变区以外的区域，氨基酸的组成和排列相对稳定，称为骨架区（framework region，FR）。骨架区不与抗原直接结合，但能维持高变区结构的稳定性。V H 和V L 个有四个骨架区，分别称FR1 、FR2 、FR

3 、FR

4 。

2 、恒定区（constant region ,C 区）C 区位于L 链靠近C 端的1/2 和H 链靠近 C 端的3/4 区域, 这一区段的氨基酸组成和排列顺序比较稳定。重链和轻链的C 区分别称C H 和C L ，例如：人抗白喉外毒素的抗体（IgG）和人抗破伤风的抗体（IgG），它们的V区不同，只能与相应的抗原发生特异性结合，但其C区是相同。

（三）、铰链区（hinge region ）

位于CH1 和CH2 之间，含有大量的脯氨酸，柔韧富有弹性，易伸展弯曲可自由展开180 度。这种抗体分子的变构可使V 区合拢或分开，以适合与抗原分子上不同部位的抗原决定簇结合。当抗原和抗体分子结合后，抗体分子CH2 区的补体结合点暴露，为补体活化创造条件。

铰链区对木瓜蛋白酶、胃蛋白酶敏感，易被这些酶水解。IgM 和IgE 无铰链区。

二、免疫球蛋白的功能区

Ig 分子的H 链和L 链可通过链内二硫键折叠成若干个球形结构，每一个球形结构由110 个氨基酸组成，具有一定的生理功能，称为功能区。

L 链功能区：VL 、CL

H 链功能区：VH 、CH1 、CH2 、CH3 （Ig G 、IgA 、IgD ）

IgM 和IgE 的重链有五个功能区，比IgG 多一个功能区，CH4 。

功能区的作用：

1 、V H 和V L 共同构成抗原结合的部位

2 、C L 和C H 1 为同种异型遗传标志所在

3 、IgG 的C H 2 和IgM 的C H 3 是补体结合点所在的部位，参与活化补体。IgG 通过胎盘和C H 2 有关。

4 、IgG 的C H 3 及IgE 的C H 2 和C H 3 区能与组织细胞表面的Fc 受体结合。

三、免疫球蛋白的其它成分

1．连接链除了H链和L链外，多聚体形式的Ig分子如IgA和IgM尚含1分子连接链(joiningchain，J链)；但单体IgA或IgM单体均无J链。J链在连接单体形成多聚体Ig分子中并非必要，但可能与保持已形成的多聚体的稳定性有关。人类J链的分子量约15kD，与其他物种的J链有高度同源性。J链基因并不是Ig基因簇的一部分，它定位于15号染色体。J链有仅产生于合成IgA和IgM的浆细胞，而且也产生于合成IgG的未成熟浆细胞，但它并不与IgG分子结合。

2．分泌片在分泌型IgA分子中还含有1个分泌成分(secretorycomponent，SC)，或称分泌片(secretorypiece，SP),是上皮细胞上的多免疫球蛋白受体(polyimmunoglobulinreceptor，poly-IgR)的一部分，Poly-IgR为免疫球蛋白超族)Igsuper-family）的一个成员。此受体由上皮细胞产生后，与多聚体IgA牢固结合；IgA-poly-IgR复合物由上皮细胞内输出的过程中，受体分子被蛋白酶裂解，仍

附着于Ig的剩余部分即为分泌片。游离分泌片的分子量为80Kd，借二硫键与SigA 共价结合。分泌片的功能是保护SigA分子不被分泌液片内的蛋白酶降解，从而使SigA在粘膜表面保持稳定和有利于其发挥生物活性

四、免疫球蛋白的酶解片段

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（图2-3）。Fab段即抗原结合片段(antigenbindingfragment)，含1条完整的L链和H链的一部分(Fd)段，分子量为45kD；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(crystallizablefragment)，为2条H链C端剩余的部分，分子量55Kd，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（如蛋白A和G）的结合，以及与类风湿因子反应等。

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抗原特异性

Ig 分子上主要存在3 种抗原决定簇：同种型决定簇同种异型决定簇独特型决定簇（一）、同种型：是指同一种属所有个体Ig 分子所共有的抗原特异性。同种型因种而异。同种型的抗原决定簇存在Ig 的恒定区。表现在全部Ig 的类、亚类、型、亚型的分子上。（二）、同种异型：是指同一种属不同个体间Ig 分子所具有的不同抗原特异性。同种异型决定簇存在Ig 的恒定区。由个体遗传基因所决定的，故称为遗传标记。（三）、独特型：是指在同一个体内，不同抗体形

成细胞克隆所产生的Ig 分子的V 区具有不同的抗原特异性。独特型抗原决定簇存在Ig 的V 区，不同特异性的抗体其独特型也不同除血清中的Ig 外，淋巴细胞（T 、B 细胞）表面的抗原受体也具有独特型决定簇。

第三节抗体的生物学活性

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，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FcγR Ⅰ（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。FcγR Ⅱ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。例如在单核－巨噬细胞和中性粒细胞可促进其吞噬功能，称为调理作用(opsonization)；在NK细胞和巨噬细胞或诱导抗体依赖性细胞介导的细胞毒作用（ADCC）；在肥大细胞和嗜碱性粒细胞可诱导Ⅰ型变态反应等等。

（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。

第四节五类免疫球蛋白的特性和功能

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。

五类Ig的代谢、分布及生物活性

性状IgG IgA IgM IgD IgE

血清含量(mg/dL) 1200 200 120 3 0.04

相对含量(％) 75～85 10～15 5～10 0.05 0.03

合成率(mg/kg·d) 33 24 7 0.4 0.02

分解率(％/d）7 25 8 37 71

半衰期(d) 23 6 5 3 2

血管内分布(％) 50 50 80 75 50

外分泌液中－＋±－＋

结合补体＋－＋－－

透过胎盘＋－－－－

与肥大细胞结合(IgG4) －－－＋

与Mφ和B-C结合＋－－－＋

(一)、IgG

主要是由脾脏、淋巴结中的浆细胞合成的，以单体的形式存在血清中。半衰期为20~23 天，是五类Ig 中半衰期最长的一类。IgG 的含量最高，占血清Ig 总量的75% ，易通过毛细血管壁，广泛分布于细胞外液中。个体发育过程中，机体合成IgG 的年龄晚于IgM ，出生后 3 个月的婴儿能合成IgG ，5 岁达成人水

平，40 岁后开始下降。

是唯一能通过胎盘的Ig ；能从经典途径激活补体；能通过Fc 段同多种细胞表面的Fc γ R结合，从而发挥调理作用、ADCC作用。

IgG 在机体的免疫防御中起重要作用，大多数的抗菌抗体、抗毒素、抗病毒抗体属于。不少自身抗体如：抗甲状腺球蛋白抗体、抗核抗体也属于IgG 类抗体。（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。

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。

血型同种凝集素和冷凝集素的抗体类型是IgM，不能通过胎盘，新生儿脐血中若IgM增高，提示有宫内感染存在。在感染或疫苗接种以后，最先出现的抗体是IgM；在抗原的反复刺激下，可通过Ig基因的类转换而转向IgG合成。当分泌物中IgA缺陷时，IgM也和IgA一样可结合分泌片而替代IgA。IgM也是B细胞中的主要表面膜Ig，作为抗原受体而引发抗体应答。

（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，沉降系数11S，分子量400kD。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；因此常称分泌型IgA为局部抗体。有关SIgA的免疫作用参见第七章。

（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。

第五节编码免疫球蛋白的基因及抗体多样性(略)

总结：

重点：Ab、Ig、ADCC效应、调理作用。Ig的基本结构、酶解片段，五种Ig的主要特性及功能。

问题：五种免疫球蛋白的特性及功能？