免疫球蛋白-抗体

第三章免疫球蛋白1890年德国学者Von Behring和日本学者Kitasato用白喉杆菌外毒素免疫动物，在免疫动物血清中发现能中和白喉外毒素的组分，并称之为抗毒素，这是在血清中发现的第一种抗体。

这种含有抗体的血清即免疫血清。

1938年Tiselius和Kabat用电泳技术研究免疫血清，证明抗体活性与血清丙种（γ）球蛋白组分有关。

此后一系列的研究发现免疫血清中的一部分抗体活性还可存在于α球蛋白和β球蛋白组分内，从而证实抗体是由异质性球蛋白组成的。

1964年世界卫生组织举行专门国际会议，将具有抗体活性的球蛋白或化学结构上与抗体相似的球蛋白统一命名为免疫球蛋白（Immunoglobulin，Ig）。

免疫球蛋白包括抗体球蛋白和骨髓瘤、巨球蛋白血症等病人血清中未证实有抗体活性的异常免疫球蛋白。

免疫球蛋白是化学结构上的概念，而抗体是生物学功能上的概念。

所有的抗体均属免疫球蛋白，但免疫球蛋白并非都是抗体。

抗体（Antibody，Ab）是指一类在抗原物质刺激机体免疫系统后形成的、具有与相应抗原物质发生特异性结合反应的免疫球蛋白。

抗体是免疫应答的重要产物，主要存在于血液、组织液和外分泌液中，因此将抗体介导的免疫称为体液免疫。

第一节免疫球蛋白的分子结构一、免疫球蛋白的基本结构免疫球蛋白分子由1000个以上的氨基酸残基组成。

1963年Porter提出了IgG的化学结构模式图（图4-1），后经许多学者研究证实，其它几类Ig亦具有相似的基本结构。

图4-1 IgG的化学结构模式图免疫球蛋白的基本结构是由二硫键连接的四条肽链组成的对称结构。

分子量较小的一对肽链称为轻链（Light chain，L链），每条轻链约由214个氨基酸残基组成，L链共有两型，Kappa(κ）与Lambda（λ）。

同一个免疫球蛋白单体分子上的L链型别完全相同。

分子量较大的一对肽链称为重链（Heavy chain，H链），约由450～570个氨基酸残基组成。

不同的重链由于氨基酸残基的排列顺序、二硫键的数目和位置、含糖的种类及数量不同，其抗原性也不同。

根据H链抗原性的差异可将其分为5类：μ链、γ链、α链、δ链和ε链，每个Ig分子的两条重链亦完全相同。

由上述不同类型H链与L链（κ、λ）组成的完整免疫球蛋白分子分别被称为IgM、IgG、IgA、IgD和IgE免疫球蛋白的两条轻链与两条重链由二硫键连接形成一个四肽链分子，构成免疫球蛋白分子的单体。

免疫球蛋白单体中四条肽链两端游离的氨基或羧基的方向是一致的，分别称为氨基端（N端）和羧基端（C端）。

在Ig单体分子的N端，轻链的1/2与重链的1/4氨基酸排列顺序随抗体特异性不同而变化，故称这个区域为可变区（Variable region，V区）。

此V区赋予抗体以结合抗原的特异性。

在Ig多肽链的C端，轻链的其余1/2和重链的3/4部分，氨基酸数量、种类、排列顺序及含糖量都比较稳定，故称为恒定区（constant region，C区）。

恒定区不仅可作为Ig的骨架，还具有许多其他重要的生物学活性。

在V区某些特定位置上，其氨基酸残基的组成和排列顺序比可变区内其他位置上的氨基酸残基更易变化，故称这些部位为超变区（hypervariable region，HV 区），如轻链的第26～32、48～55、90～95三个部位，重链的第31～37，51～68，84～91，101～110四个部位的氨基酸残基变化特别剧烈。

轻链、重链上的超变区位置大致相当。

可变区中其他变化较少的部分称为骨架氨基酸残基（framework residues）。

Ig与特异抗原决定簇结合的位置就在超变区，所以现在又称超变区为互补决定簇区（complementary determinant region，CDR）。

抗体的高变区、抗体的抗原结合部位和抗体的独特型决定簇存在于相同的Ig结构上，即抗体分子可变区球形顶端凹陷的立体结构。

图4-2 V区中VL和VH超变区与抗原决定簇结合二、免疫球蛋白的功能分区Ig单体分子的重链与轻链可通过链内二硫键相互连接、折叠成几个球形功能区，每一功能区约有110个氨基酸残基组成。

L链分为两个功能区，即L链可变区（VL）和L链恒定区（CL）。

IgG、IgA和IgD的H链各有一个可变区（VH）和三个恒定区（CH1、CH2、CH3），共有四个功能区；IgM和IgE的H链各有一个可变区（VH）和四个恒定区（CH1、CH2、CH3、CH4），共有五个功能区。

Ig不同的功能区具有相应的生物学功能：①VH和VL是与抗原结合的部位，是V区中与抗原决定簇互补结合的部位；②CL和CH1带有同种异型的遗传标记；③CH2是补体结合点，参与补体激活；母体的IgG可借助CH2区通过胎盘主动传递到胎儿体内；④CH3具有与细胞表面的Fc受体结合的功能；⑤IgE的CH4可与肥大细胞结合，参与Ⅰ型超敏反应。

图4-3 Ig功能区的生物学功能在Ig的CH1和CH2之间有一个能自由折叠的区域，即绞链区。

绞链区所含氨基酸残基数目不等，此区段富含脯氨酸和双巯键，易于发生伸展和转动，因而①当免疫球蛋白与抗原结合时，此区便发生转动，使抗体分子上的两个抗原结合位点更好地与抗原决定簇相结合；②易于蛋白酶接近，故此区对蛋白酶敏感，使Ig易被蛋白酶水解；③抗体与抗原结合使免疫球蛋白变构，暴露补体结合位点，为补体活化创造了条件。

三、免疫球蛋白的其它成分1.连结链（joining chain，J链）是由浆细胞合成分泌的、分子量为20KD的多肽。

通过J链可将Ig单体以二硫键形式共价结合到Ig重链上连接成多聚体，起到稳定Ig多聚体的作用。

分泌型IgA是由J链连接两个IgA单体，加上一个分泌片组成的双聚体。

IgM五聚体是由五个IgM单体和一个J链组成。

J链的成分都相同，即只有一种J链。

2.分泌片（secretory piece，sp）是由粘膜上皮细胞合成的60～70KD多肽。

当IgA与J链在浆细胞内合成并连接后，IgA双体在通过粘膜上皮细胞的过程中再与分泌片结合形成具有分泌能力的双聚体IgA，即分泌型IgA （secretory IgA）。

分泌片的功能是保护IgA使之不易受环境中酶的破坏，并介导IgA的转运，但分泌片与IgA的合成无密切关系。

图4-4 J链与分泌片四、免疫球蛋白的水解片段1959年Poter研究用各种蛋白酶水解免疫球蛋白。

用木瓜蛋白酶水解IgG，可将重链于链间二硫键近N端处切断，得到三个片段，包括两个相同的抗原结合片段（fragment antigen binding，Fab）和一个Fc段（fragment crystaline，Fc)，即可结晶片段。

每一个Fab段含有一条完整的轻链和重链N端的1/2部分，能与一个抗原决定簇发生特异性结合，即一个抗原结合价。

Fab段是Ig具有抗体活性的部分，其结合抗原的部位在VL及VH功能区的超变区。

Fc段在低温下容易结晶，由两条重链C端的一半组成，不能与抗原结合，但具有各类Ig的抗原决定簇及其它生物学活性。

用胃蛋白酶水解Ig，可将IgG重链于链间二硫键近羧基端切断，得到一个具有双价抗体活性的片段，即F(ab)'2 段和若干小分子多肽碎片（pFc'），后者无任何生物学功能。

Poter根据上述实验提出：IgG是由相同的两条重链分子通过链间二巯键连接成Y型，两条相同的轻链通过二巯键连接在重链Y型双臂的两侧。

电镜观察支持Poter的推测，并发现Y型Ig结合抗原分子后其两臂可伸展成180度。

图4-5 Ig水解片段研究Ig的水解片段，可帮助人们了解免疫球蛋白的结构和功能，从理论上理解抗原抗体反应的原理；在实践中可将酶解免疫球蛋白用于精制抗毒素，白喉抗毒素或破伤风抗毒素经胃蛋白酶消化后精制提纯的制剂可减少超敏反应，其原因就是去掉了Ig重链部分的Fc段。

五、膜型免疫球蛋白免疫球蛋白的生物合成规律与一般蛋白质相似。

但在Ig的合成过程中，必须先有抗原刺激以及抗原提呈细胞、T细胞、B细胞等多种免疫细胞的相互作用。

抗原选择并激活相应的B细胞克隆，促使其增殖、分化成为浆细胞，进一步合成和分泌Ig。

除此以外，B细胞表面也携带有Ig分子，B细胞表面的这种Ig称为膜表面免疫球蛋白（surface membrane immunoglobulin，SmIg）。

膜表面Ig和分泌性Ig与抗原结合的特异性是一致的。

膜表面Ig的重链分子结构与分泌型Ig重链存在一定差别，表现在其重链羧基端比游离的Ig多一段疏水性氨基酸残基插入细胞膜并穿过胞膜。

在B细胞不同分化阶段，细胞膜表面可出现SmIgM、SmIgD、SmIgG、SmIgA。

SmIg是B细胞识别抗原、接受抗原刺激的受体。

图4-6 膜型免疫球蛋白第二节免疫球蛋白的分类和分型根据免疫球蛋白分子的重链和轻链抗原性的差异可将其分为不同类、亚类、型、亚型。

同一种系的不同个体内可同时有数量不等的各类、亚类、型、亚型的免疫球蛋白。

㈠类同种系所有个体内的Ig，根据其重链恒定区抗原特异性的差异，可分为μ、γ、α、δ和ε五类，相应的免疫球蛋白分子，分别被称为IgM、IgG、IgA、IgD和IgE。

IgG IgMIgA IgDIgE㈡亚类由于同一类Ig内氨基酸序列及二硫键的位置和数目存在差异，据此可分为亚类。

IgG有四个亚类：IgG1、IgG2、IgG3和IgG4。

IgA有IgA1和IgA2亚类；IgM有IgM1和IgM2亚类；至今尚未发现IgD和IgE有亚类。

㈢型根据各类Ig的轻链恒定区抗原性的不同，将Ig轻链分为κ、λ两型。

㈣亚型 Igλ轻链的N端恒定区氨基酸序列存在差异，据此可分为亚型。

第三节免疫球蛋白的血清型免疫球蛋白是具有抗体活性的蛋白分子，它对其他种系的动物或同种系的不同个体也是一种抗原物质，可引起不同程度的免疫反应。

Ig的抗原性可用血清学方法进行测定和分析，故又称为血清型。

Ig分子主要分为三种血清型，即同种型、同种异型和独特型抗原决定簇。

1.同种型（isotype）是指同一物种的所有个体有共同的Ig抗原特异性，因此免疫球蛋白同种型的抗原特异性因种而异。

同种型的抗原特异性主要存在于Ig的C区内，它包括免疫球蛋白的类、亚类、型、亚型。

它不能作为遗传标志。

2.同种异型（allotype）指同一种系的不同个体之间，由于遗传基因不同，同类Ig也有抗原特异性不同的抗原决定簇，且也存在于Ig的C区内。

由于同一物种不同个体有不同的同种异型抗原决定簇，故它可作为一种遗传标志。

多次输入与自己遗传特性不同的Ig可引起超敏反应。

3.独特型（Idiotype，Id) 是指在同一个体内，每个抗体形成细胞克隆产生的Ig其V区的超变区抗原性不同。

实质上，独特型的差异是由VL和VH超变区氨基酸序列不同所致，这是抗体特异性的分子基础。