免疫球蛋白及其编码基因
细胞与分子免疫学_2研究生免疫球蛋白(医学相关)
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3
Immunoglobulin Structure
Disulfide bond
Carbohydrate
CL VL
VH
CH1
H优ing质e R课eg件ion
CH2
CH3
4
3、L链：据aa组成及序列的差异将L链分为2型，、
型， ：为2：1（人）。 天然Ig单体中，两条重链是同类的，两条轻链是同型的。
CH2
CH3
9
6、Ig的水解片段 (木瓜蛋白酶)
• Fab（Fragment of antigenbinding）
– Ag binding
– Valence = 1
– Specificity determined by VH and VL
• Fc（Crystalizable fragment）
– Effector functions
4、Ig的分区：
（1）可变区：在Ig近N端L链的1/2和H链的1/4（ 、、 ）或1/5（ 、 ）范围内，因aa组成及序列变化较大， 故称可变区（Variable region，V区）。
（2）恒定区：在Ig近C端L链的1/2和H链的3/4（ 、、 ）或4/5（ 、 ）范围内，因aa组成及序列变化相对稳 定故称恒定区（Constant region，C区）。
1、Ig的组成：由4条肽链通过链间S-S双硫键连接
而成，其中两条分子量较大的链称重链（Heavy chain， H链），两条分子量较小链的称轻链（Light chain，L 链）。
2、H链：据氨基酸（aa）组成及序列的差异（抗原
性）将H链分为5类， 、 、 、 、 链； 其分别对应于，IgA、IgD、IgE、IgG、IgM五类Ig。
第四章 免疫球蛋白
第四章免疫球蛋白第一节基本概念1、抗体：B淋巴细胞在有效的抗原刺激下分化为浆细胞，产生具有与相应抗原发生特异性结合功能的免疫球蛋白，这类免疫球蛋白称为抗体。
1937年，Tiselius用电泳方法将血清蛋白分为白蛋白、α1、α2、β及γ球蛋白等组分，其后又证明抗体的活性部分是在γ球蛋白部分。
因此，相当长一段时间内，抗体又被称为γ球蛋白（丙种球蛋白）。
实际上，抗体的活性除γ球蛋白外，还存在于α和β球蛋白处。
20世纪40年代初期，Tiselius和Kabat用肺炎球菌多糖免疫家兔，证实了抗体活性与血清丙种球蛋白组分相关。
肺炎球菌多糖免疫家兔后可获得高效价免疫血清。
然后加入相应抗原吸收以除去抗体，将除去抗体的血清进行电泳图谱分析，发现丙种球蛋白（γ-G）组分明显减少，从而证明了抗体活性是存在于丙种球蛋白内。
2、免疫球蛋白：具有抗体活性或化学结构与抗体相似的球蛋白统称为免疫球蛋白(immunoglobulin，Ig)。
区别：抗体都是免疫球蛋白，而免疫球蛋白并不都是抗体。
如骨髓瘤蛋白，巨球蛋白血症、冷球蛋白血症等患者血清中存在的异常免疫球蛋白结构与抗体相似，但无抗体活性。
免疫球蛋白可分为分泌型（secreted Ig,SIg）和膜型（membrane Ig, mIg）。
前者主要存在于血清及其他体液或外分泌液中，具有抗体的各种功能；后者是B细胞表面的抗原识别受体。
第二节免疫球蛋白结构一、免疫球蛋白的基本结构（一）重链和轻链免疫球蛋白分子是由两条相同的重链（heavy chain，H链）和两条相同的轻链（light chain，L链）通过链间二硫键连接而成的四肽链结构。
X 射线晶体结构分析发现，IgG分子由3个相同大小的节段组成。
1. 重链分子量约为50～75kD，由450～550个氨基酸残基组成。
免疫球蛋白重链恒定区由于氨基酸的组成和排列顺序不同，故其抗原性也不同。
据此，可将免疫球蛋白分为五类，即IgM、IgD、IgG、IgA和IgE，其相应的重链分别为μ链、δ链、γ链、α链和ε链。
抗体人源化的主要原理
抗体人源化的主要原理抗体人源化是指将动物来源的抗体（如小鼠抗体）转化为人源化的抗体，以增强其在人体内的稳定性和效力。
这一技术的研发和应用，为人类在治疗疾病方面带来了革命性的变革。
本文将介绍抗体人源化的主要原理，从基因工程的角度解释其实现方法。
抗体人源化的主要原理基于两个关键概念：可变区和框架区。
可变区决定了抗体的特异性，而框架区则决定了抗体的稳定性和结构。
在动物来源的抗体中，可变区和框架区通常相互关联，难以分离。
为了实现抗体人源化，需要对这两个区域进行调整和优化。
人源化抗体的设计通常涉及到克隆和表达人类免疫球蛋白基因。
其中，免疫球蛋白基因是一种编码抗体的基因，包括了可变区和框架区。
通过克隆和表达人类免疫球蛋白基因，可以获得人类免疫球蛋白。
为了使人源化抗体具有与动物来源抗体相似的特异性和效力，需要将动物来源抗体的可变区与人类免疫球蛋白基因的框架区进行重组。
这一步骤需要利用基因工程技术，将动物来源抗体的可变区和人类免疫球蛋白基因的框架区进行融合。
通过这种方式，可以将动物来源抗体的特异性与人类免疫球蛋白的结构相结合，实现抗体人源化。
在抗体人源化的过程中，还需要考虑到抗体的亲和力和稳定性。
亲和力是指抗体与靶标结合的紧密程度，而稳定性则是指抗体在人体内的耐受性和长期效果。
为了增强抗体的亲和力和稳定性，可以通过点突变和序列优化的方法进行改良。
点突变是指通过人工改变抗体分子中的一个或多个氨基酸残基，以增强其与靶标的结合能力。
序列优化则是指通过人工改变抗体分子的氨基酸序列，以增强其稳定性和生物活性。
抗体人源化的主要原理可以总结为：克隆和表达人类免疫球蛋白基因，重组动物来源抗体的可变区和人类免疫球蛋白基因的框架区，通过点突变和序列优化的方法进行改良，以获得具有高亲和力和稳定性的人源化抗体。
抗体人源化技术的发展和应用，为药物研发和临床治疗提供了新的途径。
相比于动物来源的抗体，人源化抗体在人体内的稳定性和效力更高，副作用更少。
免疫球蛋白
七、免疫球蛋白基因
七、免疫球蛋白基因：基因重排
重组信号序列 (recombination signal sequence， RSS)是由寡核苷酸组成的七聚体(heptamer) [5‘CACAGTG3’]、九聚体(nonamer) [5‘ACAAAAACC3’]，以及两者之间较少保守 性的间隔序列(spacer)所组成。
Susumu Tonegawa（利川根进）
The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1987
"for his discovery of the genetic principle for generation of antibody diversity"
高）、唾液、泪液中 ＊ 功能: 对机体的局部粘膜(如呼吸道、消化道粘膜)的抗
感染免疫有重要作用。 ＊ 新生儿通过母乳喂养，可获得被动免疫。
IgD
＊单体结构；
＊血清含量低，占Ig总量的0.2％；半衰期极短，仅3天 （铰链区长）
＊ B细胞表面的IgD（SmIgD）是成熟B细胞的重要表面标 志：未成熟B细胞仅表达mIgM，成熟B细胞（初始型） 表达mIgM和mIgD，活化或记忆性B细胞mIgD逐渐消失。
二、免疫球蛋白的功能区
结构域：Ig的多肽链分子中约110个氨基酸可 折叠成由链内二硫键连接的具有特定功能的球 形结构。称为免疫球蛋白的功能区或结构域 （domain）.
＊ VL和VH: 抗原结合部位 ＊ CL和CH1:同种异型的遗传标记所在处 ＊ CH2和CH3：
① IgG的CH2和IgM的CH3: 补体C1q结合点； ② 母体的IgG借助CH2通过胎盘进入胎儿体内 ＊ CH3、CH4: 与细胞Fc受体结合的部位 IgG的CH3可结合细胞表面的FcR，IgE的CH2和CH3 可与肥大细胞和嗜碱性粒细胞的IgE Fc受体结合。
免疫球蛋白及其编码基因
Summary: structure of Ab
Basic structure:
u Consist of 4 polypeptide chains; u Each chain has domains: C and V; HVR;CDR u Hinge region: between CH1 and CH2
Rodney Porter 1917-1985 Nobel Prize in 1972
Ab structure
Production of McAb
Georeges Kohler 1946-
Cesar Milstein
Nobel Prize in 1984
Susumu Tonegama
Nobel Prize 1987
同种型：同一种属所有个体Ig分子共有的抗原特异性标志
同种异型：同一种属不同个体间Ig分子具有的不同抗原特异性标志
独特型：每个Ig分子所特有的抗原特异性标志
抗体功能
FUNCTIONS OF ANTIBODIES
u1.中和病毒或毒素 u2.激活补体 u3.调理作用：促吞噬 u4.ADCC：促杀伤 u5.通过胎盘：IgG u6.介导I型超敏反应
IgG
1.the most common, most important, most content antibodies in our bodies.
2.the only class of immunoglobulin that can cross the placenta in humans
IgA
免疫球蛋白及其编码基因
吴敏昊 中山 医学院免疫学教研室
Contents
u免疫球蛋白的结构 u免疫球蛋白的功能 u免疫球蛋白的特性 u免疫球蛋白的制备 u免疫球蛋白编码基因
免疫球蛋白的总结概论
免疫球蛋白的总结概论免疫球蛋白是一类由B细胞分泌的抗体分子，它是免疫系统中的重要组成部分。
免疫球蛋白具有多样性、特异性和记忆性的特点，能够识别和结合体内外的抗原物质，从而参与到机体免疫应答过程中。
下面将从结构、功能、生物合成和临床应用等方面对免疫球蛋白进行概论总结。
首先，免疫球蛋白的结构多样性是其最为突出的特点之一、一般而言，免疫球蛋白由两个重链和两个轻链组成，重链主要有IgG、IgA和IgM等多种类型，而轻链则有κ和λ两种类型。
免疫球蛋白的多样性主要体现在其变异性区（variable region），这一区域决定了免疫球蛋白的抗原结合特异性，能够识别和结合不同结构的抗原分子。
免疫球蛋白的结构多样性是由其基因的多样性和重排机制所决定的。
其次，免疫球蛋白具有特异性，即每一种免疫球蛋白只能与特定的抗原结合。
这种特异性是由免疫球蛋白的抗原结合位点（epitope）与抗原分子之间的相互作用所决定的。
这种特异性使得免疫球蛋白能够识别和结合特定的抗原分子，并通过抗原结合来介导机体免疫应答。
免疫球蛋白还具有记忆性，即一旦机体受到其中一种抗原的刺激，相应的免疫球蛋白会被激活并开始分泌。
此后，即使抗原不再存在，机体仍能保持一定时间内对该抗原的免疫记忆。
这种记忆性使得机体能够迅速应对再次暴露于同类型抗原的情况，从而更加有效地消除病原微生物。
在生物合成方面，免疫球蛋白的合成主要发生在B细胞内。
首先，B细胞通过重排和剪接基因片段的方式形成免疫球蛋白的顺序编码基因（VDJ基因片段），进而通过翻译和合成机制形成免疫球蛋白的多肽链。
接下来，多肽链将进一步组装为完整的免疫球蛋白分子，并通过分泌途径释放到细胞外。
在这个过程中，各类免疫球蛋白会经历重排和突变，从而形成广泛的免疫球蛋白多样性。
除了免疫系统中的重要角色，免疫球蛋白在临床应用中也具有广泛的用途。
目前，免疫球蛋白已经成为治疗许多疾病的重要药物，如自身免疫性疾病、感染性疾病和恶性肿瘤等。
第四章免疫球蛋白
(Immunoglobulin,Ig)
内
容
一、抗体与免疫球蛋白 二、免疫球蛋白的分子结构 三、各类免疫球蛋白的特点与功能 四、抗体的生物学活性 五、免疫球蛋白的血清型
抗体——生物体最奇妙的分子
●无限的多样性（diversity)
●功能与结构的双重性
可变区——抗原特异性结合
(三)IgA
分为血清型和分泌型两种。 血清型IgA主要由肠系膜淋巴组织中的浆细胞产生，为 单体。有抗菌、抗病毒、抗毒素的作用。 分泌型IgA（sIgA）是由呼吸道、消化道、泌尿生殖道 等处的固有层中浆细胞产生，为双体、三体或多体。
四肽链对称结构 ，链间二硫键连接 两条相同的重链（heavy chain,H）和两条相同的轻 链（light chain,L） 氨基端和羧基端。
1.重链与轻链
1.重链（heavy chain，H链）
400～500个氨基酸残基，分子量约50～70kD。 根据Ig重链抗原性的差异，Ig可分为五类 即 IgG、IgM、IgA、IgD、IgE， 相应H链为γ、 μ、 α、 δ及 ε链。
Arne Wilhelm Kaurin Tiselius 1948 The Nobel Prize in Chemistry
Elvin A. Kabat 1914–2000
与抗体有关的诺贝尔奖获得者
1901 1908 von Bering Ehrlich & Metchnikoff 血清治疗 抗体生成、吞噬
2、结合Fc受体
Ig的Fc段经与不同细胞表面的Fc受体(FcR)结合，可 表现出不同功能 （1） 调理作用（opsonization） 是指抗体、补体等调 理素（opsonin）促进吞噬细胞吞噬细菌等颗粒性抗原的作用。 抗体的调理作用是指IgG或IgA抗体的Fc段与中性粒细胞、 巨噬细胞、嗜酸性粒细胞等的相应 Fc受体结合，从而增 强吞噬细胞的吞噬作用
人免疫球蛋白重链胚系基因
人免疫球蛋白重链胚系基因
在人类基因组中，免疫球蛋白重链胚系基因是由一组基因家族
来编码的。
这些基因家族包括IGHG（编码IgG的重链）、IGHA（编
码IgA的重链）、IGHM（编码IgM的重链）、IGHD（编码IgD的重链）和IGHE（编码IgE的重链）等。
每个基因家族都包含多个基因，它们在不同的免疫球蛋白类别中发挥作用。
免疫球蛋白重链胚系基因的多样性对于免疫系统的功能至关重要。
这些基因通过不同的剪接方式和基因重组来产生多样的免疫球
蛋白，从而使免疫系统能够识别和应对各种不同的病原体。
此外，
这些基因也在免疫系统的发育和成熟过程中发挥重要作用。
研究人员对人类免疫球蛋白重链胚系基因进行了广泛的研究，
以深入了解免疫系统的功能以及与免疫相关的疾病。
通过对这些基
因的研究，人们可以更好地理解免疫系统是如何工作的，以及如何
改善免疫系统的功能来应对疾病。
总之，人类免疫球蛋白重链胚系基因是编码免疫球蛋白重链的
基因家族，它对于免疫系统的功能和多样性起着至关重要的作用。
对这些基因的研究有助于我们更好地了解免疫系统的工作原理，以及如何应对免疫相关的疾病。
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三、附属结构
ADDITIONAL STRUCTURE
J链（joining chain）
浆细胞合成的富含半胱氨酸的肽链， 可连接单体成多聚体。
分泌片(secretory piece, SP)
粘膜上皮细胞合成的非共价结合于IgA 并起转运保护作用的含糖肽链。
四、水解片段
PROTEOLYTIC STRCUTURE
Figure 3-6
Figure 3-7
Figure 3-8
一、基本结构
2.可变区和恒定区
恒定区(constant region, C区） u轻链和重链的近C端的氨基酸变化比较小，
称为恒定区，CH和CL u不同类Ig的恒定区长度不同，如CH1-3（4） u同种的同类Ig的恒定区比较固定，故有相同
u其中有的区域特别易变化，称为高变区 (hypervariable region，HVR1-3),其它部分叫骨架区
(framework fegion,FR1-4).
u高变区是抗原的结合部位，与抗原决定基形 成一个互补的表面，称互补决定区 (complementarity determining region,CDR1-3).
酶
u木瓜蛋白酶（papain) u胃蛋白酶(pepsin)
片段
u抗原结合片段(fragment antigen binding, Fab) u可结晶片段(fragment crystallizable, Fc)
四、水解片段
1. 木瓜蛋白酶（papain）的水解片段 u部位：重链铰链区二硫键连接的近N端 u片段：两个Fab段，一个Fc u功能：Fab能结合抗原，但不凝集或沉淀
免疫球蛋白的结构
STRUCTURE OF ANTIBODIES
u一、基本结构（一级结构） u二、功 能 区（二级结构） u三、附属成分（附属结构） u四、水解片段（水解结构）
一、 基本结构
两条相同的重链和两条相同 的轻链连接而成连接的四肽 结构。 1.重链和轻链 2.可变区和恒定区 3.铰链区
一、基本结构
Fc可与细胞上的受体结合
Figure 3-3 part 1 of 2
•The protease papain cleaves the IgG molecule in hinge region on the N-terminal side of the inter-heavy-chain disulfides to produce 3 fragments: 2 identical Fab fragments and one Fc fragment.
的二抗。
一、基本结构
铰链区 3.
(hinge region)
u位于CH1和CH2之间； u富含脯氨酸，易弯曲，利于与抗原表位的
结合；
u易水解（木瓜蛋白酶等）。
二、二级结构
uIg分子的肽链上折叠形成的球形的有功能 的结构域（domain）,约110个氨基酸组成 一个结构域。
u折叠形成两个片层结构，中间由二硫 键垂直连接，桶状或三明治。
免疫球蛋白及其编码基因
吴敏昊 中山 医学院免疫学教研室
Contents
u免疫球蛋白的结构 u免疫球蛋白的功能 u免疫球蛋白的特性 u免疫球蛋白的制备 u免疫球蛋白编码基因
Concepts
抗体（Antibody, Ab)
是由B细胞识别抗原后增殖分化为浆细胞所产生 的一类能与相应抗原特异性结合、具有免疫功 能的球蛋白。
免疫球蛋白（Immunoglobulin,Ig)
具有抗体活性或化学结构与抗体相似的球蛋白. 分泌型：存在于体液中，具有抗体的各种功能 膜型：B细胞膜上的抗原受体
Relationship between Ig and Ab
Ig
Ab
1901 1908
1972 1977 1984
1987
von Bering
Discovery and application of antibody
Emil von Behring 1854 - 1917, Nobel Prize in 1901 for demonstrating that circulating antitoxins against diphtheria and tetanus toxins conferred immunity.
Rodney Porter 1917-1985 Nobel Prize in 1972
Ab structure
Production of McAb
Georeges Kohler 1946-
Cesar Milstein
Nobel Prize in 1984
Susumu Tonegama
Nobel Prize 1987
Ehrlich & Metchnikoff Edelman & Poter
Yalow
Koler,Milstein & Jerne
Tonegawa
Serum therapy Serum valency
Ab structure radioimmunology Monoclonal Ab
Gene of Ab
Discovery and application of antibody
Paul Ehrlich , Nobel Prize in 1908 for his work on serum valency and side chain theory
Gerald Edelman 1929 -Nobel Prize in 1972
一、基本结构
1.重链和轻链
轻链(light chain,L) u分子量比较小 u据恒定区氨基酸的组成和排列顺序，可分
为k和链 u同一Ig上的两轻链同型 u同一种属的两种轻链比例恒定区
可变区 (variable region,V区)
uIg重链和轻链的近N端110个氨基酸变化比较 大，称为可变区,即VH 和VL 。
BASIC STRUCTURE
1.重链和轻链
重链 (Heavy chain,H) u分子量比较大 u据恒定区氨基酸的组成和排列顺序的不同， 可分为5类(同种型) u不同的同种型有不同的特征
免疫球蛋白分类（class）
1. IgG - Gamma (γ) heavy chain IgM - Mu (μ) heavy chain IgA - Alpha (α) heavy chain IgD - Delta (δ) heavy chain IgE - Epsilon (ε ) heavy chain