08 第八章 抗体.pptx

第1页：第八章 抗体

第八章　抗体

第2页：本章教学大纲

本章教学大纲

掌握

抗体和免疫球蛋白的概念、结构、类型和生物学活性；单克隆抗体的概念

熟悉

各类免疫球蛋白的特性和功能

了解

免疫球蛋白的基因结构和基因重排；基因工程抗体

第3页：单克隆抗体的科研应用

图示荧光标记单克隆抗体染色所显示的真核细胞骨架。其中红色的是肌动蛋白，绿色的是微管，蓝色的则是细胞核。

第4页：抗体与免疫球蛋白的概念

前言　概念

抗体（antibody，Ab）

是由抗原刺激而产生并能与刺激其产生的抗原发生特异性结合的、具有免疫功能的糖蛋白。将血清蛋白电泳后，发现抗体主要存在于血清蛋白的γ球蛋白区，故通常把血清或血浆中的抗体成分称为免疫球蛋白（immunoglobulin，Ig）。

第5页：

第6页：膜型与分泌型免疫球蛋白

B细胞膜和体液中均存在免疫球蛋白分子。

膜型免疫球蛋白（membrane Ig，mIg）

构成了B细胞的抗原特异性受体（B cell receptor，BCR）。

分泌型免疫球蛋白（secreted Ig，sIg）

抗体。

第7页：抗体的分子结构目录

第一节　抗体的分子结构

1. 基本结构
2. 功能区
3. 水解片段
4. 其他成分

第8页：重链和轻链

一、免疫球蛋白的基本结构

（一）重链和轻链

两条相同的重链：共5种（μ、γ、α、δ、ε链）；两条相同的轻链：共2种（κ和λ链）。

第9页：可变区和恒定区

（二）Ig分子每条肽链中均有可变区和恒定区

可变区（variable region，V区）：L链近N端1/2处（VL）、H链近N端1/5或1/4处（VH）的氨基酸的组成和排列顺序多变，称为可变区。恒定区（constant region，C区）：L链近C端1/2处、H链近C端3/4或4/5处的氨基酸的组成和排列顺序相对稳定，称为恒定区。

第10页：可变区氨基酸序列的变异度

图示轻链及重链可变区氨基酸序列的变异度，超变区位置呈现明显的变异峰值。

第11页：超变区与骨架区

可变区中，某些特定位置的氨基酸残基显示出更大的变异性，称为超变区（hypervariable region，HVR），超变区是抗体与抗原结合的位置，又称为互补决定区（complementarity-determining region，CDR）。可变区中，超变区之外部分的氨基酸组成和排列顺序变化很小，称为骨架区（framework region，FR）。

第12页：

第13页：免疫球蛋白的功能区

二、免疫球蛋白的功能区

功能区（domain）

H链和L链的链内二硫键将约110个氨基酸残基序列折叠成球形区，称为功能区。

第14页：Ig功能区的划分

（一）Ig功能区

• L链：VL、CL
• H链：VH、CH1、CH2、CH3、CH4（IgM、IgE）

第15页：Ig功能区的功能

（二）Ig功能区的功能

• VL和VH：结合抗原
• CL和CH：同种异型的遗传标记
• IgG的CH2和IgM的CH3：结合C1q，激活补体系统
• CH3／CH4：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
• IgG的CH2和CH3：介导IgG通过胎盘的特性

第16页：铰链区

（三）铰链区（hinge region）

位于CH1和CH2之间，由大约十几个氨基酸残基所组成，为非独立功能区。当VL、VH与抗原结合时，此区发生扭曲，使抗体分子上两个抗原结合点更好地与两个抗原决定簇发生互补性结合。因与抗原结合从而使CH2、CH3发生构型变化，显示出活化补体、结合组织细胞等生物学活性。

第17页：免疫球蛋白的铰链区

图示免疫球蛋白的铰链区，标注其位于CH1与CH2之间的位置。

第18页：木瓜蛋白酶水解片段

三、免疫球蛋白的水解片段

木瓜蛋白酶（papain）可使IgG的H链在铰链区近N端处解离，形成2个相同的Fab段和1个Fc段。

Fab：抗原结合片段（fragment of antigen binding）

由一条完整的轻链和重链的VH和CH1组成，具有单价抗体活性。

Fc：可结晶片段（fragment crystallizable）

相当于重链CH2和CH3功能区，可与效应细胞或分子结合从而发挥作用。

第19页：木瓜蛋白酶水解免疫球蛋白

图示木瓜蛋白酶水解免疫球蛋白：在铰链区近N端切断，产生2个Fab段和1个Fc段。

第20页：胃蛋白酶水解片段

胃蛋白酶（pepsin）可使IgG的H链在铰链区的近C端处裂解，从而获得1个F(ab’)2片段和一些小片段pFc’。

F(ab’)2

包含两个Fab及铰链区，具有双价抗体活性。

pFc’

不具有生物学活性。

第21页：胃蛋白酶水解免疫球蛋白

图示胃蛋白酶水解免疫球蛋白：在铰链区近C端切断，产生F(ab’)2片段与pFc’小片段。

第22页：J链和分泌成分

四、其他成分

连接链（joining chain，J链）

J链是由浆细胞合成的富含半胱氨酸的多肽链，主要功能是将Ig单体分子连接为二聚体或多聚体。

分泌成分（secretory component，SC）

SC是黏膜上皮细胞合成和分泌的结合于IgA二聚体的含糖肽链，可介导IgA二聚体从粘膜下转运到黏膜表面，并保护SIgA免受水解。

第23页：免疫球蛋白的连接链和分泌成分

图示免疫球蛋白的连接链和分泌成分，展示J链连接单体与SC结合IgA二聚体。

第24页：IgA通过粘膜

图示IgA通过粘膜：IgA二聚体与多聚免疫球蛋白受体结合后经上皮细胞转运至黏膜表面。

第25页：同种型

第二节　抗体的类型和生物学活性

一、抗体的类型

（一）同种型（isotype）

同一种属每个个体都具有的免疫球蛋白的抗原特异性，其抗原决定簇主要存在于Ig的C区。

第26页：Ig的类和亚类

1.类和亚类：重链C区氨基酸的组成和排列顺序不同

• 五类Ig：IgG—γ（gamma）；IgA—α（alpha）；IgM—μ（mu）；IgD—δ（delta）；IgE—ε（epsilon）
• Ig亚类：IgG：IgG1、IgG2、IgG3、IgG4；IgA：IgA1、IgA2

第27页：Ig的型和亚型

2.型和亚型：Ig轻链C区氨基酸组成和排列顺序的不同

• 两型：κ（kappa）型；λ（lambda）型
• 亚型（λ链）：OZ(+)（或λ1）：第190位（亮氨酸）；OZ(-)（或λ2）：第190位（精氨酸）；Kern(+)（或λ3）：第154位（甘氨酸）；Kern(-)（或λ4）：第154位（丝氨酸）

第28页：同种异型

（二）同种异型（allotype）

是指同一种属不同个体之间免疫球蛋白也具有的差异性，它是由于不同个体的遗传基因决定的，故又称为遗传标志。

第29页：独特型

（三）独特型（idiotype）

是指在同一个体内，不同B细胞克隆所产生的免疫球蛋白分子V区以及T、B细胞表面抗原受体V区所具有的抗原特异性标志。独特性抗原决定簇由Ig超变区特有的氨基酸序列和构型决定。

第30页：独特型抗原

（五）独特型抗原（idiotypic antigen）

Ig的V区、B细胞抗原识别受体（BCR）和T细胞抗原识别受体（TCR）所具有的独特的氨基酸顺序和空间构象，构成不同的表位，这些表位称为独特型（idiotype，Id），Id可诱导自身产生相应的抗体称抗独特型抗体。

第31页：抗独特型抗体与免疫调节

在一定条件下，Ig独特型决定簇可刺激机体产生抗独特型抗体，这对免疫应答具有重要的调节作用。

第32页：抗体的生物学活性

二、抗体的生物学活性

1. 特异性结合抗原
2. 活化补体
3. 结合Fc受体：介导I型超敏反应、调理吞噬作用、ADCC效应
4. 通过胎盘和黏膜

第33页：特异性结合抗原

（一）特异性结合抗原

意义

中和作用

Ig通过V区与相应的抗原特异性结合，可以从空间上阻止病原体对机体细胞的黏附和感染。

凝集和沉淀

抗体与病原体结合时产生的凝集和沉淀，有利于提高吞噬细胞的吞噬功能。

第34页：抗体的中和作用

图示抗体的中和作用：抗体结合病原体或毒素，阻止其黏附和感染宿主细胞。

第35页：活化补体

（二）活化补体

IgM、IgG1、IgG2、IgG3和抗原结合可通过经典途径活化补体。凝聚的IgA1、IgG4、IgE等可以通过旁路途径活化补体。

第36页：结合Fc受体的效应

（三）结合Fc受体

• 介导I型超敏反应：抗体IgE介导
• 调理吞噬作用
• 抗体依赖细胞介导的细胞毒作用（ADCC）

第37页：IgE介导I型超敏反应

图示IgE结合Fc受体——介导I型超敏反应，IgE与肥大细胞、嗜碱性粒细胞表面FcεR结合触发脱颗粒。

第38页：调理吞噬作用

图示结合Fc受体——调理吞噬作用，经抗体包被的病原体更易被吞噬细胞识别清除。

第39页：ADCC作用

图示结合Fc受体——ADCC作用，NK细胞等效应细胞经Fc受体识别抗体包被的靶细胞并杀伤。

第40页：通过胎盘和黏膜

（四）通过胎盘和黏膜

胎儿和新生儿抗感染免疫能力主要依赖来自母体的IgG。分泌型IgA可通过呼吸道和消化道黏膜，是黏膜局部免疫的最主要因素。

第41页：

第42页：抗体的Fc受体

三、抗体的Fc受体

（一）IgG的Fc受体（FcγR）

FcγRⅠ（CD64）、FcγRⅡ（CD32）、FcγRⅢ（CD16）

（二）IgE的Fc受体

FcεRⅠ、FcεRⅡ

（三）IgA的Fc受体

FcαR（CD89）

（四）多聚免疫球蛋白受体

poly-IgR：J链受体

第43页：FcγR、FcαR和FcεR结构示意图

图示FcγR、FcαR和FcεR的结构，展示各受体的链组成与胞内信号基序差异。

第44页：免疫球蛋白超家族

四、免疫球蛋白超家族

许多细胞膜表面和机体的某些蛋白分子，其多肽链折叠方式与Ig折叠相似，在DNA水平上和氨基酸序列上与IgV区或Ig C区有较高的同源性。编码这些多肽链的基因被称为免疫球蛋白基因超家族，基因表达产物称为免疫球蛋白超家族（Immunoglobulin superfamily，IGSF）。

第45页：免疫球蛋白超家族分子结构

图示免疫球蛋白超家族分子的结构，展示代表性成员的Ig样结构域排列。

第46页：各类免疫球蛋白的特性和功能

第三节　各类免疫球蛋白的特性和功能

第47页：人免疫球蛋白主要理化性质表（一）

人免疫球蛋白的主要理化性质和生物学活性（1）

第48页：人免疫球蛋白生物学活性表（二）

人免疫球蛋白的主要理化性质和生物学活性（2）

说明：原表「旁路途径活化补体」行与IgG、IgD对应格的阳性与阴性标记在纯文本抽取中粘连，未能安全切分，标注为待核对，建议对照原课件图片确认。

第49页：IgG的特性与功能

一、IgG

1. 血清中含量最高，半衰期最长；
2. 机体主要的抗菌、抗病毒和抗毒素抗体，也是机体再次免疫应答的主要抗体；
3. 可激活补体；
4. 发挥调理作用，促进吞噬；
5. 产生ADCC效应，杀伤肿瘤细胞和病毒感染细胞；
6. 唯一能够通过胎盘的抗体，在新生儿抗感染中起作用。

第50页：IgM的特性与功能

二、IgM

1. 五聚体，分子量最大；
2. 在个体发育中和体液免疫应答中最早产生的抗体，在机体早期免疫防御和临床早期诊断中具有重要作用；
3. 几乎全部分布于血液中，对防止菌血症的发生具有重要作用；
4. 有较高的抗原结合价，具有明显的激活补体能力；
5. 不能通过胎盘，有助于诊断宫内感染；
6. 单体IgM也是B细胞表面的抗原受体（mIgM）和主要标志。

第51页：IgA的特性与功能

三、IgA

1. 有两种类型：血清型和分泌型；
2. 新生儿可从母亲乳汁中获得分泌型IgA，这对婴儿抵抗呼吸道和消化道病原微生物的感染有重要意义；
3. 分泌型IgA能阻止病原微生物对粘膜上皮细胞的粘附，具有抗菌、抗病毒和中和毒素等多种作用，是粘膜局部抗感染的重要免疫物质。

第52页：IgD的特性与功能

四、IgD

1. 血清中IgD的确切功能尚不清楚；
2. 表达在B细胞表面的IgD（mIgD）是B细胞成熟的重要标志；
3. mIgD作为B细胞表面的抗原识别受体，可接受相应抗原刺激，并对B细胞的活化、增殖和分化起调节作用。

第53页：IgE的特性与功能

五、IgE

1. 血清中含量最低的免疫球蛋白；在过敏性疾病和寄生虫感染时水平升高；
2. IgE主要由呼吸道和胃肠道等处的黏膜固有层的浆细胞产生，是种系进化过程中出现最晚的Ig；
3. 介导Ⅰ型超敏反应。

第54页：各类Ig分布

图示各类Ig的分布，展示IgG、IgM、IgA、IgD、IgE在血清与黏膜等部位的分布特点。

第55页：免疫球蛋白的基因库

第四节　免疫球蛋白的基因结构及其表达

一、免疫球蛋白的基因库

第56页：免疫球蛋白基因结构及其重排

图示免疫球蛋白的基因结构及其重排和表达，展示V、D、J基因片段的重排过程。

第57页：抗体多样性的遗传学基础

三、抗体多样性的遗传学基础

1. 胚系中众多的V、D、J基因片段；
2. V-D-J和V-J重排时，基因片段进行随机组合；
3. VDJ连接过程中的核苷酸缺失和N区的核苷酸插入；
4. L链H链之间随机配对组合；
5. 体细胞突变。

第58页：免疫球蛋白的类转换

四、免疫球蛋白的类转换（class switch）

Ig类转换又称同种型转换（isotype switch）：是指B细胞在受抗原刺激后，首先合成IgM，然后转为合成IgG等其它类别。B细胞发生类转换后，新合成的Ig抗原识别特异性不变，但类或亚类不同。

第59页：Ig类转换机制

图示Class switching of Ig（Ig类转换机制），展示B细胞由IgM转换为IgG、IgA、IgE的过程。

第60页：

第61页：多克隆抗体

第五节　单克隆抗体和基因工程抗体

一、多克隆抗体（polyclonal antibody，pAb）

是指由不同B细胞克隆产生的抗体。动物免疫血清就是多克隆抗体，对许多疾病显示出确切的疗效。特异性差和易导致超敏反应是多克隆抗体不可避免的两个缺点。

第62页：单克隆抗体

二、单克隆抗体（monoclonal antibody，mAb）

由单一克隆B细胞杂交瘤产生的、只识别抗原分子某一特定抗原决定簇的、具有高度特异性的抗体。每种单克隆抗体其类、亚类、型及亲和力完全相同，具有高度均一性。

第63页：

第64页：基因工程抗体

三、基因工程抗体

采用DNA重组等技术减少单克隆抗体的鼠源性，包括：人-鼠嵌合抗体（chimeric antibody）；人改型抗体（reshaped humanized antibody）；小分子抗体；双特异性抗体（bispecific antibody）等。

第65页：

第66页：本章重点

本章重点

1. 抗体、免疫球蛋白、可变区、超变区、互补决定区、独特型、多克隆抗体、单克隆抗体的概念
2. 免疫球蛋白的基本结构及免疫球蛋白的水解片段（Fab、Fc）
3. 免疫球蛋白的功能区
4. 抗体的生物学活性
5. 各类免疫球蛋白的特性和功能
6. 免疫球蛋白的类别转换