第十三章 免疫分子(1)

第十三章免疫分子12第一节免疫球蛋白（immunoglobulin,Ig）3获奖时间获奖者贡献1901EvonBeringSerumtherapyEhrlich&Metchnikoff1972Edelman&PorterChemicalstructureofAb1977YalowRadioimmunoassay1984Koler,Milstein&JerneMonoclonalAb1987TonegawaIggenerearrangementNobelprizeforantibodyresearchantitoxin19084一、概述——什么是抗体？•抗体（antibody，Ab）——机体免疫系统受到抗原刺激后，B淋巴细胞被激活，增殖分化为浆细胞，由浆细胞所产生的一类能与相应抗原发生特异性结合、具有免疫功能的球蛋白。5•抗体——四个近义词抗血清（免疫血清）丙种球蛋白（γ球蛋白）免疫球蛋白6•1890年，德国学者培林和日本学者北里用白喉杆菌外毒素免疫马匹，制备抗毒素。这是在血清中发现的第一种抗体。这种含有抗体的血清称之为免疫血清。78为了准确描述抗体蛋白的性质，在60年代初提出免疫球蛋白概念——化学结构的概念。多发性骨髓瘤是由浆细胞无限增殖形成的细胞克隆，由于所有瘤细胞的遗传特性相同，因此它们合成和分泌的蛋白质分子在化学结构上是均一的。这种蛋白分子存在于血液中的称为骨髓瘤蛋白（meylomaprotein，M）或M蛋白，亦可在尿液中发现称为本周蛋白(BenceJones，BJ)。9•免疫球蛋白（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（BCR）。10二、免疫球蛋白结构11RodneyPorterGeraldEdelmanNobelPrizein197212Ig的结构13（一）免疫球蛋白的基本结构1、单体的结构（重链和轻链）(1)重链(H链):•450—550个Aa组成,55-75KD。据重链抗原性的差异分5类:IgM(μ链)、IgG(γ链)、IgA(α链)、IgD(δ链)、IgE(ε链)。(2)轻链（L链）•约214个Aa,25KD,分为κ、λ两型。*二硫键14152、单体的结构（可变区和恒定区）H链：VH、CHL链：VL、CL•V区（variableregion）位置、特征、组成（超变区和骨架区（FR））、作用•C区（constantregion）位置、特征1617*三个概念：•超变区（HVR）V区内氨基酸组成及序列变化最为剧烈的特定部位。VH的3个超变区位于第29-31,49-58,95-102位氨基酸,用HVR1、VR2、HVR3表示。VL的则位于第28-35,49-56,91-98位氨基酸。•互补性决定区（CDR）VL和VH的超变区受链内二硫键作用而折叠成特定的空间构型,供抗原决定基互补结合。CDR3变异最大,是与抗原特异结合的重要部位。独特型（Id）同一个体内不同B细胞克隆产生的Ig超变区的抗原特异性各不相同，可在同种、同种异体及自身体内引起抗体产生。18骨架区(Fragmentregion)：Ig分子V区中HVR之外的部位,氨基酸组成和功能排列相对保守。稳定CDR的空间构型,利于CDR与抗原决定基精细的特异结合。19FR1FR2FR3FR4HVR1HVR2HVR3VariabilityIndex257550100氨基酸残基150100500202122233、铰链区位于CH1和CH2之间，含30个氨基酸残基,富含脯氨酸，对蛋白酶敏感,不易形成螺旋,伸展自如,利于IgCDR与抗原决定基结合,为补体激活提供条件。2425抗原结合点铰链区铰链区264、其他结构J链（Joiningchain）：由浆细胞合成的酸性糖蛋白。作用：在Ig羧基端连接Ig单体成为双体（SIgA）或五聚体（IgM），起稳定多聚体结构及参与体内运转的作用。分泌片（secretorypiece，SP）：由粘膜上皮细胞合成的糖蛋白。作用：保护SIgA抵抗外分泌液蛋白酶的降解。利于SIgA分泌到粘膜表面。272829参考书目30（二）免疫球蛋白的功能区•概念：由约110左右氨基酸残基组成，通过链内二硫键连接而成的球形结构。•功能区及其作用(主要以IgG为例)H链——VH、CH1、CH2、CH3/CH4（IgM、IgE）/铰链区L链——VL、CL3132结合抗原遗传标记结合补体通过胎盘（IgG）结合FcR33343536（三）免疫球蛋白的水解片断1、水解作IgIg木瓜蛋白酶胃蛋白酶2Fab＋FcF(ab´)2+pFc´2、水解意义阐明Ig的结构和生物活性，指导生物制品的生产和临床应用37三、免疫球蛋白的异质性机体内免疫球蛋白的高度不均一性，称为免疫球蛋白的异质性。38（一）Ig分类1、类：根据同种系所有个体的Ig重链C区的抗原性分为五类IgM()、IgG()、IgA()、IgD()、IgE()392、亚类：同一类Ig内的aa序列及二硫键的数目和位置IgG—IgG1、IgG2、IgG3和IgG4；IgA—IgA1和IgA2。3、型：根据Ig轻链C区的抗原性分为链和链4、亚型：链有多种亚型。（轻链抗原决定簇在CL区，分κ和λ。1个Ig分子轻链只有一个型，不是κ型就是λ型。）4041（二）免疫球蛋白的抗原性•将Ig作为抗原在异种、同种异体或自身体内进行免疫，均能诱导机体发生免疫应答，产生相应的抗体，这些抗体可用血清学方法进行检测，因此称为Ig的血清型•1、同种型（isotype）•2、同种异型（allotype）•3、独特型（idiotype）42432、同种异型（allotype)同一种属中不同个体所产生的同一类型Ig,由于重链或轻链恒定区内一个或数个氨基酸（即遗传标志）不同而表现的抗原性差异同种异型可以为同一物种的某些个体所共有，但绝不会为同一物种的所有个体所共有。2、同种异型（allotype)同一种属中不同个体所产生的同一类型Ig,由于重链或轻链恒定区内一个或数个氨基酸（即遗传标志）不同而表现的抗原性差异同种异型可以为同一物种的某些个体所共有，但绝不会为同一物种的所有个体所共有。•443、独特型（idiotype)同一个体中不同B细胞克隆所产生的Ig可变区所具有的抗原特异性标志，由Ig超变区特有的氨基酸序列和构型所决定。可变区、抗原结合部位、独特型抗原决定簇是同一物质在不同情况下的不同名字。45四、五类免疫球蛋白的特点和功能46471、IgG•是血清Ig的重要成分，约占总量的75％。全身的IgG有40~50％分布于血清中，其余存在于组织中。•是唯一能通过胎盘的抗体，在新生儿抗感染过程中起重要作用。•临床使用的丙球主要为IgG，作为被动免疫，一般2－3周注射一次为宜•IgG具有三种免疫活性。(1)激活补体；（2）促进吞噬；（3）ADCC。因此，IgG具有抗菌，抗毒素，中和毒素及免疫调节作用。482、IgM•IgM是分子量最大的Ig。在种族进化和个体发育过程中，最早合成IgM。杀菌作用比IgG大100倍。单个分子与抗原结合后可有效激活补体。•临床诊断意义：胎儿或初生儿血液内出现IgM抗体，提示可能有子宫内感染的可能性；因IgM半衰期较短，若血清中出现IgM特异性抗体，表示有近期感染。同时也是人体天然血型抗体。•mIgM是B细胞最主要的BCR成分。49503、IgE正常人血清中含量极低，具亲细胞性。参与Ⅰ型变态反应4、IgAIgA占血清总含量的13%。血清型IgA以单体存在。分泌型IgA以二聚体形式存在。SIgA存在于唾液、泪液和乳、胃肠液、尿液、汗液、鼻、支气管分泌液。SIgA在黏膜局部抗感染、新生儿抗感染中发挥作用。同时可参与补体激活和Ⅲ型超敏反应。515、IgD•IgD含量最低，为单体，半衰期短。•IgD功能尚不清楚，与防止免疫耐受的发生有一定关系。52五、免疫球蛋白的生物学活性53（一）特异性结合抗原54（二）激活补体55（三）通过与细胞的FcR结合发挥生物效应•1、抗体的调理作用•2、ADCC•3、介导I型超敏反应•4、选择性传递56调理作用（opsonization)：抗体和补体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：IgG、IgM的Fc与吞噬细胞表面的FcγR、FcμR结合，促巨噬细胞活化，增强其吞噬能力。5758抗体依赖性细胞介导的细胞毒作用（AntibodyDependentCell-mediatedCytotoxicity,ADCC）是指当Ig与带有相应抗原的靶细胞结合后，其Fc段可与NK细胞、Mφ细胞、单核细胞的FcR结合,促使细胞毒颗粒的释放导致靶细胞的溶解。596061六、人工制备的抗体多克隆抗体(polyclonalantibody,PcAb)单克隆抗体(monoclonalantibody,McAb)基因工程抗体（geneengineeringantibody,GeAb）6263（一）多克隆抗体(PcAb)来源：免疫动物、恢复期患者血清或免疫接种人群血清。特点：来源广泛、制备容易、特异性差，易出现交叉反应（由不同克隆的B细胞针对不同抗原决定簇所产生）。应用：免疫学检测、被动免疫治疗和紧急预防64（二）单克隆抗体(McAb)一个B细胞针对一个抗原决定簇所产生的一种特异性抗体，称为单克隆抗体。特点：结构均一、纯度高、特异性强、少或无交叉反应、效价高、易大量制备。缺点：异源性65单克隆抗体的应用：1.诊断(检测)试剂：病原体、肿瘤标志物、细胞表面标志等2.治疗：A移植物受者使用T细胞的McAb，可预防急性排斥反应。B供体骨髓在体外经T细胞的McAb处理，可减轻或消除移植物抗宿主反应。CAIDS治疗D肿瘤介入治疗：细胞毒剂(药物)与抗肿瘤抗原的McAb结合后，利用McAb的导向作用，将细胞毒剂(药物)定位于肿瘤细胞，达到直接杀死肿瘤细胞的目的。3.研究：纯化抗原、分析和探查抗原结构、分析抗原决定簇分子的功能。66（三）基因工程抗体(GeAb)根据研究者的意图，采用基因工程方法，在基因水平，对免疫球蛋白基因进行切割、拼接或修饰后导入受体细胞进行表达，产生新型抗体。主要包括:嵌合抗体、人源化抗体、双特异性抗体、免疫毒素、小分子抗体等。67基因工程抗体种类基因工程人源化抗体生产示意图68鼠抗体可变区人抗体恒定区人－鼠嵌合抗体人抗体可变区人源化抗体与鼠单抗相比，免疫原性大大降低，利于在人体内应用简单地进行部分结构的替换并不能保证抗体具有好的亲和力6970免疫毒素CCCCSPDPSPDPRicinARicinA（α-FcγRI-RicinA）71小分子抗体：Fab片段和重组Fab、Fv和单链抗体（scFv）、双特异性抗体（diabody）、单域抗体、最小识别单位等72LLHHVLVHFdFvFabFab’FcF（ab’）2抗体分子的基本结构和各种分子片段73IL-2scFvIL-2免疫细胞因子(Immunocytokine)74可用抗体治疗的疾病移植排斥肿瘤自身免疫病心血管疾病感染性疾病过敏性疾病75商品名类型适应症靶点批准日期OKT3小鼠移植排斥CD3ξ链1986Simulect嵌合体移植排斥IL2受体1998Zenapax人源化移植排斥IL2受体1997Remicade嵌合体RA膜TNFα1998、1999Rituxan嵌合体淋巴瘤CD201997Herceptin人源化乳腺癌HER21998Reo-Pro嵌合体抗血小板GpIIb/IIIa1994Synagis人源化RSV感染RSV1998Panorex小鼠大肠癌17-1A1995Mylotarg人源化AMLCD332000CAMPATH人源化CLLCD522001已在欧美得到批准上市的治疗用抗体76抗体药物销售趋势图77目前我国抗体药物发展的瓶颈规模化动物细胞培养技术工程抗体高效表达系统78