細胞和分子免疫學研究生免疫球蛋白

1、關于細胞與分子免疫學研究生免疫球蛋白第一張，PPT共四十二頁，創(chuàng)作于2022年6月 概述1、免疫球蛋白(immunoglobulin, Ig)：1968和1972年WHO和國際免疫學會決定，將具有抗體活性或化學結構與抗體相似的球蛋白稱為免疫球蛋白。 2、抗體(antibody, Ab)： B淋巴細胞在有效的抗原刺激下分化為漿細胞，產(chǎn)生具有與相應抗原發(fā)生特異性結合的免疫球蛋白，這類免疫球蛋白稱為抗體。3、 Ig與Ab的區(qū)別和聯(lián)系： Ig是化學結構上的概念； Ab是生物學功能上的概念；所有的Ab都屬于 Ig；并非所有的Ig 都具有Ab 的活性。第二張，PPT共四十二頁，創(chuàng)作于2022年6月 免疫球

2、蛋白的基本結構1、Ig的組成：由4條肽鏈通過鏈間S-S雙硫鍵連接而成，其中兩條分子量較大的鏈稱重鏈（Heavy chain，H鏈），兩條分子量較小鏈的稱輕鏈（Light chain，L鏈）。 2、H鏈：據(jù)氨基酸（aa）組成及序列的差異（抗原性）將H鏈分為5類， 、 、 、 、 鏈；其分別對應于，IgA、IgD、IgE、IgG、IgM五類Ig。 第一節(jié) 免疫球蛋白的結構和功能第三張，PPT共四十二頁，創(chuàng)作于2022年6月 CH1VLCLVHCH2 CH3Hinge RegionCarbohydrateDisulfide bondImmunoglobulin Structure第四張，PPT共四十

3、二頁，創(chuàng)作于2022年6月3、L鏈：據(jù)aa組成及序列的差異將L鏈分為2型，、型， ：為2：1（人）。天然Ig單體中，兩條重鏈是同類的，兩條輕鏈是同型的。4、Ig的分區(qū)：（1）可變區(qū)：在Ig近N端L鏈的1/2和H鏈的1/4（ 、 ）或1/5（ 、 ）范圍內(nèi)，因aa組成及序列變化較大，故稱可變區(qū)（Variable region，V區(qū)）。 （2）恒定區(qū)：在Ig近C端L鏈的1/2和H鏈的3/4（ 、 ）或4/5（ 、 ）范圍內(nèi)，因aa組成及序列變化相對穩(wěn)定故稱恒定區(qū)（Constant region，C區(qū)）。 第五張，PPT共四十二頁，創(chuàng)作于2022年6月 CH1VLCLVHCH2 CH3Hinge R

4、egionCarbohydrateDisulfide bondImmunoglobulin Structure第六張，PPT共四十二頁，創(chuàng)作于2022年6月5、Ig的結構域又稱功能區(qū)(Domain)：（1）VH、VL：超變區(qū)（HVR1、2 、 3）、互補性決定區(qū)（CDR1、CDR2、CDR3），又稱Ig獨特型決定簇（Idiotype）;第七張，PPT共四十二頁，創(chuàng)作于2022年6月（2）CH1、CL：是各類、亞類、型、亞型Ig遺傳標記 所在部位;（3）IgG的CH2：補體C1q的結合位點； IgG 借助 CH2通過胎盤，發(fā)揮被動免疫作用；（4）CH3： IgG的CH3與中性粒、巨噬細胞表面表達

5、的 FcR結合，完成免疫調(diào)理作用；與NK細胞 表面表達的FcRIII結合，完成ADCC作用；（5） IgE的CH4： IgE的CH4與肥大和嗜堿性粒細胞表 面表達的FcR結合，完成I型超敏反 應；（6）絞鏈區(qū)（Hinge region）：T Y第八張，PPT共四十二頁，創(chuàng)作于2022年6月 CH1VLCLVHCH2 CH3Hinge RegionCarbohydrateDisulfide bondImmunoglobulin Structure第九張，PPT共四十二頁，創(chuàng)作于2022年6月Fab（Fragment of antigen-binding）Ag bindingValence = 1

6、Specificity determined by VH and VLPapainFcFabFc（Crystalizable fragment）Effector functions6、Ig的水解片段 (木瓜蛋白酶)第十張，PPT共四十二頁，創(chuàng)作于2022年6月F(ab)2Ag bindingValence =2pFcNo effector functionsPepsinpFc PeptidesF(ab)26、Ig的水解片段 (胃蛋白酶)第十一張，PPT共四十二頁，創(chuàng)作于2022年6月第十二張，PPT共四十二頁，創(chuàng)作于2022年6月7、Ig的其他成分（1）J鏈 ：（joining chain）由

7、漿細胞合成，功能是將 單體Ig分子連接為多聚體。如2個IgA單體形 成二聚體；5個IgM單體是形成五聚體。第十三張，PPT共四十二頁，創(chuàng)作于2022年6月7、Ig的其他成分（2）分泌片 ：（secretory piece, SP）由黏膜上皮細胞 合成和分泌，功能是保護分泌型IgA或 的 IgM鉸鏈區(qū)免受蛋白酶的降解。第十四張，PPT共四十二頁，創(chuàng)作于2022年6月 五類Ig的特點第十五張，PPT共四十二頁，創(chuàng)作于2022年6月 Ig的生物學活性1、特異性結合抗原2、激活補體3、與細胞Fc受體結合發(fā)揮生物效應（1）免疫調(diào)理作用（2）ADCC（3）介導I型超敏反應（4）人IgG的Fc段與SPA結合

8、4、選擇性傳遞第十六張，PPT共四十二頁，創(chuàng)作于2022年6月第十七張，PPT共四十二頁，創(chuàng)作于2022年6月Ab的生物學活性第十八張，PPT共四十二頁，創(chuàng)作于2022年6月 第二節(jié) 免疫球蛋白編碼基因和抗體的多樣性 概述 人類B淋巴細胞存在三個編碼Ig的基因庫，即重鏈H基因庫及輕鏈、 基因庫，它們分別位于第14、2及22號染色體上。 第十九張，PPT共四十二頁，創(chuàng)作于2022年6月一、胚系B細胞中Ig輕鏈基因的結構 由3個基因所編碼：V基因、J基因編碼可變區(qū)；C基因編碼恒定區(qū)，即V-J-C。第二十張，PPT共四十二頁，創(chuàng)作于2022年6月（一） 鏈基因結構1、 V：V基因節(jié)段有90個，呈簇狀

9、串聯(lián)排列（V1Vn，n=90），其中含30個假基因（指無功能性表達或只表達無功能產(chǎn)物的缺陷基因，但它可通過突變、置換及重排形成新的功能性基因，為可變區(qū)的多樣性提供后備基因）。V編碼V區(qū)110aa中的196aa； 第二十一張，PPT共四十二頁，創(chuàng)作于2022年6月2、L序列：每個V前都有一個L序列（Leader），編碼產(chǎn)物為前導肽，對輕鏈蛋白合成至關重要；3、J：位于V下游，也呈串聯(lián)排列，含5個基因節(jié)段，編碼V區(qū)110aa中的97110aa；4、C ：只含單個外顯子，編碼C區(qū)蛋白。 第二十二張，PPT共四十二頁，創(chuàng)作于2022年6月（二） 鏈基因結構1、V：V基因節(jié)段有60個，呈簇狀串聯(lián)排列（V

10、 1Vn，n=60），其中含30個假基因 ；2、L序列：每個V前都有一個L序列（Leader），編碼產(chǎn)物為前導肽，對輕鏈蛋白合成至關重要；第二十三張，PPT共四十二頁，創(chuàng)作于2022年6月3、J1C1，J2C2J7C7：C1C7代表各個亞型鏈的基因節(jié)段，其中含4個功能基因節(jié)段和3個假基因。第二十四張，PPT共四十二頁，創(chuàng)作于2022年6月二、胚系B細胞中Ig重鏈基因的結構 由四個基因所編碼：V基因、D基因、J基因編碼可變區(qū)；C基因編碼恒定區(qū)，即V-D-J-C。 第二十五張，PPT共四十二頁，創(chuàng)作于2022年6月（一）重鏈V區(qū)基因 1、VH：VH基因節(jié)段有95個，成簇狀串聯(lián)排列（VH1VHn，n

11、=95），其中含45個假基因。每個VH前都有一個L序列（Leader），其作用是在合成重鏈時將重鏈固定在粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上。LnVHn編碼疏水前導肽和CDR1及CDR2；CDH(1-23)第二十六張，PPT共四十二頁，創(chuàng)作于2022年6月2、DH，JH：DH有23個節(jié)段，成簇狀串聯(lián)排列；JH有9個節(jié)段，其中6個功能基因和3個偽基因。DHJH編碼CDR3，JH編碼可變區(qū)的骨架部分（Framework region）。 CDH(1-23)第二十七張，PPT共四十二頁，創(chuàng)作于2022年6月（二）重鏈C區(qū)基因 1、CH：CH基因節(jié)段在染色體上的排列順序與其編碼的Ig在體內(nèi)成熟的順序相似，分別是CC C3C

12、1C1C2C4CC2。除C 以外，其他CH基因節(jié)段都有一個轉(zhuǎn)換區(qū)（Switch region，S區(qū)），其作用是控制Ig類型轉(zhuǎn)換；CDH(1-23)第二十八張，PPT共四十二頁，創(chuàng)作于2022年6月2、控制膜結合或分泌型Ig的基因：每個CH基因節(jié)段后分別排列著S和M兩基因，S即分泌型，M即膜結合型，如CSM、C S M 。 CDH(1-23)第二十九張，PPT共四十二頁，創(chuàng)作于2022年6月三、B細胞分化過程中的基因重排 1、基因重排定義：在B細胞分化和發(fā)育過程中，一部分基因節(jié)段互相接近、重新排列，形成功能性的免疫球蛋白基因單位，此過程稱基因重排（Gene Rearrangement）。功能性的

13、免疫球蛋白基因單位進行轉(zhuǎn)錄，經(jīng)轉(zhuǎn)錄后的加工，再表達為免疫球蛋白。 第三十張，PPT共四十二頁，創(chuàng)作于2022年6月2、可變區(qū)的基因重排：（1）重鏈可變區(qū)的基因重排：選擇一個DH與一個JH節(jié)段連接（DHJH），再選擇一個VH與DHJH相連，一旦VHDHJH重排成功且得到功能性表達，其產(chǎn)物就會抑制另一條染色體上等位基因重排，此現(xiàn)象稱為等位基因排除。其產(chǎn)物同時啟動輕鏈可變區(qū)的基因重排； CDH(1-23)第三十一張，PPT共四十二頁，創(chuàng)作于2022年6月（2）輕鏈可變區(qū)的基因重排：鏈基因優(yōu)于鏈基因重排。選擇一個V與一個J節(jié)段連接VJ，其產(chǎn)物就會發(fā)生等位基因排除，同時也會抑制鏈基因重排，稱為同型排除。

14、當兩條染色體上的鏈基因重排都失敗時，才會啟動鏈基因重排。兩條染色體上的VH基因都是無產(chǎn)物重排，或基因和基因都是無產(chǎn)物重排，細胞凋亡（Apoptosis）。 第三十二張，PPT共四十二頁，創(chuàng)作于2022年6月（3） 可變區(qū)的基因重排1223規(guī)律和重組酶的作用：可變區(qū)的基因重排受基因節(jié)段側面的重組信號序列（RSS）控制，遵循1223規(guī)律且與DNA損傷修復系統(tǒng)有關。 第三十三張，PPT共四十二頁，創(chuàng)作于2022年6月（4）重鏈類型轉(zhuǎn)換：每個CH（C除外）前都含一個S區(qū)（短的串聯(lián)重復序列），S區(qū)與重鏈類型轉(zhuǎn)換有關。在B細胞分化過程中，V-D-J的重排及其與C的連接是不依賴抗原刺激，重排的V-D-J與C

15、和C連接，經(jīng)轉(zhuǎn)錄加工，此時在B細胞表面表達mIgM和/或mIgD。成熟的B細胞在抗原刺激下， B細胞在分泌IgM和/或IgD的同時，V-D-J從與C基因連接轉(zhuǎn)換到與C或C或C的連接，完成了類型轉(zhuǎn)換。CDH(1-23)第三十四張，PPT共四十二頁，創(chuàng)作于2022年6月2、Ig的多樣性：（1） 組合性連接：重鏈的V-D-J連接（95個V基因、23個D基因，9個J基因）；輕鏈的V-J-C（90個V基因、5個J基因、一個C基因；60個V基因、7個J基因和C基因）；（2） 接合多樣性：發(fā)生在D-J、V-D-J、V-J連接時，1密碼子錯位；2框架（ORF）移位；3N-序列插入；（3） 體細胞突變：體細胞突

16、變也可以產(chǎn)生Ig的多樣性。 第三十五張，PPT共四十二頁，創(chuàng)作于2022年6月3、重排過程第三十六張，PPT共四十二頁，創(chuàng)作于2022年6月 第三節(jié) 基因工程抗體（Genetic Engineering Antibody） 概述 單克隆抗體(McAb)在臨床疾病診斷和治療中已發(fā)揮了很大的作用，但以下幾點限制了抗體的導向治療：（1）鼠源性McAb在人體內(nèi)易誘導免疫應答；（2）人的McAb制備甚為困難。 第三十七張，PPT共四十二頁，創(chuàng)作于2022年6月一、嵌合抗體（Chimeric Antibody） 原理：保留鼠Ig可變區(qū)部分，將其恒定區(qū)用人Ig取代。方法：PCR克隆鼠可變區(qū)基因和人恒定區(qū)基因

17、，將兩 基因連接，并插入原核或真核表達載體中，并 導入大腸桿菌或轉(zhuǎn)染真核細胞，就可表達出嵌 合抗體分子。優(yōu)點：親和力保持良好。缺點：含鼠Ig可變區(qū)的異源性，仍易誘導人免疫應答。 第三十八張，PPT共四十二頁，創(chuàng)作于2022年6月 原理：僅保留鼠Ig可變區(qū)CDR部分，將Ig其它區(qū)域都 用人Ig取代。方法：CDR序列的獲得通常采用PCR技術。 優(yōu)點：大大降低了鼠抗體的免疫原性。缺點：親和力不佳。二、CDR移植抗體（CDR Grafting Antibody）又稱重構抗體或改形抗體（Reshaped Antibody）第三十九張，PPT共四十二頁，創(chuàng)作于2022年6月 原理：將鼠Ig Fv中的VH和VL兩肽鏈用不同的連接物 連接成一條多肽鏈，稱為單鏈抗體（ScFv）； 將兩個相同或不同特異性的ScFv連接在一個分 子上，就獲得了雙價ScFv。 方法：DNA重組技術；共價或非共價交連。 優(yōu)點：親和力保持良好，可針對2個不同的抗原表位。缺點：容易解離或被組織酶解。三、單鏈抗體（ScFv）和雙價ScFv第四十張，PPT共四十二頁，創(chuàng)作于2022年6月 原理：將鼠