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1、会计学1免疫学免疫学Ig及其编码基因及其编码基因抗体的概念抗体的概念抗体的概念抗体的概念 抗体的结构抗体的结构抗体的结构抗体的结构抗体异质性抗体异质性抗体异质性抗体异质性抗体生物学特性抗体生物学特性抗体生物学特性抗体生物学特性抗体的编码基因抗体的编码基因抗体的编码基因抗体的编码基因抗体胚系基因的重排及机制抗体胚系基因的重排及机制抗体胚系基因的重排及机制抗体胚系基因的重排及机制抗体的多样性及其机制抗体的多样性及其机制抗体的多样性及其机制抗体的多样性及其机制抗体的制备抗体的制备抗体的制备抗体的制备Immunoglobulin and its genesImmunoglobulin and its
2、genes第1页/共69页一、抗体的基本概念一、抗体的基本概念一、抗体的基本概念一、抗体的基本概念 抗抗原原刺刺激激B细细胞胞产产生生的的一一类类可可与与相相应应抗抗原原特特异异性性结结合合并并产产生生各各种种免免疫疫效效应应的的糖糖化化球球蛋蛋白白，亦亦称称免免疫疫球球蛋蛋白白(Immunoglobulin)第2页/共69页二、抗体的结构二、抗体的结构二、抗体的结构二、抗体的结构 1、基本结构、基本结构2、辅助结构、辅助结构3、结构域、结构域(Domain)第3页/共69页 1、基本结构、基本结构1）四肽链通过链间二硫键组成）四肽链通过链间二硫键组成H2L2重链：重链：450aa,Mr.5X
3、104,五类五类(a a、g g、m m、d d、e e)轻链：轻链：4,两型两型(、)2）分三个功能区：）分三个功能区：可变区可变区(Variable region,VH/VL,Fv)：结合抗原：结合抗原 恒定区恒定区(Constant region,CH/CL)：次级反应、抗原：次级反应、抗原性性 绞链区绞链区(Hinge region)CH1-CH2间间,30aa,2-5链间二硫链间二硫键键3）蛋白酶可酶解）蛋白酶可酶解木瓜蛋白酶木瓜蛋白酶(papain)：Fab、Fc 胃蛋白酶胃蛋白酶(pepsin)：F(ab)2 2XFab、pFc第4页/共69页第5页/共69页第6页/共69页 1
4、、基本结构、基本结构1）四肽链通过链间二硫键组成）四肽链通过链间二硫键组成H2L2重链：重链：450aa,Mr.5X104,五类五类(a a、g g、m m、d d、e e)轻链：轻链：4,两型两型(、)2）分三个功能区：）分三个功能区：可变区可变区(Variable region,VH/VL,Fv)：结合抗原：结合抗原 恒定区恒定区(Constant region,CH/CL)：次级反应、抗原：次级反应、抗原性性 绞链区绞链区(Hinge region)CH1-CH2间间,30aa,2-5链间二硫链间二硫键键3）蛋白酶可酶解）蛋白酶可酶解木瓜蛋白酶木瓜蛋白酶(papain)：Fab、Fc 胃
5、蛋白酶胃蛋白酶(pepsin)：F(ab)2 2XFab、pFc第7页/共69页第8页/共69页 1、基本结构、基本结构1）四肽链通过链间二硫键组成）四肽链通过链间二硫键组成H2L2重链：重链：450aa,Mr.5X104,五类五类(a a、g g、m m、d d、e e)轻链：轻链：4,两型两型(、)2）分三个功能区：）分三个功能区：可变区可变区(Variable region,VH/VL,Fv)：结合抗原：结合抗原 恒定区恒定区(Constant region,CH/CL)：次级反应、抗原：次级反应、抗原性性 绞链区绞链区(Hinge region)CH1-CH2间间,30aa,2-5链间
6、二硫链间二硫键键3）蛋白酶可酶解）蛋白酶可酶解木瓜蛋白酶木瓜蛋白酶(papain)：Fab、Fc 胃蛋白酶胃蛋白酶(pepsin)：F(ab)2 2XFab、pFc第9页/共69页第10页/共69页2、辅助结构、辅助结构1）J链链(Joining chain)：20KD、10%糖、糖、Cys、二硫键连接、二硫键连接IgH2）分泌片）分泌片(Secretory piece,SP)：70KD、6糖、上皮细胞合成糖、上皮细胞合成第11页/共69页第12页/共69页第13页/共69页 3、结构域、结构域(Domain)1）Ig分子中由链内二硫键构成的致密立体球体分子中由链内二硫键构成的致密立体球体(V
7、/C/H)2）b b-strain、b b-sheet、b b-barrel、immunoglobulin fold 3）CDRs(Hypervariable regions)、FRs(Framework regions)第14页/共69页第15页/共69页第16页/共69页第17页/共69页第18页/共69页三、抗体的异质性三、抗体的异质性三、抗体的异质性三、抗体的异质性抗体的特异性和类型的不同，称为异质性抗体的特异性和类型的不同，称为异质性heterogeneity）不同抗原表位刺激机体所产生的免疫球蛋白分子不同抗原表位刺激机体所产生的免疫球蛋白分子重链类重链类别和轻链型别不同别和轻链型别
8、不同不同抗原表位刺激机体所产生的免疫球蛋白分子不同抗原表位刺激机体所产生的免疫球蛋白分子识别抗识别抗原的特异性不同原的特异性不同不同抗原表位诱导的同一类型的免疫球蛋白不同抗原表位诱导的同一类型的免疫球蛋白（IgG），），其识别抗原的特异性不同其识别抗原的特异性不同 第19页/共69页三、抗体的异质性三、抗体的异质性三、抗体的异质性三、抗体的异质性内源性因素内源性因素外源性因素外源性因素第20页/共69页三、抗体的异质性三、抗体的异质性三、抗体的异质性三、抗体的异质性1、类型：、类型：类类(Class):重链重链C区抗原性区抗原性,IgG、IgA、IgM、IgD、IgE亚类亚类(Subclass
9、):重链抗原性重链抗原性/二硫键数目位置二硫键数目位置,IgG1-4 型型(Type):轻链轻链C区抗原性区抗原性,、亚型亚型(Subtype):轻链轻链C区区aa差异排列差异排列,1 14 4第21页/共69页三、抗体的异质性三、抗体的异质性三、抗体的异质性三、抗体的异质性内源性因素内源性因素第22页/共69页 血清型：血清型：同种型同种型(Isotype)：C区决定，非遗传标志。类、亚类、型和亚区决定，非遗传标志。类、亚类、型和亚型型同种异型同种异型(Allotype)：个体等位基因，遗传标志个体等位基因，遗传标志:Gm 独特型独特型(Idiotype,Id)：IdiotopeAnti-I
10、d第23页/共69页第24页/共69页第25页/共69页三、抗体的异质性三、抗体的异质性三、抗体的异质性三、抗体的异质性外源性因素外源性因素含多种不同抗原表位的抗原刺激机体免疫系统，含多种不同抗原表位的抗原刺激机体免疫系统，导致免疫细胞的活化，产生多种不同特异性的抗体。导致免疫细胞的活化，产生多种不同特异性的抗体。多样性抗原的存在是导致免疫球蛋白异质性的外源因素，多样性抗原的存在是导致免疫球蛋白异质性的外源因素，是免疫球蛋白异质性的物质基础。是免疫球蛋白异质性的物质基础。抗抗体体的的这这种种异异质质性性，反反映映出出机机体体对对抗抗原原精精细细结结构构的的识识别别和应答。和应答。第26页/共6
11、9页第27页/共69页四、抗体的主要特性及生物学功能四、抗体的主要特性及生物学功能四、抗体的主要特性及生物学功能四、抗体的主要特性及生物学功能1、主要功能：、主要功能：1）与相应抗原特异性结合：）与相应抗原特异性结合：Fv2）激活补体：）激活补体：3）结合）结合FcR：促吞噬：促吞噬(opsonization)介导过敏介导过敏介导细胞毒介导细胞毒(ADCC)4）穿过胎盘和粘膜）穿过胎盘和粘膜5）调节免疫功能）调节免疫功能第28页/共69页第29页/共69页第30页/共69页第31页/共69页2、各类抗体的特性与功能、各类抗体的特性与功能1）IgG：4个亚类个亚类分布广分布广血清含量最高血清含量
12、最高寿命长寿命长能通过胎盘能通过胎盘第32页/共69页第33页/共69页第34页/共69页2、各类抗体的特性与功能、各类抗体的特性与功能2）IgM：5单体单体J链连接链连接最大最大最早最早 寿命短、可诊断宫内及近期感染。寿命短、可诊断宫内及近期感染。SmIg:BCR，C多多41aa(25aa疏水，末端疏水，末端3aa亲水亲水)第35页/共69页第36页/共69页3）IgA：单：单：血清血清双：双：外分泌液，外分泌液，SIgA(J和和SP)第37页/共69页第38页/共69页第39页/共69页2、各类抗体的特性与功能、各类抗体的特性与功能4）IgD：含量低含量低绞链区长不稳定绞链区长不稳定与超敏
13、反应与超敏反应/自身免疫病有关自身免疫病有关SmIgD 为为BCR成分，成分，B细胞成熟细胞成熟标志标志第40页/共69页第41页/共69页未成熟未成熟B细胞细胞 成熟成熟B细胞细胞 活化或记忆活化或记忆B细胞细胞mIgM mIgD 第42页/共69页2、各类抗体的特性与功能、各类抗体的特性与功能5）IgE；含量少含量少寿命短寿命短热敏感热敏感亲细胞亲细胞进化最晚进化最晚含量最低含量最低与超敏反应与超敏反应/寄生虫免疫有关寄生虫免疫有关第43页/共69页第44页/共69页 五、抗体的编码基因五、抗体的编码基因五、抗体的编码基因五、抗体的编码基因抗体的胚系基因（抗体的胚系基因（germline
14、genesgermline genes）重链：重链：V V基因片段（基因片段（variable segmentvariable segment）D D基因片段（基因片段（diversity segmentdiversity segment）J J基因片段（基因片段（joining segmentjoining segment）CC基因片段基因片段(constant segment)(constant segment)轻链：轻链：V V基因片段（基因片段（variable segmentvariable segment）J J基因片段（基因片段（joining segmentjoining se
15、gment）CC基因片段基因片段(constant segment)(constant segment)第45页/共69页 抗体编码基因的染色体定位抗体编码基因的染色体定位 肽链肽链 所在染色体所在染色体 基因片段及排列基因片段及排列 人人 小鼠小鼠 22q11.2 16 Vn(JC)n 2 p11-12 6C2 VnJnC H H 14q32.3 12F1 VnDnJnCn 第46页/共69页第47页/共69页 六、抗体胚系基因的重排及机制六、抗体胚系基因的重排及机制六、抗体胚系基因的重排及机制六、抗体胚系基因的重排及机制抗抗体体的的重重链链胚胚系系基基因因的的重重排排抗抗体体的的轻轻链链胚
16、胚系系基基因因的的重重排排抗体胚系基因重排的机制抗体胚系基因重排的机制第48页/共69页免疫球蛋白胚系基因状态下的免疫球蛋白胚系基因状态下的V V、（、（D D）、）、J J基因片段基因片段成簇存在，要编码完整的功能性的成簇存在，要编码完整的功能性的IgIg多肽链必须在这多肽链必须在这些成簇存在的基因簇中选择某些基因片段进行重新组些成簇存在的基因簇中选择某些基因片段进行重新组合，这一过程之。合，这一过程之。在V、D、J、C基因群中各选择一个基因片段，组成单个Ig的编码基因，进而转录和翻译，产生功能性Ig基因重排（基因重排（gene rearrangementgene rearrangement
17、）第49页/共69页第50页/共69页第51页/共69页第52页/共69页第53页/共69页第54页/共69页 七、抗体的多样性及其机制七、抗体的多样性及其机制七、抗体的多样性及其机制七、抗体的多样性及其机制（一）结构的多样性（一）结构的多样性 （二）功能的多样性（二）功能的多样性第55页/共69页抗体多样性的产生机制抗体多样性的产生机制抗体多样性的产生机制抗体多样性的产生机制组合多样性组合多样性(combinatorial joining)(combinatorial joining)连接多样性连接多样性(junctional flexibility)(junctional flexibil
18、ity)体细胞高频突变体细胞高频突变(somatic hypermutation)(somatic hypermutation)第56页/共69页第57页/共69页第58页/共69页第59页/共69页第60页/共69页人人Ig多样性产生的机制多样性产生的机制多样性机制多样性机制 H H 多胚系基因数（功能性）多胚系基因数（功能性）V V 65 65 30 30 40 40 D D 27 27 0 0 0 0 J J 6 6 4 45 5组合多样性组合多样性 1.1X101.1X104 4 1.2X10 1.2X102 2 2X10 2X102 2总计总计 11000X(120+200)=3X1
19、011000X(120+200)=3X106 6连接多样性连接多样性 共共100100 核苷酸插入核苷酸插入 300300 /体细胞突变体细胞突变 +第61页/共69页 IgIg多样性数目多样性数目Ig的的V区基因组合数区基因组合数3.4 106连接多样性连接多样性 100核苷酸插入多样性核苷酸插入多样性 300Ig的多样性总计约的多样性总计约 1010 1011 第62页/共69页 八、抗体的制备八、抗体的制备八、抗体的制备八、抗体的制备1、多克隆抗体（、多克隆抗体（polyclonal antibody，PcAb）2、单克隆抗体（、单克隆抗体（monoclonal antibody，McAb）3、基因工程抗体（、基因工程抗体（engineering antibody）第63页/共69页抗血清（多克隆抗体）的制备抗血清（多克隆抗体）的制备第64页/共69页第65页/共69页第66页/共69页Humanization（Chimeric/Reshaped Antibody)第67页/共69页思考题思考题1.以HBsAg分别免疫小鼠和兔，均获得了特异性的IgM和IgG类anti-HBs，请分析这些抗体结构和功能的异同点。2.以杂交瘤技术制备鼠单克隆抗体技术上已十分成熟和稳定，工作机理也很简单，但迄今以该技术制备人单克隆抗体仍很困难。请分析可能的原因及解决路径。第68页/共69页