2免疫球蛋白與抗體

2免疫球蛋白與抗體前言上次課我們介紹了免疫學(xué)

檢驗的緒論，了解了免疫學(xué)的發(fā)展，免疫學(xué)檢驗的工作探討方面，更

是知道了什么是免疫、免疫功能有哪些，也介紹了免疫學(xué)基本理論中

的一個重要物質(zhì)：

抗原。

對抗原的兩個特性及確定兩個特性的因素進(jìn)行了詳細(xì)的相識，也

知道了醫(yī)學(xué)上有哪些種類的抗原。

那么這次課，我們就來介紹一下與抗原相對應(yīng)的，在消退抗原中

起到重要作用的物質(zhì)：

免疫球蛋白(抗體)其次章免疫球蛋白與抗體抗體

(Antibody,Ab)：

是指能和相應(yīng)抗原特異性結(jié)合的具有免疫功能的球蛋白。

抗體主要存在血液中，也可以存在組織液和外分泌液中，1937

年Tiselius用電泳的方法將血清蛋白分成白蛋白、1、2、、

及球蛋白等組分，其后證明抗體活性是在球蛋白部分，因此，很

長一段時間內(nèi)，抗體就稱為球蛋白(丙種球蛋白)。

事實(shí)上，抗體的活性除球蛋白外，還存在和球蛋白處,

免疫球蛋白(Immunoglobulin,Ig):是指具有抗體活性的

或化學(xué)結(jié)構(gòu)與抗體相像球蛋白。

包括抗體球蛋白和多發(fā)性骨髓瘤患者血清中出現(xiàn)的尚未證明有

抗體活性的異樣球蛋白。

抗體和免疫球蛋白的關(guān)系：

抗體是免疫球蛋白，并非全部的免疫球蛋白都具有抗體活性。

第一節(jié)免疫球蛋白的結(jié)構(gòu)和功能一、免疫球蛋白基

本結(jié)構(gòu)由二硫鍵連接四條肽鏈形成的1g單體分子。

(一)重鏈和輕鏈1、重鏈(heavychain)：

兩條相同的長鏈稱為重鏈，簡稱H鏈。

H鏈約由450550氨基酸組成，分子量約為5075KDo

Ig重鏈恒定區(qū)氨基酸的排列依次不同，抗原性就不同，可將血

清中的Ig分成五大類：

TgG>IgA、IgM、IgD.IgE,TgG的H鏈為鏈(gamma),IgA

的H鏈為鏈(alpha),IgM的H鏈為鏈(mu),TgD的H鏈

為鏈(delta),IgE的11鏈為鏈(epsilon)2、輕鏈(light

chain)：

兩條相同的短鏈稱為輕鏈，簡稱L鏈，L鏈約由214個氨基

酸組成，分子量約為25KD,依據(jù)L鏈抗原性不同，L鏈可分為兩

型，即(kappa)型和(lambda)型。

同一自然的Ig分子上兩條H鏈?zhǔn)峭?，兩條輕鏈?zhǔn)峭?

五類Ig中，每一類Ig都可以有鏈或鏈，可以把Ig分成五類十

型。

(二)可變區(qū)和恒定區(qū)1、可變區(qū)(variableregicn,V

區(qū))，V區(qū)位于L鏈靠近N端的1/2和H鏈靠近N端的1/4o

重鏈和輕鏈的V區(qū)分別稱為VH和VL,這個區(qū)段的氨基酸

的組成和排列依次是隨抗體結(jié)合抗原的特異性不同有很大的變更。

V區(qū)中，某些位置的氨基酸的組成和排列依次變更頻率更高,

這些區(qū)域稱為高變區(qū)(hypervariableregion,HVR)。

VH和VL的三個高變區(qū)共同組成Ig的抗原結(jié)合部位，該部

位形成一個與抗原確定簇互補(bǔ)的表面，故高變區(qū)乂稱為確定簇互補(bǔ)區(qū)

(complementarity-diterminingregion,CDR)，分別稱為CDR1

CDR2、CDR3o

V區(qū)中，高變區(qū)以外的區(qū)域，氨基酸的組成和排列相對穩(wěn)定，

稱為骨架區(qū)(frameworkregion,FR)。

骨架區(qū)不與抗原干脆結(jié)合，但能維持高變區(qū)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

VH和VL個有四個骨架區(qū)，分別稱FR1、FR2、FR3、

FR4o

2、恒定區(qū)(constantregion,C區(qū))C區(qū)位于L鏈

靠近C端的1/2和H鏈靠近C端的3/4區(qū)域,這一區(qū)段的氨

基酸組成和排列依次比較穩(wěn)定。

重鏈和輕鏈的C區(qū)分別稱CH和CL,例如：

人抗白喉外毒素的抗體(IgG)和人抗破傷風(fēng)的抗體(IgG),它

們的V區(qū)不同，只能與相應(yīng)的抗原發(fā)生特異性結(jié)合，但其C區(qū)是相

同。

(三)、錢鏈區(qū)(hingeregion)位于CH1和CH2

之間，含有大量的脯氨酸，柔韌富有彈性，易伸展彎曲可自由綻開180

度。

這種抗體分子的變構(gòu)可使V區(qū)合攏或分開，以適合與抗原分子

上不同部位的抗原確定簇結(jié)合。

當(dāng)抗原和抗體分子結(jié)合后，抗體分子CH2區(qū)的補(bǔ)體結(jié)合點(diǎn)暴露,

為補(bǔ)體活化創(chuàng)建條件。

錢鏈區(qū)對木瓜蛋白酶、胃蛋白酶敏感，易被這些酶水解。

IgM和IgE無錢鏈區(qū)。

二、免疫球蛋白的功能區(qū)Ig分子的H鏈和L鏈可

通過鏈內(nèi)二硫鍵折疊成若干個球形結(jié)構(gòu)，每一個球形結(jié)構(gòu)由110個

氨基酸組成，具有肯定的生理功能，稱為功能區(qū)。

L鏈功能區(qū)：

VL、CLH鏈功能區(qū)：

VII、CHI、CII2、CH3(IgG、IgA>IgD)IgM和

IgE的重鏈有五個功能區(qū)，比IgG多一個功能區(qū)，CI14o

功能區(qū)的作用：

1、VH和VL共同構(gòu)成抗原結(jié)合的部位2、CL

和CH1為同種異型遺傳標(biāo)記所在3、IgG的CH2和IgM

的CH3是補(bǔ)體結(jié)合點(diǎn)所在的部位，參加活化補(bǔ)體。

TgG通過胎盤和CH2有關(guān)。

4、IgG的CH3及IgE的CII2和CH3區(qū)能與組

織細(xì)胞表面的Fc受體結(jié)合。

三、免疫球蛋白的其它成分1.連接鏈除了H鏈和L

鏈外，多聚體形式的Ig分子如IgA和IgM尚含1分子連接鏈

(joiningchain,J鏈)；但單體IgA或IgM單體均無J鏈。

J鏈在連接單體形成多聚體Ig分子中并非必要，但可能與保持

己形成的多聚體的穩(wěn)定性有關(guān)。

人類J鏈的分子量約15kD,與其他物種的J鏈有高度同源性。

J鏈基因并不是1g基因簇的一部分，它定位于15號染色體。

J鏈有僅產(chǎn)生于合成IgA和IgM的漿細(xì)胞，而且也產(chǎn)生于合成

IgG的未成熟漿細(xì)胞，但它并不與IgG分子結(jié)合。

2.分泌片在分泌型IgA分子中還含有1個分泌成分

(secretorycomponent,SC),或稱分泌片(secretorypiece,SP),是

上皮細(xì)胞上的多免疫球蛋白受體(polyimmunoglobulinreccptor,

polyTgR)的一部分，Poly-TgR為免疫球蛋白超族)Tgsuper-family)

的一個成員。

此受體由上皮細(xì)胞產(chǎn)生后，與多聚體IgA堅固結(jié)合；

IgA-poly-IgR復(fù)合物由上皮細(xì)胞內(nèi)輸出的過程中，受體分子被蛋白

酶裂解，仍附著于Ig的剩余部分即為分泌片。

游離分泌片的分子量為80Kd,借二硫鍵與SigA共價結(jié)合。

分泌片的功能是愛護(hù)SigA分子不被分泌液片內(nèi)的蛋白酶降解，

從而使SigA在粘膜表面保持穩(wěn)定和有利于其發(fā)揮生物活性

四、免疫球蛋白的酶解片段Ig分子可被很多蛋白酶水解，產(chǎn)生

不同的片段；免疫學(xué)探討中常用的酶是蛋白酶(papain)和胃蛋白酶

(pepsin)o

木瓜蛋白酶在生理pH下將IgG分子從H鏈二硫鍵N端219

位置上斷裂，生成兩個相同的Fab片段和一個Fc片段（圖2-3）o

Fab段即抗原結(jié)合片段（antigenbindingfragment）,含1條完

整的L鏈和H鏈的一部分（Fd）段，分子量為45kD；Fab段仍具有

抗原結(jié)合活性，但結(jié)合實(shí)力較弱，只有一，介。

Fc段即可結(jié)晶片段（crystallizablefragment）,為2條H鏈

C端剩余的部分，分子量55Kd,在肯定條件下可形成結(jié)晶。

Fc段不能與抗原結(jié)合，但具有很多其他生物學(xué)活性，如固定補(bǔ)

體、親和細(xì)胞（巨噬細(xì)胞、NK細(xì)胞和粒細(xì)胞等）、通過胎盤、介導(dǎo)與

細(xì)菌蛋白（如蛋白A和G）的結(jié)合，以及與類風(fēng)濕因子反應(yīng)等。

胃蛋白酶于于低pH下可將IgG分子從H鏈間二硫鍵C

端232位置切斷，形成含2個Fab段的F（ab,）2片段和1個較

小的pFcz片段。

F（ab，）2段即雙價抗體活性片段，經(jīng)還原后可得2個Fab，

Fab'的分子量略大于Fab,而生物活性與Fab相同。

pFc'比Fc分子量小，雖然仍保持親和巨噬細(xì)胞及與某些類風(fēng)

濕因子結(jié)合的實(shí)力，但失Fc片段原有的固定補(bǔ)體等活性其次

節(jié)免疫球蛋白的抗原特異性Ig分子上主要存在3種抗原確

定簇：

同種型確定簇同種異型確定簇獨(dú)特型確定簇（一）、同種型:

是指同一種屬全部個體Ig分子所共有的抗原特異性。

同種型因種而異。

同種型的抗原確定簇存在Ig的恒定區(qū)。

表現(xiàn)在全部Ig的類、亞類、型、亞型的分子上。

（二）、同種異型：

是指同一種屬不同個體間Ig分子所具有的不同抗原特異性C

同種異型確定簇存在Ig的恒定區(qū)。

由個體遺傳基因所確定的，故稱為遺傳標(biāo)記。

（三）、獨(dú)特型：

是指在同一個體內(nèi)，不同抗體形成細(xì)胞克隆所產(chǎn)生的Ig

分子的V區(qū)具有不同的抗原特異性。

獨(dú)特型抗原確定簇存在Ig的V區(qū)，不同特異性的抗體其獨(dú)特

型也不同除血清中的Tg外，淋巴細(xì)胞1T、B細(xì)胞）表面的抗

原受體也具有獨(dú)特型確定簇。

第三節(jié)抗體的生物學(xué)活性免疫球蛋白的重要生物

學(xué)活性為特異性結(jié)合抗原，并通過重鏈C區(qū)介導(dǎo)一系列生物學(xué)效應(yīng),

包括激活補(bǔ)體、親和細(xì)胞而導(dǎo)致吞噬、胞外殺傷及免疫炎癥，最終達(dá)

到解除外來抗原的目的。

（一）抗原結(jié)合作用抗體分子在結(jié)合抗原時，其Fab

片段的V區(qū)與抗原確定簇的立體結(jié)構(gòu)（構(gòu)象）必需吻合，特殊與高

變區(qū)的氨基酸殘基干脆有關(guān)，所以抗原一抗體的結(jié)合具有高度特異

性。

盡管某些氨基酸殘基在肽鏈的氨基酸依次上相距很遠(yuǎn)，但

由于肽鏈沿功能區(qū)長軸平行方向來回折疊，使他們能緊緊接近，形成

一雙層排布的凹形或袋狀包圍抗原的活性部位，雙層間存在很多硫水

氨基酸側(cè)鏈。

抗體分子與抗原的相互作用靠各種非共價力，如氫鍵、靜電引力

和VanderWaal力等，是一種可逆性反應(yīng)。

抗體與抗原結(jié)合后才能激活效應(yīng)功能，自然1g分子不能起這種

作用。

但在無抗原存在時，某些物理處理（例如加熱、凝合等）也可模

擬Ig分子構(gòu)象的變更而起激活效應(yīng)機(jī)制的作用。

（二）補(bǔ)體活化作用補(bǔ)體Clq與游離Ig分子結(jié)合特

別微弱，而與免疫復(fù)合物中的IgG或IgM（經(jīng)典途徑）或凝集Ig（替

代途徑）結(jié)合則很強(qiáng)。

Clq與TgGFc段的CH2功能區(qū)起反應(yīng)，其結(jié)合位點(diǎn)在3個氨基

酸側(cè)鏈上。

全部IgG亞類的單獨(dú)Fc片段對Clq具同樣的親和性；但完整

蛋白則主要是IgGl和IgG3才能結(jié)合Clq結(jié)合的影響有關(guān)。

IgM激活補(bǔ)體實(shí)力最強(qiáng)。

IgG至少需兩緊密并列的分子才能有效地激活Clq,而IgM單個

分子在結(jié)合抗原后即可激活補(bǔ)體。

循環(huán)IgM僅顯示低親和性的單個Clq結(jié)合點(diǎn)，與IgG的效能

相近似；但當(dāng)IgM分子與大分子抗原的多個確定簇結(jié)合后，變

更其構(gòu)象呈鉤環(huán)狀，以致暴露了原來被相近亞單位隱藏的Clq結(jié)合

點(diǎn)而增加了激活補(bǔ)體的實(shí)力。

IgG4.IgAl和IgA2雖不能通過經(jīng)典途徑激活補(bǔ)體，但其

Ig聚合物均可激活C3旁路。

(三)親細(xì)胞作用IgG分子能與細(xì)胞表面的Fc受體

結(jié)合。

這些受體均屬Ig超族成員，主要有FcRI(CD64)、FcRH(CD32)

和FcRlll(CD16)o

FcRI在單核細(xì)胞表面很豐富，中性粒細(xì)胞受適當(dāng)細(xì)胞因子調(diào)整

以后也可表達(dá)此受體；FcR為一高親和性受體，與IgGl和IgG3有

很強(qiáng)的結(jié)合性，與IgG4也可作用，但與IgG2則不能結(jié)合。

FcRH和FcRIH受體在很多細(xì)胞上都存在，包括中性粒細(xì)胞、嗜

酸性粒細(xì)胞和血小板，與IgGl和TgG3有低親和相互作用。

活化B細(xì)胞表面有一個IgM結(jié)合蛋白(FcR),但在T細(xì)胞、

單核細(xì)胞或粒細(xì)胞都沒有。

在單核細(xì)胞和中性粒細(xì)胞表面有FcR,因而IgA亦有調(diào)理素作

用。

近年有T細(xì)胞上存在IgD受體的報道，但其意義仍不基清晰。

FcRI受體存在于肥大細(xì)胞和嗜堿性粒細(xì)胞上；在B細(xì)胞、巨噬

細(xì)胞、嗜酸性粒細(xì)胞和血小板上有FcRII,它們的相互作用與調(diào)整

IgE應(yīng)答有關(guān)。

細(xì)胞通過表面Fc受體與相應(yīng)Ig結(jié)合后，可誘發(fā)一系例

的生物效應(yīng)，不同細(xì)胞的效應(yīng)不同。

例如在單核一巨噬細(xì)胞和中性粒細(xì)胞可促進(jìn)其吞噬功能，稱為調(diào)

理作用(opsonization)；在NK細(xì)胞和巨噬細(xì)胞或誘導(dǎo)抗體依靠性細(xì)

胞介導(dǎo)的細(xì)胞毒作用(ADCC)；在肥大細(xì)胞和嗜堿性粒細(xì)胞可誘導(dǎo)I

型變態(tài)反應(yīng)等等。

(四)其他生物活性1.結(jié)合A蛋白和G蛋白人類

IgGKIgG2和IgG4的Fc段可結(jié)合葡萄球菌A蛋白，其結(jié)合位點(diǎn)

在IgG的CH2-CH3之間；黃種人的lgG3也可結(jié)合A蛋白，而在

白種人則不能，可能因為其IgG3的組氨酸被精氨酸置換。

鏈球菌G蛋白可與人IgG的個亞類結(jié)合，也可與幾乎全部哺乳

動物的IgG結(jié)合，其結(jié)合實(shí)力遠(yuǎn)比葡萄球菌A蛋白強(qiáng)。

但是這兩種蛋白對其他類的1g均無親和力。

2.透過纖胞膜人的IgG可通過胎盤傳遞至胎兒的血液循

環(huán)，這不是被動的擴(kuò)散，而是由IgG的Fc段選擇性地與胎盤

微血管發(fā)生可逆結(jié)合透過；這種特性僅為鏈所特有，其他類Ig不具

備這種實(shí)力。

IgA通過與分泌成分的結(jié)合可以從粘膜下轉(zhuǎn)運(yùn)至外分泌液中，例

如轉(zhuǎn)運(yùn)至腸道和乳汁中。

第四節(jié)五類免疫球蛋白的特性和功能五類免疫球

蛋白都有結(jié)合抗原的共性，但它們在分子結(jié)構(gòu)、體內(nèi)分布、血清水平

及生物活性等方面又各具特點(diǎn)。

五類Ig的代謝、分布及生物活性性狀I(lǐng)gGIgA

200IgMIgDIgE12030.04血清含量(mg/dL)1200相對含量

(%)合成率(mg/kgd)分解率(％/d)半衰期(d)

血管內(nèi)分布(％)外分泌液中結(jié)合補(bǔ)體透過胎盤

與肥大細(xì)胞結(jié)合75?8510?155?100.050.033372350-+

+2425650+----78580+-----------0.40.0237

71327550-+-------------H——+（IgG4）與M

和B-C結(jié)合+（一）、IgG主要是由脾臟、淋巴結(jié)中的漿

細(xì)胞合成的，以單體的形式存在血清中。

半衰期為20~23天，是五類Ig中半衰期最長的一類。

IgG的含量最高，占血清Ig總量的75%,易通過毛細(xì)血管壁,

廣泛分布于細(xì)胞外液中。

個體發(fā)育過程中，機(jī)體合成IgG的年齡晚于IgM,誕生后3個

月的嬰兒能合成IgG,5歲達(dá)成人水平，40歲后起先下降。

是唯一能通過胎盤的Ig;能從經(jīng)典途徑激活補(bǔ)體；能通

過Fc段同多種細(xì)胞表面的FcR結(jié)合，從而發(fā)揮調(diào)理作用、ADCC

作用。

IgG在機(jī)體的免疫防衛(wèi)中起重要作用，大多數(shù)的抗菌抗體、

抗毒素、抗病毒抗體屬于。

不少自身抗體如：

抗甲狀腺球蛋白抗體、抗核抗體也屬于IgG類抗體。

（二）IgMIgM為五聚休，是Tg中分子最大者。

分子結(jié)構(gòu)呈環(huán)形，含一個J鏈，各單位通過鏈倒數(shù)其次位的二

硫鍵與J鏈相互連接。

結(jié)構(gòu)模式見圖2-4o

鏈含有5個同源區(qū)，其CH3和CH4相當(dāng)于IgG的CH2和

CH3,無錢鏈區(qū)。

從化學(xué)結(jié)構(gòu)上看，IgM結(jié)合抗原的實(shí)力可達(dá)10價，但事

實(shí)上常為5價，這可能是因立體空間位阻效應(yīng)所致。

當(dāng)IgM分子與大顆?？乖磻?yīng)時，5個單體協(xié)同作用，效應(yīng)明顯

增大。

IgM凝集抗原的實(shí)力比IgM大得多，激活補(bǔ)體的實(shí)力超過

IgGlOOO倍；由于吞噬細(xì)胞缺乏IgM的特異受體，因而IgM沒有獨(dú)

立的吞噬調(diào)理作用；但當(dāng)補(bǔ)體存在時，它能通過C3b與巨噬細(xì)胞結(jié)

合以促進(jìn)吞噬。

雖然IgM單個分子的殺菌和調(diào)理作用均明顯高于IgG抗體，但因

其血內(nèi)含量低、半衰期短、出現(xiàn)早、消逝快、組織穿透力弱，故其愛

護(hù)作用事實(shí)上常不如IgGo

血型同種凝集素和冷凝集素的抗體類型是IgM,不能通過

胎盤，新生兒臍血中若IgM增高，提示有宮內(nèi)感染存在。

在感染或疫苗接種以后，最先出現(xiàn)的抗體是IgM；在抗原的反復(fù)

刺激下，可通過Ig基因的類轉(zhuǎn)換而轉(zhuǎn)向IgG合成。

當(dāng)分泌物中IgA缺陷時，IgM也和IgA一樣可結(jié)合分泌片而替

代IgA。

IgM也是B細(xì)胞中的主要表面膜Ig,作為抗原受體而引發(fā)抗體應(yīng)

答。

（三）IgAIgA分為血清型和分泌型兩種類型。

大部分血清IgA為單體，大約10%?15%為雙聚體，也

發(fā)覺少量多聚體。

IgA功能區(qū)的分布與IgG特別相像，兩個亞類(IgAl和IgA2)

的最大差異在錢鏈區(qū)。

IgA2缺少H-L鏈間二硫鍵區(qū)域，簡單被解離分開。

從含量、穩(wěn)定性和半衰期看，血清型IgA雖不如IgG,但

高于其他類1g。

IgA可以結(jié)合抗原，但不能激活補(bǔ)體的經(jīng)典途徑，因此不能象

IgG那樣發(fā)揮很多的生物效應(yīng)，所以過去曾誤以為血清型IgA的意

義不大；近年的探討發(fā)覺，循環(huán)免疫復(fù)合的抗體中有相當(dāng)比例的IgA,

因而認(rèn)為：

血清型IgA以無炎癥形式清除大量的抗原，這是對維持機(jī)體內(nèi)

環(huán)境穩(wěn)定的特別有益的免疫效應(yīng)。

分泌型IgA(SigA)為雙聚體，沉降系數(shù)11S,分子量

400kDo

每一SigA分子含一個J鏈和一個分泌片(圖2-4)o

鏈、L鏈和J鏈均由漿細(xì)胞產(chǎn)生，而分泌片由上皮細(xì)胞合成。

J鏈通過倒數(shù)其次位二硫鍵將2個IgA單體相互連接；結(jié)合分

泌片后SigA的結(jié)構(gòu)更為緊密而不被酶解，有助于SigA在粘在粘膜

表面及外分泌液中保持抗體活性。

外分泌液中的高濃度IgA主要為局部合成，特殊是在腸相關(guān)淋

巴樣組織(GALT)內(nèi)。

分泌型IgA性能穩(wěn)定，在局部濃度大，能抑制病原體和有