抗原抗体特异性结合属于什么条件

免疫球蛋白_微生物学与免疫学

课堂笔记

免疫球蛋白（Ig）即抗体（Ab）是由B细胞识别抗原后增殖分化为浆细胞所产生的一类糖蛋白，能与相应抗原表位结合，是介导体液免疫的重要免疫分子。

免疫球蛋白可分为分泌型（sIg）和膜型（mIg），前者主要存在于血液及组织液中，具有抗体的各种免疫功能；后者是B细胞表面的抗原受体。

一、免疫球蛋白的结构★★★

（一）基本结构

免疫球蛋白分子的基本结构是由四肽链构成的单体（图2-1），即由两条相同的重链（H）和两条相同的轻链（L）以二硫键连接，呈Y字形。

1．重链和轻链

（1）重链（H链）：分子量50～75kD，由450～550个氨基酸残基组成。

重链有5类，分别以μ、δ、γ、α和ε表示，由其组成的Ig分别称为IgM、IgD、IgG、IgA和IgE。

（2）轻链（L链）：分子量约25kD，含约214个氨基酸残基。

图2-1　免疫球蛋白的基本结构（以IgG为例）

轻链有两型：κ链和λ链，一个天然的Ig分子两条轻链是相同的，但在同一个体内可存在分别带有κ链或λ链的抗体分子。

2．可变区和恒定区

（1）可变区：Ig重链和轻链近氨基端（N端）的约110个氨基酸（即分别占重链的1／4或1／5，占轻链的1／2）序列的变化很大，称可变区（variable region，V）。

①高变区或互补决定区：在重链和轻链的V区（分别称为VH和VL）中，各有3个区域的氨基酸组成和排列顺序高度变化，称为高变区（hypervariable region，HVR）或互补决定区（complementarity determining region，CDR）。

②骨架区：CDR以外区域的氨基酸组成和排列顺序相对不易变化，称为骨架区（framework region，FR）。

3个CDR与4个FR共同组成Ig的抗原结合部位，识别及结合抗原。

（2）恒定区：在多肽链的羧基端（C端），占轻链的1／2和重链的3／4或4／5，该区域内的氨基酸组成在同一物种的同一类Ig中都比较稳定，故称为恒定区（constant region，C区）。C区与抗体各种生物学效应相关。

3．铰链区　位于CH1与CH2之间，含有丰富的脯氨酸，因此易伸展弯曲，能改变结合抗原的两个Y形臂之间的距离，有利于两臂同时结合两个不同的抗原表位。IgD、IgG、IgA有铰链区，IgM和IgE没有。

4．结构域　Ig的多肽链分子可折叠成几个由链内二硫键连接的球形结构（图2-2），每个结构域一般具有其独特的功能也称功能区。各区段的功能如下。

（1）VH和VL是结合抗原的部位。

（2）CH和CL上具有部分同种异型的遗传标志。

（3）IgG的CH2和IgM的CH3是补体结合点所在，参与活化补体。母体的IgG借助CH2，可主动通过胎盘传递给婴儿，发挥被动免疫作用。

（4）IgG的CH3可与单核细胞、巨噬细胞、中性粒细胞和NK细胞表面的IgG的Fc受体（FcγR）结合，IgE的CH2和CH3可与肥大细胞和嗜碱性粒细胞表面IgE的Fc受体（FcεR）结合。

图2-2　免疫球蛋白的基本结构（功能区）

（二）J链和分泌片

1．J链是一富含半胱氨酸的多肽链，由浆细胞合成，主要功能是连接单体Ig分子使其成为多聚体。

2．分泌片（secretory piece，SP）又称分泌成分（secretory component，SC），为一含糖肽链，由黏膜上皮细胞合成和分泌，以非共价形式结合于IgA二聚体上，其作用是使IgA分泌到黏膜表面，行使黏膜免疫作用，同时还可保护sIgA的铰链区，使其免受蛋白水解酶的降解。

（三）水解片段

1．木瓜蛋白酶在Ig铰链区二硫键连接的两条重链的近N端水解Ig，可将其裂解为三个片段：两个相同的Fab段和一个Fc段（图2-3）。

图2-3　免疫球蛋白IgG的水解片段

（1）Fab即抗原结合片段，由一条完整的轻链和部分重链（VH和CH1）组成。一个Fab片段为单价，可与抗原结合但不形成凝集反应或沉淀反应。

（2）Fc片段即可结晶片段，相当于IgG的CH2和CH3功能区，无抗原结合活性，是抗体分子与效应分子或细胞相互作用的部位。

2．胃蛋白酶在铰链区二硫键连接的两条重链的近C端水解Ig，产生一个大片段F（ab′）2和一些小片段pFc′（图2-3）。

（1）F（ab′）2是由两个Fab及铰链区组成，是双价的，可同时结合两个抗原表位，因而能形成凝集反应或沉淀反应。

（2）pFc′最终被降解，不能发挥生物学效应。

二、免疫球蛋白的血清型★★

Ig既可与特异性抗原结合，同时又可作为抗原，免疫异种动物、同种异体或在自身体内激发机体的特异性免疫应答。用血清学的方法可以测定和分析Ig的抗原性，并将此称为Ig的血清型。

根据Ig不同抗原决定基存在的部位以及在异种、同种异体或自体中产生免疫的差别，可将Ig的抗原性分为同种型、同种异型和独特型。

（一）同种型

指同一种属所有个体的Ig分子共有的抗原表位，为非遗传性标志。其抗原决定簇存在于Ig的C区，表现在全部Ig的类、亚类、型、亚型的分子上。

1．类及亚类

（1）类：在同种属的所有个体内，根据Ig重链C区抗原特异性的不同，可将Ig的重链分为5种：γ、α、μ、δ、ε，与此对应的免疫球蛋白分为5类，分别是IgG、IgA、IgM、IgD、IgE。

（2）亚类：在同一类Ig中，根据其重链抗原性及二硫键的数目和位置的不同，又可分为不同的亚类。IgG有IgG1～ IgG4四个亚类；IgA有IgA1和IgA2两个亚类；IgM有IgM1和IgM2两个亚类；IgD和IgE尚未发现亚类。

2．型及亚型

（1）型：在同种属的所有个体内，根据Ig轻链C区抗原特异性的不同，可将Ig的轻链分为2型（type）：λ和κ。

（2）亚型：在同一型Ig中，根据其轻链C区N端氨基酸排列的差异，可将Ig分为亚型。

（二）同种异型

指同一种属不同个体间的Ig分子所具有的不同抗原表位，为遗传性标志。其抗原决定簇广泛存在于Ig C区和V区。

（三）独特型

指同一个体不同B细胞克隆产生的Ig分子所特有的抗原表位，又称为独特位，主要存在于V区，为遗传性标志。

三、免疫球蛋白的生物学活性

（一）免疫球蛋白的主要功能★★★

1．IgV区的功能　Ig的最主要功能是能与相应抗原特异性结合，这种特异性结合是由IgV区特别是CDR的空间构型所决定。

2．IgC区的功能

（1）激活补体：IgG与IgM都能激活补体的经典途径。

（2）与细胞表面Fc受体结合。

①调理作用：抗体的调理作用是指IgG的Fc段与巨噬细胞和中性粒细胞表面的FcγR结合，从而增强吞噬细胞的吞噬作用。IgA也具有调理作用。

②抗体依赖的细胞介导的细胞毒作用（antibody-dependent cell-mediated cytotoxicity，ADCC）：ADCC指表达Fc受体的细胞通过与抗体的Fc段结合直接杀伤被抗体包被的靶细胞。抗体与靶细胞上的抗原结合是特异性的，而表达FcγR的细胞其杀伤作用是非特异性的。

③介导Ⅰ型超敏反应：IgE具有亲细胞活性，可通过其Fc段与肥大细胞和嗜碱性粒细胞表面的高亲和力FcεR结合，引起Ⅰ型超敏反应。

④通过胎盘和黏膜：IgG是唯一能够从母体通过胎盘转移到胎儿体内的Ig，对新生儿抗感染具有重要意义。分泌型IgA存在于黏膜表面，参与局部的黏膜免疫。

（二）各类免疫球蛋白的特性与作用★★

1．IgG

（1）血清和细胞外液中的主要抗体成分，约占血清Ig总量的80%；亲和力高，易扩散，半衰期长。

（2）个体出生后3个月开始合成，3～5岁接近成人水平。

（3）唯一能通过胎盘的Ig，发挥自然被动免疫功能。

（4）具有活化补体经典途径的能力。

（5）具有调理作用、ADCC作用；多数抗菌、抗病毒、抗毒素抗体。

2．IgM（图2-4）

图2-4　五聚体IgM的分子结构

（1）五聚体IgM分子量最大，称为巨球蛋白，不能透过血管壁，主要存在于血清中，占血清Ig总量的5%～10%，血清浓度1mg／ml。

（2）膜结合型IgM（mIgM）表达于B细胞表面，是BCR的主要成分；未成熟B细胞表达mIgM，记忆B细胞mIgM消失。

（3）个体发育中最先出现的Ig，胚胎晚期即能产生，脐带血IgM增高提示胎内感染（如风疹病毒、巨细胞病毒感染等）。

（4）抗原初次刺激机体时，体内最先产生的Ig；血清IgM升高说明有近期感染。

（5）有强大的激活补体能力和调理作用，在机体早期免疫防御中具有重要作用。

（6）天然血型抗体是IgM。

3．IgA

（1）分为单体的血清型（占血清Ig总量的10%～15%）和二聚体的分泌型IgA（含J链和分泌片见图2-5）。

图2-5　分泌型IgA的结构

（2）分泌型IgA主要由黏膜相关淋巴组织产生，存在于唾液、泪液、乳汁和呼吸道、消化道、泌尿道的分泌液中及黏膜表面，是机体黏膜局部抗感染免疫的重要因素。

（3）母乳中的sIgA可对婴幼儿发挥自然被动免疫作用。

4．IgE

（1）血清中含量最低的Ig，血清浓度仅为0．3μg／ml；主要由呼吸道、胃肠道黏膜固有层的浆细胞产生。

（2）属嗜细胞抗体，可与肥大细胞、嗜碱性粒细胞表面FcεR结合，介导Ⅰ型超敏反应。

5．IgD

（1）仅占血清Ig含量的0．2%，血清浓度约30μg／ml。

（2）血清型IgD功能不详；膜型IgD（mIgD）是BCR的重要组成成分，是B细胞分化成熟的标志。

四、免疫球蛋白基因及抗体的多样性★

Ig轻链和重链及其C区和V区分别由分布于不同染色体的多个基因片段所编码，分别称为C基因片段和V基因片段。

（一）免疫球蛋白胚系基因结构

1．人Ig重链基因　人Ig重链基因定位于第14号染色体长臂，跨度约1　100kb，由V、D、J和C四种基因片段组成。

2．人Ig轻链基因　人Ig轻链基因分为λ和κ基因，分别定位于第22号染色体长臂和第2号染色体短臂。

（二）免疫球蛋白基因重排

在B细胞分化发育过程中，一部分基因片段相互接近、重新排列，形成功能性的免疫球蛋白的基因单位，这一过程称为基因重排。

1．重组信号序列（RSS）指导的重排。

2．重组激活基因（RAG）介导的重排连接。

3．姊妹染色体交换重组。

（三）抗体多样性产生的机制

1．组合多样性　产生于胚系Ig基因库中众多V、D、J、C基因家族成员极端多样性的排列组合。

2．连接多样性　Ig基因在V-D-J重排过程中可出现不同的连接点，以及同一连接点上发生核苷酸的缺失、插入和倒转，可形成连接多样性。

3．体细胞高频突变　是已成熟的B细胞受抗原刺激后，在发育过程中重排的基因所发生的突变，这种突变可促进抗体的亲和力成熟。

（四）抗体类别转换

指抗体可变区不变（即结合抗原的特异性相同），但其重链类别（恒定区）发生改变。B细胞接受抗原刺激后，表达的抗体分子可从IgM类别转换为IgG、IgA、IgE等其他类别或亚类的Ig。经重排后的基因产物其V区不变，只是重链C区发生转换。即Ig的类别和亚类改变，而识别抗原的特异性不变。

五、人工制备抗体★

（一）多克隆抗体（PoAb）

将抗原注入机体后，刺激多个经融合、筛选和克隆化而获得单克隆杂交瘤细胞，其所产生的同源抗体成为B细胞克隆所产生的抗体是针对多种抗原决定簇的混合抗体，故称之为多克隆抗体，其特点是来源广泛、制备容易；但它不是针对某一特定表位，特异性不高，常出现交叉反应。

（二）单克隆抗体（McAb）★★

1．概念　单一抗原表位特异性B细胞克隆经融合、筛选和克隆化而获得单克隆杂交瘤细胞，其所产生的同源抗体称为单克隆抗体。

Kohler和Milstein将有抗原特异性但短寿的浆细胞与无抗原特异性但长寿的骨髓瘤细胞融合，建立了可产生单克隆抗体的杂交瘤细胞和单克隆抗体技术。

2．单克隆抗体的特点　纯度高、特异性强、效价高、少而无血清交叉反应、制备成本低。

（三）基因工程抗体

又称重组抗体，它是在充分认识Ig基因结构与功能的基础上，应用DNA重组和蛋白质工程技术，按人们的意愿在基因水平上对Ig分子进行切割、拼接或修饰，重新组装成的新型抗体分子。

基因工程抗体保留了天然抗体的特异性和主要生物学活性，去除或减少了无关结构，并可赋予抗体分子以新的生物学活性，因此比天然抗体具有更广泛的应用前景。

1．人-鼠嵌合抗体　是指通过基因工程技术将鼠源性抗体的可变区与人类抗体的恒定区融合而成的抗体。此类抗体既保持了原来鼠源单抗的特异性、亲和力，又大大减少了其对人体的免疫原性，而且具有比鼠源抗体更强的生物学活性。

2．人源化抗体　将鼠单抗V区中互补决定区（CDR）序列取代人源抗体相应CDR序列，重组构成既具有鼠源性单抗特异性，又保持人抗体亲和力的CDR移植抗体，也称为改型抗体。

3．Fab抗体　Fab段是由重链Fd（VH＋CH1）和完整轻链通过二硫键连接而成的异二聚体，仅含一个抗原结合位点。

4．Fv抗体　分别构建含VH和VL基因的载体，共转染细胞，使之分别表达，并组装为功能性Fv抗体。

5．单链抗体（ScFv）　单链抗体是目前研究最活跃的小分子基因工程之一，它是由一条单一肽链按VH-Linker-VL或 VL-Linker-VH的顺序组成。其大小仅为完整抗体分子的1／6，是抗体与抗原结合的最小单位。

6．单域抗体　将抗体重链V区通过基因工程方法表达，获得仅含VH片段的抗体。

7．最小识别单位　仅含可变区中单一CDR结构，分子量仅为完整抗体的1%左右，但具有与相应抗原结合的功能。

8．双特异性抗体（BsAb）　又称双功能抗体（BfAb），即一个抗体分子中的两个抗原结合部位可分别结合两种不同的抗原表位。BsAb的一个臂可与靶细胞表面抗原结合，而另一个臂可与效应物（药物、效应细胞等）结合，从而将效应物直接导向靶组织细胞，并在局部聚集，发挥作用。

重点难点提示

1．免疫球蛋白的结构及生物学活性。

2．抗体多样性及机制。

测试及考研

一、最佳选择题

1．通过自然被动免疫的Ig是（　）

A．IgA、IgG　　B．IgM、IgA　　　C．IgG、IgD

　　D．IgD、IgE 　　E．IgE、IgA

本题考点：五种免疫球蛋白的功能。

2．决定Ig类别的抗原决定基存在于Ig分子的（　）

A．轻链恒定区　　　B．重链恒定区

C．轻链可变区　　　D．重链可变区

E．铰链区

本题考点：免疫球蛋白的血清型。

3．脐血中哪类Ig增高提示胎儿有宫内感染（　）

A．IgA 　　B．IgM C．IgG 　　D．IgD 　　E．IgE

本题考点：IgM的特点。

4．能与肥大细胞表面FcR结合，并介导Ⅰ型超敏反应的Ig是（　）

A．IgA 　　B．IgM C．IgG 　　D．IgD 　　E．IgE

本题考点：IgE的特点。

二、简答题

画图说明IgG的结构，指出抗原结合部位及抗体Fc段的生物学作用。

答案：

一、1．A；2．B；3．B；4．E

二、可变区是抗原结合部位；Fc段的生物学作用如下。

（1）激活补体。

（2）与细胞表面Fc受体结合：①调理作用。抗体的调理作用是指IgG的Fc段与巨噬细胞和中性粒细胞表面的FcγR结合，从而增强吞噬细胞的吞噬作用。IgA也具有调理作用。②抗体依赖的细胞介导的细胞毒作用（ADCC）。ADCC指表达Fc受体的细胞通过与抗体的Fc段结合直接杀伤被抗体包被的靶细胞。抗体与靶细胞上的抗原结合是特异性的，而表达FcεR的细胞其杀伤作用是非特异性的。③介导Ⅰ型超敏反应。IgE具有亲细胞活性，可通过其Fc段与肥大细胞和嗜碱性粒细胞表面的高亲和力FcεR结合，引起Ⅰ型超敏反应。④通过胎盘和黏膜。IgG是唯一能够从母体通过胎盘转移到胎儿体内的Ig，对新生儿抗感染具有重要意义。分泌型IgA存在于黏膜表面，参与局部的黏膜免疫。

（苏　昕）