免疫球蛋白的结构与类型

第一节　免疫球蛋白的结构与类型

一、免疫球蛋白的基本结构

（一）基本结构

免疫球蛋白的基本结构是由两条相同的重链（heavy chain，H链）和两条相同的轻链（light chain，L链）通过链间的二硫键连接而成，呈“Y”形。其中，重链分子量为50～75kD，有450～550个氨基酸残基，链间以二硫键相连；轻链分子量约为25kD，每条约有210个氨基酸残基，并以二硫键与重链连接（图3-1）。

根据免疫球蛋白重链恒定区氨基酸组成上的差异，将重链分为μ、δ、γ、α、ε等5种类型，并据此将免疫球蛋白分为五类，即IgM、IgD、IgG、IgA和IgE。同一种属内个体间的同一类免疫球蛋白在重链恒定区氨基酸的组成和序列基本一致，不同种属之间的同一类Ig在重链恒定区氨基酸组成和序列上具有差异。轻链可分为两型，即κ型和λ型。

图3-1　IgG分子结构与功能区示意图

免疫球蛋白分子四条多肽链两端分别称为氨基端（N端）和羧基端（C端）。重链和轻链在靠近N端约110个氨基酸的组成和排列变化很大，称为可变区（variable region，V区），而其他区域其相对比较恒定，称为恒定区（constant region，C区）。V区分别占重链靠N端的1/4（δ、γ、α）或1/5（μ、ε）区域（用VH和CH表示）以及轻链靠N端的1/2区域（用VL和CL表示）。

可变区决定抗体与决定簇结合的特异性，其中VH和VL各有3个区域的氨基酸组成和排列顺序显示更大的变化，称此区域为超变区（hypervariable region，HVR），或称互补决定区（complementary determining region，CDR），是抗体和抗原决定簇互补结合的区域。V区其他部分相对比较保守，称为骨架区（frame region，FR），此区域虽不与抗原决定簇结合，但对维持CDR的空间构型起着很重要的作用（图3-2）。

图3-2　VH与VL超变区与抗原决定簇结合示意图

（二）免疫球蛋白的其他成分

1.连接链（joining chain，J链）

连接链是由浆细胞合成的多肽链，主要功能是将两个或两个以上的免疫球蛋白单体连接在一起。IgM经J链通过二硫键将五个单体相互连接成五聚体，SIgA经J链通过二硫键将两个单体连接形成二聚体，IgD、IgG和IgE为单体，不含J链（图3-3）。

图3-3　IgM和SIgA的结构示意图

2.分泌片（secretory piece，SP）

分泌片是由黏膜上皮细胞合成和分泌的多肽。IgA与J链在浆细胞内合成并连接，在穿越黏膜上皮细胞过程时与分泌片结合，形成分泌型IgA（SIgA）。分泌片的作用是保护SIgA，使之不易受黏膜环境中各种蛋白酶的降解。

二、免疫球蛋白的功能区

免疫球蛋白分子的每条肽链均可通过折叠，并由链内二硫键连接，形成若干个球形功能区，或称结构域（domain）。每个结构域约由110个氨基酸组成，各具有一定的功能，称为免疫球蛋白功能区。

IgG、IgA和IgD的重链有四个功能区，分别为VH、CH1、CH2、CH3，IgE和IgM则多一个CH₄，故有五个功能区。轻链有VL和CL两个功能区。各功能区的功能如下。①VH和VL是结合抗原的部位，可与相应的抗原决定簇形成精确的空间互补；②CH1和CL具有部分同种异型的遗传标志；③CH2（IgG）和CH3（IgM）为补体结合部位，是补体通过经典活化途径活化时C1与免疫球蛋白分子结合的部位，母体的IgG借助CH₂通过胎盘进入胎儿体内；④IgG的CH₃可与吞噬细胞、B细胞、NK细胞表面的IgG 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的IgE Fc受体（FcεRⅠ）结合。

铰链区（hinge region）位于CH₁和CH₂之间，富含脯氨酸，具有弹性，因此容易伸展和弯曲，有利于两臂同时结合两个抗原决定簇。铰链区易被木瓜蛋白酶、胃蛋白酶等水解。IgE和IgM无铰链区。

三、免疫球蛋白的水解片段

免疫球蛋白分子的某些部位易被蛋白水解酶水解为各种片段（图3-4）。木瓜蛋白酶能在铰链区二硫键的近N端将IgG分子裂解为3个片段。其中两个片段完全相同，具有单价结合抗原的能力，称为抗原结合片段（fragment antigen binding，Fab）；另外一个片段不能结合抗原，是抗体分子与效应分子以及细胞相互作用的部位，相当于IgG的CH2与CH3功能区，由于在低温下可结晶，故名可结晶片段（fragment crystal lizable，Fc）。

图3-4　免疫球蛋白的水解片段示意图

胃蛋白酶在铰链区二硫键近C端切断重链，将IgG裂解为一个较大片段F（ab′）₂和一些小片段pFc′，前者是由二硫键相连接的两个Fab段，以F（ab′）₂来表示，具有双价抗体活性；后者被继续水解，无生物学活性。