2免疫球蛋白与抗体

2021年1月23日发(作者：虞愚)
前言

上次课我们介绍了免疫学检验的绪论，
了解了免疫学的发展，
免疫学检验的工
作研究方面，
更是知道了什么是免疫、
免疫功能有哪些，
也介 绍了免疫学基本理论
中的一个重要物质：
抗原。
对抗原的两个特性及决定两个特性的因 素进行了具体的
认识，
也知道了医学上有哪些种类的抗原。
那么这次课，
我们 就来介绍一下与抗原
相对应的，在消除抗原中起到重要作用的物质：免疫球蛋白
(
抗体
)
第二章


免疫球蛋白与抗体

抗体（

Antibody,Ab
）
：是指能和相应抗原特异性结合 的具有免疫功能的球蛋
白。

抗体主要存在血液中，也可以存在组织液和外分泌液中，

1937
年
Tiselius
用
电泳的方法将血清蛋白分成白蛋白、

α1
、

α2
、

β
、及

γ
球蛋白等组分，其后
证明抗体活性是在

γ
球蛋白部分，因此，很长一段时间内，抗体就称为

γ
球蛋白
（丙种球蛋白）
。实际上，抗体的活性除

γ
球蛋白外，还存在

α
和

β
球蛋白处。





免疫球蛋白（
< br>Immunoglobulin,Ig
）
:
是指具有抗体活性的或化学结构与抗 体相
似球蛋白。
包括抗体球蛋白和多发性骨髓瘤患者血清中出现的尚未证明有抗体活性
的异常球蛋白。





抗体和免疫球蛋白的关系：抗体是免疫球蛋白，并非所有的免疫球蛋白都具有
抗体活性

。


第一节

免疫球蛋白的结构和功能


一、免疫球蛋白基本结构


由二硫键连接四条肽链形成的

Ig
单体分子。


（一）重链和轻链


1
、
重链
（

heavy chain
）

：
两条相同的长链称为重链

,
简称
H
链。
H
链约由
450
—
550
氨基酸组成，分子量约为
50
—
75KD
。
Ig重链恒定区氨基酸的排列顺序不同，抗原
性就不同，可将血清中的
Ig
分成五大类 ：
IgG
、
IgA
、
IgM
、
IgD
、< br>IgE
，
IgG
的
H
链为

γ
链
（

gamma
）
，

IgA
的
H
链为

α
链
（

alpha
）
，

IgM
的
H
链为
μ
链

(mu)
，

IgD
的
H
链为
δ
链

(delta)
，

IgE
的
H
链为
ε
链

(epsilon)

2
、轻链（

light chain
）
：两条相同的短链称为轻链，简称

L
链，

L
链约由

214
个氨基酸组成，分子量约为

25KD
，根据

L
链抗原性不同，

L
链可分为两型，
即

κ
（

kappa
）型和
λ(lambda)
型。


同一天然的

Ig
分子上两条
H
链是同类，两条轻链是同型
,
五类
Ig
中，每一类
Ig
都
可以有

κ
链或
λ
链，可以把

Ig
分成五类十型。

（二）可变区和恒定区


1
、可变区（

variable
region,V
区）
，

V
区位于

L
链靠近

N
端的

1/2
和

H
链
靠近

N
端的

1/4
。
重链和轻链的

V
区分别称为

V H
和

V L
，
这个区段的氨基
酸的组成和排列顺序是随抗 体结合抗原的特异性不同有很大的变化。

V
区中，某
些
位
置
的
氨
基
酸
的
组
成
和
排
列
顺
序
变
化
频
率
更
高
，
这
些
区
域
称
为
高
变
区
（

hypervariable region, HVR
）
。
V H
和

V L
的三个高变区共同组成

Ig
的抗原 结
合部位，
该部位形成一个与抗原决定簇互补的表面，
故高变区又称为决定簇互补区< br>（
complementarity-ditermining
region,CDR
）
,
分别称为
CDR1
、
CDR2
、
CD R3
。

V
区中，
高变区以外的区域，
氨基酸的组成和排列 相对稳定，
称为骨架区
（
framework
region
，FR
）
。骨架区不与抗原直接结合，但能维持高变区结构的稳定性。

V H
和

V L
个有四个骨架区，分别称

FR1
、

FR2
、

FR3
、

FR4
。


2
、恒定区（

constant
region
,C
区）

C
区位于

L
链靠近

C
端的

1/2
和

H
链
靠近

C
端的

3/4
区域

,
这一区段的氨基酸组成和排列顺序比较稳定。重链和轻
链的

C
区分别称

C
H
和

C
L
，

例如：人抗白喉外毒素的抗体（

IgG
）和人抗破伤风的抗体（
IgG
）
，它们的
V
区不同，只能与相应的抗原 发生特异性结合，但
其
C
区是相同。

（三）
、铰链区
（

hinge region
）

位于

CH1
和

CH2
之间，含有大量的脯氨酸，柔韧富有弹性，易伸展弯曲可
自由展开

180
度。这种抗体分子的变构可使

V
区合拢或分开，以适合与抗原分
子上不同部位的抗原决定簇结合。
当抗原和抗体分子结合后，
抗体分子

CH2
区的
补体结合点暴露，为补体活化创造条件。


铰链区对木瓜蛋白酶、胃蛋白酶敏感，易被这些酶水解。

IgM
和

IgE
无铰链区。


二、免疫球蛋白的功能区

Ig
分子的

H
链和

L
链可通过链内二硫键折叠成若干个球形结构，每一个球
形结构由

110
个氨基酸组成，具有一定的生理功能，称为功能区。





L
链功能区：

VL
、

CL




H
链功能区：

VH
、

CH1
、

CH2
、

CH3
（

Ig G
、

IgA
、

IgD
）


IgM
和

IgE
的重链有五个功能区，比

IgG
多一个功能区，

CH4
。


功能区的作用：


1
、

V H
和

V L
共同构成抗原结合的部位


2
、

C L
和

C H 1
为同种异型遗传标志所在


3
、

IgG
的

C H 2
和

IgM
的

C H 3
是补体结合点所在的部位，参与活化补
体。

IgG
通过胎盘和

C H 2
有关。


4
、

IgG
的

C H 3
及

IgE
的

C H 2
和

C H 3
区能与组织细胞表面的

Fc
受
体结合。


三、免疫球蛋白的其它成分

1
．连接链除了
H
链和
L
链外，多聚体形式的
Ig
分子如
IgA
和
IgM
尚含
1
分子连
接链
(joiningchain
，
J链
)
；
但单体
IgA
或
IgM
单体均无
J
链。
J
链在连接单体形成多
聚体
Ig
分子中并非必要， 但可能与保持已形成的多聚体的稳定性有关。人类
J
链
的分子量约
15kD< br>，与其他物种的
J
链有高度同源性。
J
链基因并不是
Ig基因簇的
一部分，它定位于
15
号染色体。
J
链有仅产生于合成
IgA
和
IgM
的浆细胞，而且
也产生于合成
IgG
的未成熟浆细胞，但它并不与
IgG
分子结合。

2
．分泌片在分 泌型
IgA
分子中还含有
1
个分泌成分
(secretorycom ponent
，
SC)
，或
称
分
泌
片
(s ecretorypiece
，
SP),
是
上
皮
细
胞
上
的
多
免
疫
球
蛋
白
受
体
(polyimmunoglobulinreceptor
，
poly- IgR)
的
一
部
分
，
Poly-IgR
为
免
疫
球
蛋
白
超
族
)Igsuper-family
）的一个成员。此受体由上皮细胞产生后，与多聚体
IgA
牢固结
合；
IgA-poly-IgR
复合物由上皮细胞内输出的过程中，受体分子被蛋白酶裂解，仍
附 着于
Ig
的剩余部分即为分泌片。
游离分泌片的分子量为
80Kd
，
借二硫键与
SigA
共价结合。分泌片的功能是保护
SigA
分子不 被分泌液片内的蛋白酶降解，从而使
SigA
在粘膜表面保持稳定和有利于其发挥生物活性
四、免疫球蛋白的酶解片段

Ig
分子可被许多蛋白酶水解，
产生不同的片段；
免疫学研究中常用的酶是
木瓜
蛋白酶
(papain)和胃蛋白酶
(pepsin)
。

木瓜
蛋白酶在生理
p H
下将
IgG
分子从
H
链二硫键
N
端
21 9
位置上断裂，生
成两个相同的
Fab
片段和一个
Fc
片段 （图
2-3
）
。
Fab
段即抗原结合片段
(antigen bindingfragment)
，
含
1
条完整的
L
链和
H
链的一部分
(Fd)
段，
分子量为
45kD
；< br>Fab
段仍具有抗原结合活性，但结合能力较弱，只有一价。
Fc
段即可结晶片 段
(crystallizablefragment)
，为
2
条
H
链
C
端剩余的部分，分子量
55Kd
，在一定条件
下可形成 结晶。
Fc
段不能与抗原结合，但具有许多其他生物学活性，如固定补体、
亲和细胞（ 巨噬细胞、
NK
细胞和粒细胞等）
、通过胎盘、介导与细菌蛋白（如蛋
白A
和
G
）的结合，以及与类风湿因子反应等。

胃蛋白酶于于低
pH
下可将
IgG
分子从
H
链间二硫键
C
端
232
位置切断，形
成含
2
个
Fab
段的
F(ab
＇
)2
片段和
1
个较小的
pFc
＇片段 。
F(ab
＇
)2
段即双价抗体
活性片段，
经还原后可得< br>2
个
Fab
＇
。
Fab
＇
的分子量略大于< br>Fab
，
而生物活性与
Fab
相同。
pFc
＇
比
Fc
分子量小，
虽然仍保持亲和巨噬细胞及与某些类风湿因子结合的
能力 ，但失
Fc
片段原有的固定补体等活性

第二节


免疫球蛋白的抗原特异性

Ig
分子上主要存在

3
种抗原决定簇：

同种型决定簇

同种异型决定簇

独特
型决定簇

（

一）
、同种型：是指同一种属所有个体

Ig
分子所共有的抗原特异性。
同种型因种而异。



同种型的抗原决定簇存在

Ig
的恒定区。表现在全部

Ig
的
类、
亚类、
型、
亚型的分子上。

（二）
、
同种异型：
是指同一种属不同个体间

Ig
分
子所具有的不同抗原特异性。同种异型决定簇存在

Ig
的恒定区。由个体遗传基因
所决定的，故称为遗传标记。

（三）
、独特型

：是指在同一个体内，不同抗体形
成细胞克隆所产生的

Ig
分子的

V
区具有不同的抗原特异性。

独特型抗原决定簇
存在

Ig
的

V
区，
不同特异性的抗体其独特型也不同

除血清中的

Ig
外，淋巴细
胞（

T
、

B
细胞）表面的抗原受体也具有独特型决定簇。

第三节


抗体的生物学活性

免疫球蛋白的重要生物学活性为特异性结合抗原，并通过重链C
区介导一系
列生物学效应，包括激活补体、亲和细胞而导致吞噬、胞外杀伤及免疫炎症， 最终
达到排除外来抗原的目的。

（一）抗原结合作用

抗体分子在 结合抗原时，其
Fab
片段的
V
区与抗原决定簇的立体结构（构象）
必须吻合，
特别与高变区的氨基酸残基直接有关，
所以抗原－抗体的结合具有高度
特异 性。

尽管某些氨基酸残基在肽链的氨基酸顺序上相距很远，
但由于肽链沿功能区长< br>轴平行方向往返折叠，
使他们能紧紧接近，
形成一双层排布的凹形或袋状包围抗原
的活性部位，
双层间存在许多硫水氨基酸侧链。
抗体分子与抗原的相互作用靠各种
非 共价力，如氢键、静电引力和
VanderWaal
力等，是一种可逆性反应。抗体与抗
原结合后才能激活效应功能，天然
Ig
分子不能起这种作用。但在无抗原存在时，
某 些物理处理（例如加热、凝聚等）也可模拟
Ig
分子构象的变化而起激活效应机
制的作 用。

（二）补体活化作用

补体
C1q
与游离
I g
分子结合非常微弱，而与免疫复合物中的
IgG
或
IgM
（经典途径）或凝集
Ig
（替代途径）结合则很强。
C1q
与
IgG Fc
段的
CH2
功能区起反
应，其结合位点在
3
个氨基酸侧 链上。所有
IgG
亚类的单独
Fc
片段对
C1q
具同样的亲和性；但完整蛋白则主要是
IgG1
和
IgG3
才能结合
C 1q
结合的影响有关。

IgM
激活补体能力最强。
IgG
至少需两紧密并列的分子才能有效地激活
C1q
，
而
IgM
单个分子 在结合抗原后即可激活补体。
循环
IgM
仅显示低亲和性的单个
C1q
结合点，与
IgG
的效能相近似；但当
IgM
分子与大分子抗原的多个决定 簇结合后，