医学免疫学教案第04章-免疫球蛋白.doc

(完整word)医学免疫学教案第04章 免疫球蛋白

一、题目
免 疫 球 蛋 白
二、对象
06年级 本科
三、单元教学目标与课时分配
掌握:抗体和免疫球蛋白的概念、免疫球蛋白分子的结构和功能、各类免疫球蛋白的生物学活性.
熟悉：免疫球蛋白分子的抗原性、多克隆抗体和单克隆抗体。
了解:免疫球蛋白基因的结构和抗体的多样性、免疫球蛋白超家族、抗体的制备
120分钟
四、授课重点
免疫球蛋白分子的结构 ；免疫球蛋白分子的功能;
五类免疫球蛋白分子的生物学活性。
五、授课难点
免疫球蛋白分子的异质性（抗原性)；
多克隆抗体、单克隆抗体及基因工程抗体
六、授课形式
大班理论课
七、授课方法
与课前准备
认真查阅相关的书籍、文献资料，
运用多媒体课件授课
八、 教材与
参考文献

（1)陈蔚峰主编《医学免疫学》(第四版，人民卫生出版社)
（2）高晓明主编《医学免疫学基础》（第一版,北京医科大学出版社)
（3）龚非力主编《医学免疫学》 （2003年科学出版社出版）
(4）Roitt，et al.Immunology. Sixth edition。2001 Published by Mosby。London WC1H 9 LB。UK。
(5）周光炎主编《免疫学原理》(上海科学技术文献出版社）

九、思考题
（1） 免疫球蛋白的结构及免疫球蛋白的功能。
（2） 免疫球蛋白的酶解片段及其活性。
（3） 免疫球蛋白的分类、分型的依据。

十、教研室审查意见

主任签字

新乡医学院 医学免疫学 教研室

基本内容
教学手段和教学组织
第四章 免疫球蛋白
抗体（antibody, Ab）：B细胞在抗原刺激下分化为浆细胞，产生能与相应抗原发生特异性结合的免疫球蛋白，称为抗体。
免疫球蛋白（immunoglobulin, Ig)：将具有抗体活性或化学结构与抗体相似的球蛋白统称为免疫球蛋白。
Ig根据存在的部位可分为两种:分泌型(sIg）,具有抗体各种功能；膜型(mIg），构成B细胞膜上的抗原受体（BCR）。
一、免疫球蛋白的结构
(一）免疫球蛋白的基本结构：
Ig分子的基本单体结构是由4条肽链构成的对称结构，包括两条相同的重链(H链)和两条相同的轻链(L链）,彼此以二硫键连接而成.
1、重链和轻链:
⑴天然Ig单体结构中，两条重链同类，两条轻链同型。
⑵根据重链恒定区抗原性不同,Ig分5类,称为同种型(isotype)。
2、可变区与恒定区
通过前面讲过的抗原来引入抗体

通过图示讲述抗体的发现历史

通过图示讲解抗体和免疫球蛋白的区别

图示

图示

通过肢体语言举例，用身体做成“Y”字形结构来详细讲解免疫球蛋白单体的结构，以更形象,更生动的记住免疫球蛋白的结构

基本内容
教学手段和教学组织
⑴IgV区的高变区,Ig与抗原结合的CDR及Ig的独特型决定基指的是IgV区的同一个结构，所不同的是分别按其结构特点、功能及该区抗原性三个不同角度阐述而已。
⑵独特型
3、其它结构与有关功能和相关Ig共同学习
⑴铰链区
⑵J链
⑶分泌片
（二）Ig的功能区:Ig各条肽链通过链内二硫键连接并折叠成若干球形结构域，每个结构域约由110个氨基酸组成，提供一个活性部位或行使一种或多种生理功能，称为Ig的功能区.其二级结构是两个反向平行的β片层，两个片层中心的两个半胱氨酸残基由一个链内二硫键垂直连接，形成一个“β桶状"或“β三明治”结构。
1、VH/VL：抗原结合部位。由CDR构成凹槽状空间结构，供抗原决定基特异性结合。
2、CH1/CL：具有部分同种异型(allotype)的遗传标志。
3、铰链区：位于CH1和CH2之间。易变构,利于CDR与抗原决定基结合。与抗原决定基结合后使Ig由“T"→“Y”，暴露CH2上的补体结合点.
4、CH2：具有IgG的补体C1q结合点；IgG通过胎盘
5、CH3，CH4：具有IgM的补体C1q结合点；IgG可与不同细胞结合,产生不同的免疫效应；IgE的CH2,CH3与肥大细胞、嗜碱性粒细胞结合，介导Ⅰ型变态反应。
(三）Ig的水解片断：以IgG为例
1、木瓜蛋白酶(papain)：铰链区二硫键近N端
⑴2个Fab:与Ag结合（单价)
⑵1个Fc:结合补体，固定细胞，通过胎盘。
2、胃蛋白酶(pepsin):铰链区二硫键近C端
⑴1个F(ab’)2:与Ag结合（双价）.
图示及动画

图示J链和分泌片的结构和功能

图示

图示铰链区的结构和功能

图示

动画

列表比较

基本内容
教学手段和教学组织
⑵pFc’：无活性.
＊＊临床意义:胃蛋白酶水解片断F（ab')2保留了抗体活性，避免了Fc段引起的副作用,故抗毒素除去Fc段后，可浓缩纯化，且减少超敏反应的发生。
二、免疫球蛋白的异质性
（一）免疫球蛋白的类型
1、类（class）：依据C区抗原表位不同，重链可分γ、α、μ、δ、ε五种，对应的Ig分五类:IgG，IgA,IgM,IgD,IgE。
2、亚类（subclass):同一类Ig依据重链的抗原性及二硫键数目和位置的不同，可分亚类： IgG1～4,IgA1～2
3、型(type)：依据轻链C区抗原表位不同，轻链可分两型――λ和κ。
4、亚型(subtype）：依据轻链C区N端氨基酸排列的差异，可分亚型。
（二）外源因素所致的异质性—-免疫球蛋白的多样性
自然界抗原数目巨大且结构复杂,含多种抗原表位，每一表位均可诱导产生一种特异性抗体，故抗体总数亦巨大。包含针对各种抗原不同表位的特异性抗体和同一表位的不同类型的抗体.抗原 的多样性导致抗体的异质性。抗体的异质性反映出机体对抗原精细结构的识别和应答.
（三)内源因素所致的异质性-—免疫球蛋白的血清型
免疫球蛋白既可以与抗原特异性结合，本身又可以作为抗原激发机体产生特异性免疫应答.其抗原表位分三类,即同种型、同种异型、独特型.
1、同种型（isotype):指同一种属所有个体的Ig分子共有的抗原特异性标志，为种属性标志。存在于Ig C区。
2、同种异型（allotype）:指同一种属不同个体间Ig分子所具有的不同抗原特异性标志，为个体型标志。存在于Ig C区和V区。
3、独特型(idiotype，Id）:指每个免疫球蛋白V区所特有的抗原特异性标志,其表位又称为独特位（idiotope）.可见独特型存在于Ig的V区.独特型表位在异种、同种异体甚至同一个体内均可刺激产生相应的抗体，即抗独特型抗体(anti—idiotype antibody， AId）。参考教材P39图4-7，教材P174。

联系临床

图示
此处作为了解内容,不作为学生掌握的内容,简单通过图示来讲解

基本内容
教学手段和教学组织
三、Ig的功能（生物学活性)
(一)V区的功能：识别并特异性结合抗原，其特异性由CDR共同构成的环状凹槽决定。抗原抗体的结合特异、可逆。
(二)C区的功能：
1、激活补体：
⑴经典途径：激活能力以IgM最强(高于IgG500倍以上）。IgM>IgG3〉IgG1>IgG2
⑵替代途径：凝聚的IgA,IgG4，IgE。
2、与细胞膜上Fc受体结合：多种组织细胞膜上都有IgG等抗体的Fc受体,使抗体与不同细胞结合可产生不同的免疫效应。参见教材P41图4-9
⑴调理作用(opsonization)：IgG的Fc段与中性粒细胞、巨噬细胞的Fc受体（FcγR）结合，增强吞噬细胞的吞噬杀伤抗原的能力,此功能称为抗体的调理作用。（注意与补体的调理作用区别）
⑵抗体依赖的细胞介导的细胞毒作用（antibody dependent cell-mediated cytotoxicity， ADCC)：当IgG与带有相应抗原的靶细胞结合后，其Fc段可与NK细胞、Mφ、单核细胞的FcγR结合，促使细胞释放细胞毒颗粒,导致靶细胞死亡。称为ADCC。也可参考教材P94。
⑶介导Ⅰ型变态反应:IgE的Fc段可与肥大细胞和嗜碱性粒细胞上的FcεRⅠ结合，促使其合成和释放生物活性介质，引起过敏反应。详见ch19
3、穿过胎盘和粘膜
⑴通过胎盘：IgG选择性与FcRn(特异性IgG输送蛋白)结合,转移到滋养层细胞内，进入胎儿血循环。
⑵穿过粘膜：SIgA可通过呼吸道、消化道粘膜，是粘膜局部免疫的最主要的因素.
四、五类Ig的特性与功能
(一）IgG:(γ2L2）
1、含量：血清中最高，占血清总Ig的75％~80％。
2、个体发育：晚于IgM，出生后第3周合成，3～5岁接近成人水平.
图示免疫球蛋白的功能

动画演示调理作用

动画演示ADCC

联系临床

图示

基本内容
教学手段和教学组织
3、半衰期：20~23天,临床被动免疫以间隔2~3周重复给予为宜.
4、亚类:人IgG分为IgG1，2，3，4。
5、主要活性：IgG是抗感染中最主要的抗体,多数抗菌、抗病毒、抗毒素抗体都是IgG类。
⑴唯一通过胎盘，自然被动免疫，对新生儿抗感染有重要意义.
⑵激活补体经典途径：IgG1,2,3，需两分子
⑶调理作用
⑷ADCC
⑸与自身免疫病有关：某些自身抗体（如抗核抗体)为IgG，导致免疫损伤.
（二)IgM：（μ2L2）5－J
1、分子量最大，称为巨球蛋白.
2、主要活性和临床意义
⑴是个体发育中最早出现的Ig，胚胎后期的胎儿即可合成。故脐血中IgM增高提示胎儿有宫内感染.
⑵是抗原刺激后最早出现的抗体；抗原消失后其水平首先下降(半衰期5。6天)。血清中IgM增高，提示有近期感染和急性期感染，该指标有助于疾病的早期诊断。
⑶主要存在于血流内,不易透过血管。有强大的杀菌、激活补体、免疫调理作用（比IgG强500～1000倍)。故对早期防止菌血症、败血症有重要作用。
⑷天然血型抗体、类风湿因子（RF）为IgM。
⑸mIgM是BCR之一。
(三)IgA：有血清型IgA和分泌型IgA（SIgA）。
1、血清型IgA：（α2L2)，多以单体形式存在于血清中，有抗菌、抗病毒、抗毒素的作用。
2、分泌型IgA（SIgA）：(α2L2)2-J—Sp
⑴组成：2个IgA单体+J链+分泌片（Sp）,构成二聚体

列表比较五类免疫球蛋白的异同,主要让学生参考教科书上的表格

联系临床

基本内容
教学手段和教学组织
⑵合成和分泌部位：肠道、呼吸道、乳腺、唾液腺、泪腺等。
⑶SIgA的胞吞转运过程:参见教材P42图4-10
浆细胞分泌的双体IgA+粘膜上皮细胞基底膜的pIgR→吞饮,转运至粘膜上皮细胞游离面→酶作用下，pIgR在跨膜区与胞外部分断开→带Sp的SIgA分泌于细胞外(Sp提高了SIgA对分泌液中蛋白酶的抵抗力)
⑷主要活性和临床意义：
A。 是粘膜表面抗感染的主要Ig。中和毒素和病毒，阻止病原微生物与粘膜的吸附.SIgA合成功能低下的儿童易患消化道和呼吸道感染；慢性支气管炎发作也与SIgA的减少有一定关系。
B. 婴儿可从母亲初乳中获得SIgA，抵抗消化道感染，是重要的自然被动免疫.
（四）IgD:（δ2L2)
1、含量：血清中很低
2、半衰期：很短（3天)，易被酶水解
3、主要活性
⑴血清IgD功能不清
⑵mIgD是B细胞成熟的重要表面标志,未成熟B细胞只表达mIgM，成熟B细胞同时表达mIgM和mIgD，受抗原刺激可活化。活化后的B细胞和记忆性B细胞膜上的mIgD逐渐消失。也可参考教材P110
（五)IgE：(ε2L2）
1、含量:最少
2、产生部位：鼻咽部、扁桃体、支气管、胃肠粘膜固有层浆细胞。也是变应原入侵和过敏反应易发生的场所。
3、主要活性：为亲细胞型抗体，其CH2/CH3功能区与肥大细胞、嗜碱性粒细胞上FcεRⅠ结合，引起Ⅰ型变态反应.可能与抗寄生虫免疫有关。(详见ch19）

五、人工制备抗体
(一)多克隆抗体（polyclonal antibody, PcAb)

图示

联系临床

图示比较五类免疫球蛋白

基本内容
教学手段和教学组织
1、概念：由体内多个B细胞克隆针对抗原物质上不同的抗原决定基产生的多种抗体混合物.
2、制备条件：大多数抗原分子具备多种抗原决定基或表位，每一种表位均可刺激机体的一个特异性B细胞克隆产生一种特异性抗体.传统制备抗体的方法是用包含多种抗原决定基的抗原免疫动物，收获的动物免疫血清实际上是多种抗体的混合物。
3、获得途径：动物免疫血清，恢复期病人血清、免疫接种人群。
4、优势：作用全面，具有中和抗原，免疫调理、ADCC等作用。
5、缺点：特异性不高，易出现交叉反应.
(二)单克隆抗体(monoclonal antibody, McAb）
1、概念：由一个识别1种抗原表位的B细胞克隆产生的同源抗体，称为单克隆抗体
2、制备原理:杂交瘤技术。小鼠骨髓瘤细胞在体内外可无限增殖，但不分泌抗体；经抗原免疫的小鼠脾细胞能产生抗体，但在体外不能无限增殖。将两种细胞融合而得到杂交瘤细胞,则同时具有无限增殖和分泌抗体的特性。参见教材P46图4-11
3、优点：抗体结构高度均一，纯度高，特异性强，效价高，少或无血清交叉反应，易于大量制备.
4、缺点：因是鼠源性抗体对人具有较强的免疫原性，可诱导人抗鼠的免疫应答,甚至导致免疫病理损伤.
(三）基因工程抗体(genetic engineering antibody）
通过DNA技术，解决单克隆抗体的鼠源性问题。

举例

图示多克隆抗体的产生过程

图示单克隆抗体的产生过程

图示及动画比较多克隆抗体和单克隆抗体的异同

联系当前抗体的发展方向讲解基因工程抗体

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