第二节　免疫球蛋白及其遗传

与抗体有关的诺贝尔奖获得者 1901 血清治疗 1908 抗体生成、吞噬 1972 抗体分子结构 1977 放射免疫测定 1984 von Bering 血清治疗 1908 Ehrlich & Metchnikoff 抗体生成、吞噬 1972 Edelman & Poter 抗体分子结构 1977 Yalow 放射免疫测定 1984 Koler,Milstein & Jerne 单克隆抗体 1987 Tonegawa Ig基因结构

抗体——生物体内最奇妙的分子 无限的多样性（diversity) 功能与结构的双重性 可变区——抗原结合 恒定区——生物学效应功能 分泌型和膜型表达

一 抗体的基本结构分类及功能区 Ig是血液和组织液中的一类糖蛋白。 其主体是体液免疫应答的主要效应分子——抗体(Ab)。 一　抗体的基本结构分类及功能区 Ig是血液和组织液中的一类糖蛋白。 其主体是体液免疫应答的主要效应分子——抗体(Ab)。 机体能产生Ab的种类是十分惊人的。

1、抗体的基本结构

抗体的基本结构 Ig分子基本结构是由四个肽链组成的。 包括二条较小的轻链和二条较大的重链。 轻链与重链之间是由二硫键连接形成Ig分子单体。

2、Ig的肽链及其分类 轻链有两种： κ链和λ链。一个Ig分子只能具有两种链中的一种。 重链分5种： μ、δ、γ、α、ε链。 它们决定了Ig或Ab的类别或同种型，即IgM、IgD 、IgG 、IgA 和IgE。

其中有些类别还再分为亚类。 例如： 人的γ链有4种：γ1、γ2、γ3、γ4。 小鼠的γ链也有4种：γ1、γ2a、γ2b和γ3。人的α链还分为α1、 α2两种。 因此人类免疫球蛋白的类别包括亚类共有9种，小鼠有8种。

Diversity - Different Classes and Subclasses IgM Igm IgG Igg IgA Iga IgE Ige IgD Igd Diversity - Different Sequences and Specificity

各类免疫球蛋白的生物学活性

3、可变区和恒定区 可变区和抗原识别有关，决定抗体识别的特异性，而恒定区和效应功能相关。 此外在Y形分子伸出的两臂和主干之间还有个可弯曲的铰链区(hinge R)，能改变两个结合抗原的Y形臂之间的距离。 两臂之间的角度可有自0°到90°的变化，这样有利于两臂同时结合位于抗原上分布于不同位置的表位。

分泌型的IgM和IgA可具有多聚体的形式。 IgM分子是五聚体，在粘膜分泌液中的IgA是二聚体，它们的单体以二硫键和称为J链的多肽链彼此相联。

IgM和SIgA结构示意图

铰链区

Ig的铰链区及其功能

Ig中只有IgD、IgG、IgA有铰链区，IgM和IgE没有，但其还有相对的弯曲性(在相应于铰链区的部位为其他结构)。

4 功能性抗体片段 免疫球蛋白的分子还有一个特点，即其中有些部分容易酶解，所以在一定条件下，可以解离为各种片段。 4　功能性抗体片段 免疫球蛋白的分子还有一个特点，即其中有些部分容易酶解，所以在一定条件下，可以解离为各种片段。 常用的酶为木瓜蛋白酶(papain)和胃蛋白酶(pepsin)。

IgG分子的基本结构及其片段 VL，CL分别代表轻链的V区和C区； VH，CH1，CH2，CH3重链的V区和C区的3个结构； Fv　VH＋VL； S－S　二硫键； …　虚线代表酶切位置

抗体分子片段 木瓜蛋白酶

名称由来：有抗原结合的功能(fragment antigen biding)，由一个轻链和部分重链(VH+CH1)构成。 Fc片段很快就能结晶(fragment crystalizable)，相应于CH2、CH3、CH4的部分。 Fc介导抗体的效应功能，和细胞或其他效应分子起作用，如结合细胞和补体等。

抗体分子片段 胃蛋白酶

F(ab’)2由两个Fab和联结的铰链区组成。

Fv是保留抗体结合能力的最小单位，由VH＋VL构成。

5 Ig基因和抗体的多样性 Ig不同于其他蛋白在于其肽链由两部分构成，V区和C区。 它们是由两个基因编码的。 基因重排(gene rearrangement)： V基因由几个分隔在不同位置的基因片段在B细胞发育过程中被带到一起拼接而成。 但为何会有 如此多的 V基因 ？？？

编码人和小鼠轻重链的Ig基因分别位于不同的染色体上，总体分为编码V区和C区的两大部分。 重链的胚系基因中有许多基因片段(gene segment) 　包括：众多的V基因片段(variable segment)，多个D基因片段(diversity segment)和几个J基因片段(joining segment)。

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210 220 50 40 30 20 10 CDR1 CDR2 CDR3 抗 体 分 子 的 多 样 性 Igl 链 的 氨 基 酸 序 列 酸残基的变异率 相应位置上氨基 对来自不同B细胞克隆的Ig轻链氨基酸序列进行比较，发现V区的变化主要集中在3个分别由6－10个氨基酸残基组成的狭小区域内。这3个区又被称作高可变区或互补决定区（CDR），参与抗原结合部位的组成。

（一）重链基因 人重链可变区基因定位在第14条染色体长臂上，跨度约有1100kb。 约包括95个VH基因片段，在不同的单元型中VH基因片段的数目可以有些不同，这主要因为有一些VH 基因片段的插入或缺失。

这些VH 基因片段对分为7个家族VH 1~ VH 7，其中VH 3是最大的家族，其次为VH 1、 VH 4家族。 同一家族中核苷酸序列的同源性至少为80％，同一家族的片段并不群集在一起，而是混杂分布。 VH片段中有些是不表达的非功能性片段，功能性片段有65个。

重链的基因结构：人

功能性片段 是指具有开放阅读框(ORF)，并在B细胞发生过程中重排过的片段。 人的D基因片段接在VH基因片段之后．约有27个功能性片段；其后为6个功能性JH片段。 但人的VH 和D基因片段，除了在第14条染色体外，根据染色体定位和杂交等方法发现在其他染色体上也有，在第15、16条染色体共检出24个VH 片段，在第15条染色体上还检出D片段，然而它们都不属于VH功能性基因。

重链的基因结构：鼠

小鼠的重链基因 小鼠的重链基因位于第12条染色体上，其VH基因片段数变化很大，从100到1000以上，这是随着检测方法和小鼠品系变化而不同。 根据同源性可分为14个家族，不同于人的是很多家族的片段集群在一起。

（二）κ链基因

κ链的基因结构及重组

（三）λ链基因

λ链的基因结构

二　免疫球蛋白基因重排 免疫球蛋白基因重排(Ig gene rearrangement)是通过一组V(D)J重组酶(recombinase)的作用而实现的。 其作用包括识别位于V、(D)、J基因片段两侧的保守序列，切断以及修复DNA等。 这保守序列称为重组信号序列(recombination signal sequence,RSS)。

一、重组信号序列 (recombination signal sequences, RSS)

二、重链可变区的VDJ重组

可变区V(D)J重组机制

通过RSS形成茎襻状结构

κ: V-12 23-J 12/23 base pair role (1+2 turn role) λ: V-23 12-J H: V-23 12-D-12 23-J

V(D)J重组的缺失机制(a) 和倒转机制(b)

抗体多样性的来源 胚系基因所携带的信息 VH D JH VK JK 50×25×6×40×5＝1.5×106

2. B细胞个体发生过程中, 重组时CDR3所形成的多样性(不依赖抗原） ●接头处的多样性

VJ重组时接头处的变化 V CCTCCC J TGGACG 95 P 96A - 96 W R 97 T

V(D)J重组时接头处的变化： P核苷酸和N区的形成

D基因形成的多样性 6种阅读框架 D-D融合 10% DIR基因 7% 估算: 1014

3. 体细胞突变: 成熟B细胞经抗原刺激后产生 局限于V区的高频率随机突变 亲和力成熟

受体编辑(receptor editing)和免疫耐受 Ig可变区的再次重组

再次重组

自身抗原结合诱发再次重组——受体编辑 克隆选择机制→受体选择机制