心智圖資源庫 醫學免疫學—抗體
《醫學免疫學》人民衛生出版社 第7版 第四章 抗體,主要包含抗體的結構、抗體的多樣性及免疫原性、抗體的功能、各類抗體的特性與功能等。
編輯於2024-03-23 18:57:39Einhundert Jahre Einsamkeit ist das Meisterwerk von Gabriel Garcia Marquez. Die Lektüre dieses Buches beginnt mit der Klärung der Beziehungen zwischen den Figuren. Im Mittelpunkt steht die Familie Buendía, deren Wohlstand und Niedergang, interne Beziehungen und politische Kämpfe, Selbstvermischung und Wiedergeburt im Laufe von hundert Jahren erzählt werden.
Einhundert Jahre Einsamkeit ist das Meisterwerk von Gabriel Garcia Marquez. Die Lektüre dieses Buches beginnt mit der Klärung der Beziehungen zwischen den Figuren. Im Mittelpunkt steht die Familie Buendía, deren Wohlstand und Niedergang, interne Beziehungen und politische Kämpfe, Selbstvermischung und Wiedergeburt im Laufe von hundert Jahren erzählt werden.
Projektmanagement ist der Prozess der Anwendung von Fachwissen, Fähigkeiten, Werkzeugen und Methoden auf die Projektaktivitäten, so dass das Projekt die festgelegten Anforderungen und Erwartungen im Rahmen der begrenzten Ressourcen erreichen oder übertreffen kann. Dieses Diagramm bietet einen umfassenden Überblick über die 8 Komponenten des Projektmanagementprozesses und kann als generische Vorlage verwendet werden.
Einhundert Jahre Einsamkeit ist das Meisterwerk von Gabriel Garcia Marquez. Die Lektüre dieses Buches beginnt mit der Klärung der Beziehungen zwischen den Figuren. Im Mittelpunkt steht die Familie Buendía, deren Wohlstand und Niedergang, interne Beziehungen und politische Kämpfe, Selbstvermischung und Wiedergeburt im Laufe von hundert Jahren erzählt werden.
Einhundert Jahre Einsamkeit ist das Meisterwerk von Gabriel Garcia Marquez. Die Lektüre dieses Buches beginnt mit der Klärung der Beziehungen zwischen den Figuren. Im Mittelpunkt steht die Familie Buendía, deren Wohlstand und Niedergang, interne Beziehungen und politische Kämpfe, Selbstvermischung und Wiedergeburt im Laufe von hundert Jahren erzählt werden.
Projektmanagement ist der Prozess der Anwendung von Fachwissen, Fähigkeiten, Werkzeugen und Methoden auf die Projektaktivitäten, so dass das Projekt die festgelegten Anforderungen und Erwartungen im Rahmen der begrenzten Ressourcen erreichen oder übertreffen kann. Dieses Diagramm bietet einen umfassenden Überblick über die 8 Komponenten des Projektmanagementprozesses und kann als generische Vorlage verwendet werden.
抗體 antibody,Ab
一、抗體的結構
抗體的基本結構
總述
由兩條完全相同的重鏈和兩條完全相同的輕鏈透過二硫鍵連接的呈Y形的單體(四肽鏈結構)
輕鏈
由2個約含有110個胺基酸、序列相似但是功能不同球形結構域(domain)組成
重鏈
由4~5個約含有110個胺基酸、序列相似但是功能不同球狀結構域(domain)組成
VH:重鏈可變區、CH:重鏈恆定區、VL:輕鏈可變區、CL:輕鏈恆定區
分述
重鍊和輕鏈
重鏈(heavy chain, H)
特點
分子量約50~75kD(450~550 aa),含4~5個結構域
分類(依據重鏈恆定區CH抗原性的差異)5類
μ鏈
γ鏈
IgG1
IgG2
IgG3
IgG4
α鏈
IgA1
IgA2
鏈
鏈
不同種類抗體的特徵差異
結構域的數目 (IgE,IgM:重鏈有5個結構域)
鉸鏈區的長度 (IgE,IgM 沒有)
二硫鍵的數目和位置
連接寡糖的數量
輕鏈 (Light chain, L)
特點
分子量比較小(25 kD),包含2個結構域
分類(依據輕鏈恆定區CL抗原性的差異) 2類
κ(kappa)
λ(lambda)
λ1
λ2
λ3
λ4
重要特徵
天然抗體的兩條輕鏈的型別總是相同
但同一個體內可存在分別帶有κ或λ鏈的抗體分子
五類抗體中每種抗體的輕鏈都可以有κ和λ鏈,兩型輕鏈的功能無差異
不同種屬體內兩型輕鏈的比例不同
κ:λ比例的異常可能反映免疫系統的異常
可變區和恆定區
可變區(variable region, V區)
定義
抗體分子中重鏈和輕鏈靠近N端的110個胺基酸序列變化比較大,其形成的結構域稱為可變區,即VH和VL
相關概念
高變區(hypervariable region,HVR)
又稱:互補決定區(complementarity determining region,CDR)
高变区形成与抗原表位互补的空间构象
定義
VH和VL各有3個區域的胺基酸組成和排列順序高度可變
特點
一般HVR3(CDR3)序列變化程度最高
主要作用
重鍊和輕鏈V區6個CDR共同組成抗體的抗原結合部位(Antigen-binding site),決定抗體的特異性,負責辨識與結合抗原,發揮免疫效應
骨架區(framework region,FR)
定義
V區中CDR之外區域的胺基酸組成與排列順序相對變化不大,稱為骨架區
VH或VL各有4個骨架區
FR1
FR2
FR3
FR4
主要作用
穩定CDR區的空間構型,以便於抗體CDR與抗原決定簇間的精細、特異性結合
恆定區(constant region, C區 )
定義
抗體分子中重鏈和輕鏈靠近C端的胺基酸組成和排列順序比較恆定,其形成的結構域稱為恆定區,即CH和CL
特點
不同類別(class)的抗體的CH長度不同
IgG,IgD,IgA有3個CH結構域
3A戰術是GooD的
IgE和IgM有4個CH結構域
EZ4Me
鉸鏈區(hinge region)
位置
CH1與CH2之間(IgM與IgE無)
IgM
IgE
結構特點
富含脯胺酸,容易伸展彎曲
功能
有利於Ig兩臂的活動,有利於兩臂同時結合兩個相同的表位
理化性質
易被蛋白酶(木瓜蛋白酶、胃蛋白酶等)水解
舉例
不同Ab的鉸鏈區長度不一
IgG1、IgG2、IgG4和IgA的鉸鏈區較短
IgG3和IgD的鉸鏈區較長
IgM和IgE無鉸鏈區
抗體的輔助成分(附屬結構)
J鏈(joining chain)
組成
由124個胺基酸組成,富含半胱胺酸的酸性糖蛋白
來源
漿細胞合成
分子量
15KD
功能
將單體Ab分子連接為二聚體或多聚體
舉例
IgA二聚體
IgM五聚體(Me=吾=五)
5個IgM單體由二硫鍵相互連接,並透過二硫鍵與J鏈連接形成五聚體
IgG/IgE/IgD無J鏈
注意事項
J鏈(基因名:JCHAIN)與編碼抗體的J基因並非同一個基因
分泌片(secretory piece, SP)
定義
又稱分泌成分(secretory component,SC),是分泌型IgA分子上的輔助成分(非共價結合於IgA二聚體上,使其成為分泌型IgA,即SIgA),為含糖的勝肽鏈
分子量
75KD
來源
由黏膜上皮細胞合成和分泌
功能
保護SIgA的鉸鏈區免受蛋白水解酶降解的作用
介導SIgA二聚體從黏膜下經由黏膜上皮細胞轉運到黏膜表面
抗體分子的水解片段
木瓜蛋白酶(papain)的水解片段
位點
重鏈鉸鏈區二硫鍵連接的近N端
產物
抗原結合片段(fragment antigen binding, Fab) x2
組成
VL/CL/VH/CH1
特點
只與單一抗原表位結合,為單價抗體,大小約50kD
可結晶片段(fragment crystallizable, Fc) x1
組成
CH2/CH3
特點
無抗原結合活性
是抗體與FC受體或效應分子結合的部位
胃蛋白酶(pepsin)的水解片段
位點
重鏈鉸鏈區二硫鍵的C端,不具特異性
產物
1個F(ab′)2片段
組成
2個Fab
鉸鏈區
特點
可以同時結合兩個抗原表位,為雙價抗體
既保留了結合相應抗原的生物活性,又避免了Fc段抗原性可能引起的副作用和超敏反應
應用
生物製品,如白喉抗毒素、破傷風毒素經胃蛋白水解後精製提純的製品
一些小片段pFc′
特點
最終被降解不發揮生物學作用
免疫球蛋白超家族(immunolobulin superfamily,IgSF)
定義
除Ig外,還有大量蛋白質包含類似的免疫球蛋白摺疊(immunoglobulin fold)結構域,它們共同組成免疫球蛋白超家族
結構特點
免疫球蛋白超家族分子至少包含一個70~110個胺基酸組成的Ig結構域,折疊成反平行的β片層結構,片層間呈現疏水性,透過二硫鍵相連,形成免疫球蛋白折疊
舉例
IgSF分子分佈廣泛,多與免疫系統相關
T細胞的抗原受體
T細胞的輔助受體CD4和CD8
B細胞的輔助受體CD19
大部分免疫球蛋白Fc受體
協同刺激分子
部分細胞激素及其受體
二、抗體的多樣性與免疫原性
抗體的多樣性
如何證明抗體具有多樣性?
不同抗原刺激B細胞所產生的抗體在特異性以及類型等方面均不盡相同
抗體為什麼需要多樣性?
抗體與抗原的結合特異性高,抗原表位的多樣性需要多樣性的抗體與之結合
抗體的多樣性是如何產生的?
由免疫球蛋白基因重排決定並經抗原選擇表現出來的,反映了機體對抗原精細結構的辨識與反應
抗體的免疫原性
定義
抗體本身也具有免疫原性,可激發身體產生特異性免疫反應
結構和功能的基礎
抗體分子中的抗原表位
依據抗原表位分類出3种血清型
同種型(isotype)
定義
同一種屬不同個體的抗體分子會刺激異種個體產生相同的血清型,稱為同種型
特點
恆定區共有大量相同的抗原表位,只對異種個體具有免疫原性
是同一種屬所有個體Ab分子共有的抗原特異性標誌,為種屬型標誌
存在於Ab的C區
舉例
使用小鼠IgG的CH CL作為抗原免疫山羊,從山羊中分離的抗體能夠識別所有小鼠的IgG抗體的C區,其識別的即為小鼠IgG的同種型抗原表位,在Western Blot中可用作羊抗鼠的二抗辨識一抗
同種異型(allotype)
定義
同一種屬中A個體的抗體能夠刺激B個體產生特異性免疫反應,其血清型稱為同種異型
特點
同種異型抗原表位由抗體恆定區(C區)中少量的差異性抗原表位組成
同種異型抗原抗原決定位對異種和同種異體都具有免疫原性
舉例
例如,新冠康復患者A體內分離的病毒特異性中和抗體,在註射到患者B體內,進行治療出現排異反應,導致阻斷病毒感染的效果不佳
根本原因是抗體C區基因在人群中存在不同的等位基因,產生不同的同種異型抗原表位
拓展
同種異型抗原性的差異往往只有一個或幾個胺基酸殘基的不同,可能是由於編碼Ig的結構基因發生點突變所致,並被穩定地遺傳下來,因此Ig同種異型可作為一種遺傳標記(genetic markers),此標記主要分佈在CH和CL上
獨特型(idiotype, Id)
定義
同一個體內不同抗體分子也具有不同的免疫原性,稱為獨特型
一個抗體分子可變區的全部抗原表位的特異性組合稱為獨特型(idiotype)
特點
獨特型是每個抗體分子所特有的抗原特異性標誌
其表位稱為獨特位元(idiotope)
抗体的每个Fab段约有5~6个独特位,它们存在于V区
獨特型在異種、同種異體甚至同一個體內均可刺激產生相應抗體,即抗獨特型抗體(anti-idiotype antibody,AId或Ab2)
舉例(注意區分獨特型與獨特位)
獨特位1是Ab1上與抗原表位結合的部位,它誘導產生的Ab2又稱Ab2β,為抗原“內影像”,可模擬抗原並競爭性抑制Ab與抗原的結合
獨特位2存在於Ab1的骨架區(FR),它誘導產生的Ab2又稱為Ab2α
五、人工製備抗體
多克隆抗體(polyclonal antibody, pAb)
定義
抗原物質活化多個B細胞克隆後得到的針對不同抗原表位的抗體混合物,稱多克隆抗體(polyclonal antibodies, pAb)
獲得途徑
主要包括動物免疫血清、恢復期患者血清、免疫接種族群
優點
作用全面,具有中和抗原、調理作用、ADCC等重要作用
來源廣泛且製備容易
缺點
特異性不高,容易出現交叉反應
不易大量製備
單株抗體(monoclonal antibody,mAb)
定義
單株化的雜交瘤細胞產生的僅辨識一種抗原表位的特異性抗體稱為單株抗體(monoclonal antibody,mAb),簡稱單抗
製備原理
B細胞能產生抗體,但不易在體外培養
骨髓瘤細胞能在體內、外無限增殖,但不能分泌抗體
兩者形成的雜交瘤細胞既能大量增殖,又能合成和分泌特異性抗體
特點
結構均一、純度高
特異性強
易於製備
製備流程
製備目標抗原免疫小鼠,刺激小鼠產生抗原特異性B細胞
分離小鼠脾臟細胞(含B細胞)與HGPRT(次黃嘌呤-鳥嘌呤磷酸核糖轉移酶)缺陷型小鼠骨髓瘤細胞在聚乙二醇(polyethylene glycol,PEG)作用下進行細胞融合
加入HAT(次黃嘌呤、氨基蝶呤、胸腺嘧啶脫氧核苷)選擇培養基篩選融合後的雜交瘤細胞。未融合的骨髓瘤細胞和B細胞因死亡
篩選出能特異性辨識目標抗原的雜交瘤細胞克隆
大量擴增特異性的雜交瘤細胞克隆,分離細胞培養上清,純化後獲得單株抗體
基因工程抗體(genetic engineering antibody)
定義
透過基因工程技術製備的抗體或抗體片段
針對性
既要保持mAb均一性、特異性強的優點,又要克服其為鼠源性的弊端
基因工程技術製備嵌合抗體和人源化抗體
拓展
噬菌體展示技術
酵母展示技術
臨床
2002年全球第一個全人源單抗阿達木單抗(Adalimumab, Humira/修美樂) 被FDA批准上市治療類風濕性關節炎,開啟了全人源抗體先河,十年銷量突破百億美元,隨後每年銷售量都在百億美元之上,從2012年開始連續九年蟬聯“藥王”
四、各類抗體的特性與功能
IgG(主力軍)
出生3個月開始合成,3~5歲達成人水平
是血清和胞外液中含量最高的Ig,佔血清Ig的75%-80%
是半衰期最長的Ig,約20-23天
是唯一可以通過胎盤的抗體,IgG1/3/4可以穿越胎盤屏障,在新生兒抗感染免疫中扮演重要角色
IgG1/2/3的Fc段可以活化補體,並與巨噬細胞和NK細胞表面的Fc受體結合發揮調理作用和ADCC作用
某些自體抗體如抗甲狀腺球蛋白抗體、抗核抗體,以及引起Ⅱ、Ⅲ型超敏反應的抗體也屬於IgG
IgG是再次免疫反應的主要抗體,親和力高且分佈廣泛,是機體抗感染的“主力軍”
人類IgG1、IgG2和IgG4可以透過Fc段與葡萄球菌蛋白A(Protein A)結合,藉此純化抗體或做診斷分析
超過2/3上市的抗體藥物的生產都是使用protein A進行抗體純化,一步純化的抗體純度可達95%以上
(先頭部隊)
IgM佔血清免疫球蛋白總量的5%~10%,血清濃度約1-1.5 mg/ml
單體IgM以膜結合型(mIgM)表達於B細胞表面,構成B細胞抗原受體(BCR),只表達mIgM是未成熟B細胞的標誌
分泌型IgM為五聚體,是分子量最大的Ig,稱為巨球蛋白(macroglobulin)
一般不能通過血管壁,主要存在於血液中
五聚體IgM含10個Fab段,具有很強的抗原結合能力(五價!);含5個Fc段,比IgG更容易活化補體
IgM是個體發育過程中最早合成分泌的抗體
在胚胎發育晚期的胎兒即能產生IgM
故臍帶血某些病毒特異性IgM水平升高表示胎兒有子宮內感染(如風疹病毒或鉅細胞病毒等感染)
IgM也是初次體液免疫反應中最早出現的抗體,是機體特異性抗感染的「先頭部隊」
血清中檢出病原體特異性IgM,提示新近發生感染,可用於感染的早期診斷
(邊防軍——SIgA)
IgA有血清型和分泌型兩型。血清型為單體,主要存在於血清中,佔血清免疫球蛋白總量的10%~15%
分泌型IgA(secretory IgA,SIgA)為二聚體,由J鏈連接,含SP,經黏膜上皮細胞分泌至外分泌液(注意與血清Ig的縮寫區分)
SIgA電鏡觀察結果
SIgA合成和分泌的部位在腸道、呼吸道、乳腺、唾液腺和淚腺,SIgA是外分泌液中的主要抗體類別,參與黏膜局部免疫,透過與相應病原微生物(細菌、病毒等)結合,阻止病原體黏附到細胞表面,因而在局部抗感染中發揮重要作用,是機體抗感染的「邊防軍」。 SIgA在黏膜表面也有中和毒素的作用
新生兒易患呼吸道、胃腸道感染可能與IgA合成不足有關
嬰兒可從母親初乳中獲得SIgA,是重要的自然被動免疫
正常人血清IgD濃度很低(約0.03 mg/ml),僅佔血清Ig總量的0.3%
IgD可在個體發育的任何時間產生
五類Ig中,IgD的鉸鏈區較長,易被蛋白酶水解→其半壽期很短(僅3天)
IgD分為血清型和膜結合型
血清型
生理功能尚不明確
膜結合型
膜結合型IgD(mIgD)是B細胞分化發育成熟的標誌
未成熟B細胞僅表達mIgM
成熟B細胞可同時表現mIgM和mIgD,稱為初始B細胞(naïve B cell)
B細胞被抗原活化後其表面的mIgD逐漸消失
IgE分子量為160kD,是正常人血清中含量最少的Ig,血清濃度極低,約0.0003 mg/ml
主要由黏膜下淋巴組織中的漿細胞分泌
是一類親細胞抗體
其CH2及CH3結構域可與肥大細胞、嗜鹼性球上的高親和力FcεRⅠ結合,當結合再次進入機體的抗原後可引起Ⅰ型超敏反應
可以參與身體抗寄生蟲免疫
透過活化肥大細胞、嗜酸性、嗜鹼性球釋放毒性物質毒殺寄生蟲
三、抗體的功能
抗體V區的功能
辨識並特異性結合抗原
CDR起決定性作用
結合病原微生物及其產物,扮演中和毒素、阻斷病原入侵等功能
相關概念
抗原結合價
Ig結合表位的個數
舉例
單體Ab
2價
SIgA
4價
五聚體IgM
理論上為10價,但由於空間位阻,實際為5價
抗體C區的功能
活化補體
抗體與對應抗原結合後,抗體構形改變暴露CH2和CH3中的補體結合點活化補體經典途徑
抗體特異性
IgM、IgG1和IgG3活化補體能力較強
IgG2能力較弱
IgA、IgE和IgG4本身難以活化補體,需要形成聚合物透過旁路途徑活化補體系統
結合Fc受體
透過其Fc段與表面具有對應Fc受體(FcR)的細胞結合,產生不同的生物效應
調理作用(opsonization)
定義
細菌特異性IgG(IgG1&IgG3):Fab結合細菌抗原表位,Fc結合巨噬細胞或嗜中性球FcγR,透過IgG的「橋聯」作用促進吞噬細胞對細菌的吞噬
相關概念
調理素(opsonin)
是透過標記免疫反應抗原或標記死細胞以進行再循環來增強吞噬作用的任何分子
舉例
抗體
補體
週邊血循環蛋白
調理作用(opsonization)
是一種分子機制,透過化學修飾分子,微生物或凋亡細胞與吞噬細胞上的細胞表面受體發生更強的相互作用 。包被在調理素中的抗原,與免疫細胞的結合大大增強
抗體依賴的細胞介導的細胞毒作用(antibody-dependent cell-mediated cytotoxicity,ADCC)
定義
是指標靶細胞膜表面抗原結合特異性的抗體,活化免疫效應細胞裂解標靶細胞的作用,是一種細胞介導的免疫防禦機制。
特點
是適應性免疫反應的一部分,也是體液免疫反應的一部分
抗體與標靶細胞上的抗原結合是特異性的,而表達FcR細胞的殺傷作用是非特異性的
相關免疫效應細胞
自然殺手(NK)細胞
介導ADCC的主要細胞
巨噬細胞
嗜中性球
嗜酸性球
介導Ⅰ型超敏反應
相關概念
Ⅰ型超敏反應
定義
又稱過敏性反應(anaphylaxis)或速髮型超敏反應(immediate hypersensitivity)
特點
反應迅速,消退也快
有明顯的個體差異和遺傳傾向
一般僅造成生理功能失調而無嚴重的組織損傷
IgE介導,肥大細胞、嗜鹼性球、嗜酸性球等釋放生物活性物質
組織胺
5-羥色胺
慢反應物質-A(SPS-A)
舉例
過敏性休克
藥物引起的藥疹
食物引起的過敏性胃腸炎
花粉或塵埃引起的過敏性鼻炎、支氣管氣喘等
結構基礎
IgE為親細胞抗體,其Fc與肥大細胞及嗜鹼性球表面的高親和力IgE FcR結合,使其致敏
意義
相同變應原(過敏原)再次結合致敏標靶細胞表面IgE,引發I型超敏反應
穿過胎盤和黏膜
穿過胎盤
結構基礎
人類中IgG是唯一能通過胎盤的免疫球蛋白
子主題胎盤母體一側的滋養層細胞表達一種IgG輸送蛋白,即neonatal FcR,FcRn——新生Fc段受體
作用機理
IgG選擇性與FcRn結合,從而轉移到滋養層細胞內,並主動進入胎兒血液循環中
意義
是重要的自然被動免疫機制,對新生兒抗感染具有重要意義
穿過黏膜
結構基礎
SIgA(IgA二聚體 分泌片)
黏膜上皮細胞表現的多聚免疫球蛋白受體(poly-Ig receptor,pIgR)
作用機理
SIgA與多聚免疫球蛋白受體(pIgR)結合後,IgA-pIgR複合物被內吞進入腸上皮細胞,再透過酵素和胞吐作用將SIgA轉運到腸腔
SIgA的分泌片(SP)
即PIgR胞外段的4个结构域
基本概念
抗體 (Antibody, Ab)
是介導體液免疫的重要效應分子,是免疫系統在抗原的刺激下由B細胞或記憶B細胞增殖分化成的漿細胞產生的免疫球蛋白,可以與相應的抗原發生特異性結合,主要分佈在血清中,也分佈於組織液、外分泌液及某些細胞膜表面。
免疫球蛋白 (Immunoglobulin, Ig)
定義
具有抗體活性或化學結構與抗體相似的球蛋白
分類
分泌性免疫球蛋白(secreted Ig, sIg)
即抗體
膜型免疫球蛋白(membrane Ig, mIg)
表達於B細胞膜表面,即B細胞的抗原辨識受體(BCR)
球蛋白≠免疫球蛋白
球蛋白
正常血清蛋白
血浆蛋白:70~75 g/L ①白蛋白:38~48 g/L ②球蛋白:15~30 g/L γ球蛋白:12~17 g/L ③纤维蛋白原:2~4 g/L
应用
多发性骨髓瘤, γ球蛋白增多
肝炎:白蛋白、α及β-球蛋白减少,γ-球蛋白增高
α1球蛋白
α2球蛋白
β球蛋白
γ球蛋白
IgG,IgA,IgM,IgD,IgE (即,抗體,免疫球蛋白)
結構域(功能區)
二級結構
“β桶狀”
由幾股多肽鏈折疊形成的兩個反向平行的β片層經由一個鏈內二硫鍵連接成穩定的β桶狀結構