抗体和免疫球蛋白培训课件.ppt

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1、抗体和免疫球蛋白,抗体和免疫球蛋白,诺贝尔奖得主的获奖工作 1901年 德国学者 Behring因发现抗毒素血清，开创免疫血清疗法之先河 1908年 德国学者Ehrlic 提出抗体生成侧链学说和模板学说,2,抗体和免疫球蛋白,诺贝尔奖得主的获奖工作2抗体和免疫球蛋白,抗体是B细胞识别抗原后增殖分化为浆细胞所产生的一种可特异性结合抗原的蛋白质(免疫球蛋白）,3,抗体和免疫球蛋白,抗体是B细胞识别抗原后增殖分化为浆细胞所产生的一种可特异性结, 1968和1972的两次国际会议上将具抗体活性或化学结构与抗体相似的球蛋白统一命名为免疫球蛋白(Immunoglobulin, Ig)； 目前认为抗体与免疫

2、球蛋白完全相同。 抗体存在于血清等体液中. 免疫球蛋白的分布: 分泌型存在于体液中,具抗体功能; 膜型作为抗原受体存在于B细胞膜上, 即BCR.,4,抗体和免疫球蛋白,4抗体和免疫球蛋白,一.免疫球蛋白的基本结构（一）重链与轻链 (heavy chain & light chain) 免疫球蛋白基本结构 亦称 基本四肽单位或Ig单体， 由两条重链与两条轻链组成.,第1节 免疫球蛋白的结构,5,抗体和免疫球蛋白,一.免疫球蛋白的基本结构 第1节 免疫球蛋白的结构,1. 重链 重链的类 五类重链为:相应的免疫球蛋白分子为: 重链的亚类: IgG和IgA根据其铰链区氨基酸组成和重链二硫键数目与位置的

3、差异又分为若干亚类，如IgG1, IgG2, IgG3, IgG4; IgA1, IgA2,2. 轻链 轻链的型:分为 与 两型, 每个免疫球蛋白分子上的轻链.型别都是相同的. 轻链的亚型: 型又可分为 1、2、3 和 4 等四个亚型.,、 、 、 ， IgG、 IgA、IgM、IgD、IgE,6,抗体和免疫球蛋白,1. 重链 2. 轻链 、 、 、 ，6抗,(二) Ig的功能区 可变区（V区）与恒定区（C区）, 结合抗原部位 ： VH 与 VL的三个高变区共同组成与抗原决定基互补的表面, 即互补决定区(CDR), CDR决定抗体的特异性. 独特型（idiotype)抗原所在部位.,1.可变区

4、 VH 和VL,恒定区,C区,可变区 V区,7,抗体和免疫球蛋白,(二) Ig的功能区 可变区（V区）与恒定区（C区）,互补决定区CDR,8,抗体和免疫球蛋白,互补决定区CDR8抗体和免疫球蛋白, CH区具结合补体和细胞的功能： * IgG的CH2和IgM的CH3具有补体C1q结合位点. * IgG的CH3可与单核细胞、巨噬细胞、中性粒细胞、B细胞和NK细胞表面的IgG Fc受体结合. * IgE的CH2和CH3可与肥大细胞和嗜碱性粒细胞的IgE Fc受体（FcR）结合. CH区结构稳定具有同种型(isotype)同种异型（allotype）的遗传标志；,2.恒定区CH 和CL：可有CH1、C

5、H2、CH3；有些具CH4.,9,抗体和免疫球蛋白, CH区具结合补体和细胞的功能：2.恒定区CH,(三) 铰链区： 位于CH1与CH2之间, 易伸展弯曲.,10,抗体和免疫球蛋白,(三) 铰链区： 位于CH1与CH2之间, 易伸展弯曲.,（二）其他成分 J 链与分泌片,J链IgA由二硫键连接形成二聚体；单体IgM通过二硫键与J链连接形成五聚体,分泌片 是分泌型IgA分子上的一个辅助成分，由粘膜上皮细胞合成和分泌，介导IgA二聚体从粘膜下通过粘膜等细胞到粘膜表面的转运.,11,抗体和免疫球蛋白,（二）其他成分 J链分泌片 11抗体和免疫球蛋白,（三） 免疫球蛋白的水解片段,（一）木瓜蛋白酶水解

6、片段 2个相同的 Fab段 即抗原结合片段 1个Fc段，即可结晶片段.Ig同种型的抗原性主要存在于Fc段.,（二）胃蛋白酶水解片段 一个F(ab)2片段，为双价，与抗原结合可发生凝集反应和沉淀反应. Fc段被裂解为若干小分子片段，被称为pFc，失去生物学活性. 仅F(ab)2 ，可降低免疫原性,12,抗体和免疫球蛋白,（三） 免疫球蛋白的水解片段（一）木瓜蛋白酶水解,诺贝尔奖得主的获奖工作1972年，美国学者 Edelman 与 英国学者Porter 因阐明抗体的化学结构获医学生理性诺贝尔奖,13,抗体和免疫球蛋白,诺贝尔奖得主的获奖工作13抗体和免疫球蛋白,第2节 抗体的异质性(非均一性）,

7、(一) 类 （class） : IgG、IgA、IgM、IgD、IgE。 （二） 亚类 (subclass): IgG14, IgA12, IgM12 （三） 型 （type） : l和k 型 （四） 亚型（subtype）,（一）免疫球蛋白的分类,14,抗体和免疫球蛋白,第2节 抗体的异质性(非均一性）(一) 类 （cl,（二）外源因素所致的抗体异质性(heterogeneity) 抗体的多样性,15,抗体和免疫球蛋白,（二）外源因素所致的抗体异质性(heterogeneit,（一） 同种型 isotype： 同一种属内所有个体都具有的Ig抗原特异性，存在于C区。 类（CH）, 亚类（CH）

8、 型（CL）,; 亚型（二）同种异型 allotype：同一种属内不同个体间Ig所具备的不同抗原异性。如Gm1-30,Am1-2,Km1-3（三）独特型 idiotype：不同抗体产生细胞克隆所分泌Ig的抗原特异性，存在于V区。,（三） 免疫球蛋白的抗原性血清型(serotype),抗体的抗原性是由在Ig分子上不同区域的结构差别而决定的.,16,抗体和免疫球蛋白,（一） 同种型 isotype： 同一种属内所有个体都具有的,抗体的抗原性 血清型,17,抗体和免疫球蛋白,抗体的抗原性 血清型17抗体和免疫球蛋白,18,抗体和免疫球蛋白,18抗体和免疫球蛋白,第3节 免疫球蛋白的生物学特性,* 游

9、离Ig的V区：结合细菌、病毒、寄生虫、某些药物等抗原 * B细胞表面的Ig（BCR）：是特异性识别抗原的受体 * 抗体的结合价：每个抗体分子可结合抗原表位的数目。,1. V区功能 特异性识别、结合抗原,(一) 免疫球蛋白的主要功能,19,抗体和免疫球蛋白,第3节 免疫球蛋白的生物学特性* 游离Ig的V区：结合细菌、,溶菌酶抗原,轻链,重链,R .J.Poliak from Science 1986 233:747-53,20,抗体和免疫球蛋白,溶菌酶抗原轻链重链 R .J.Poliak from S,（1） 激活补体：IgG13 及IgM抗体与抗原结合后可激活补体（2）细胞亲嗜性： IgG和I

10、gE抗体以Fc段与相应细胞的Fc受体结合。 IgE的Fc段介导型超敏反应 （3）调理作用： 抗体、补体促进吞噬细胞吞噬细菌等颗粒性抗原的作用.4.抗体依赖的细胞介导的细胞毒作用 ADCC:表达Fc受体的细胞通过识别抗体的Fc段直接杀伤被抗体包被的靶细胞.5. IgG可通过胎盘； * 人与某些哺乳动物的IgGFc段能非特异地与葡萄球菌A蛋白（staphylococcus proteinA，SPA）结合，,2. Ig 分子C区的功能,21,抗体和免疫球蛋白,（1） 激活补体：IgG13 及IgM抗体与抗原结合后可激,22,抗体和免疫球蛋白,22抗体和免疫球蛋白,NK细胞介导的ADCC(antibo

11、dy dependent cell-mediated cytotoxicity),23,抗体和免疫球蛋白,NK细胞介导的ADCC(antibody dependent,概念: 许多细胞膜表面和机体某些蛋白质分子在DNA水平和氨基酸序列与免疫球蛋白的V区或C区有较高的同源性.结构特点: 均有1-7个Ig样功能区，分为V,C1,C2组功能特点: 以识别为特点 实例: 抗原识别受体及信号传导分子, MHC及其相关分子, 免疫球蛋白受体,细胞因子受体, 白细胞分化抗原,免疫球蛋白超家族(Immunoglobulin Superfamily，IGSF),24,抗体和免疫球蛋白,概念: 许多细胞膜表面和机

12、体某些蛋白质分子在DNA水平和,25,抗体和免疫球蛋白,25抗体和免疫球蛋白, 血清含量最高，半衰期最长； 功能最多：结合抗原、激活补体、调理吞噬并介导ADCC、通过胎盘、结合SPA. 为再次免疫应答的主要抗体. 抗感染的主要抗体( 抗菌、抗病毒, 抗毒素抗体),并介导II、III型超敏反应,(二) 各类免疫球蛋白的特性,IgG,26,抗体和免疫球蛋白,(二) 各类免疫球蛋白的特性 IgG26抗体和免疫球,IgM 分子量最大， 为90万,是血管内抗感染的主要抗体. 其激活补体的能力比IgG强数十倍. 在个体发育过程和体液免疫应答中 均是最早合成和分泌的抗体. *脐带血IgM增高提示胎儿 有宫内

13、感染; * 感染过程中血清IgM水平升高，说明有近期感染. 天然的血型抗体和类风湿因子亦属IgM. 膜表面IgM是B细胞抗原受体(B cell receptor，BCR)的主要成分.,27,抗体和免疫球蛋白,IgA 血清型IgA: 以单体形式存在,作用不详. 分泌型IgA(sIgA): 由J链连接的二聚体和分泌片组成. * 合成和分泌的部位在肠道、呼吸道、乳腺、唾液腺和泪腺，主要存在于胃肠道和支气管分泌液、初乳、唾液和泪液中. * 是参与粘膜局部免疫的主要抗体. * 婴儿可从母亲初乳中获得分泌型IgA，是一种重要的自然被动免疫.,28,抗体和免疫球蛋白,IgA2, B细胞表面的mIgD 可作为

14、B细胞分化发 育成熟的标志； 未成熟B细胞仅表达mIgM，成熟B细胞可同时表达mIgM和mIg,IgD 血清浓度很低（0.2）， 半寿期很短（仅3天）. 血清IgD的功能不清.,29,抗体和免疫球蛋白, B细胞表面的mIgD IgD29抗体,IgE 血清浓度极低，约为310-5 mg/ml. 为亲细胞抗体，与肥大细胞、嗜碱性粒细胞上的高亲和力FcRI结合，引起I型超敏反应,30,抗体和免疫球蛋白,IgE30抗体和免疫球蛋白,第4节 人工制备抗体,(一)多克隆抗体的制备(二)单克隆抗体及其制备(三) 基因工程抗体 免疫球蛋白分子上的星球大战,31,抗体和免疫球蛋白,第4节 人工制备抗体(一)多克

15、隆抗体的制备31抗体和免疫球,应用含多个不同抗原表位的抗原物质刺激机体所产生的抗体。 是针对多种不同抗原表位的不同抗体的混合物，即为多克隆抗体。,(一) 多克隆抗体 Polyclonal antibody,32,抗体和免疫球蛋白,(一) 多克隆抗体 Polyclonal antibod,体内作用: 多克隆抗体是机体发挥特异性体液免疫效应的重要分子，在中和抗原、免疫调理、介导CDC、ADCC中起重要作用。体外应用: 诊断、治疗及应急预防.来 源: 主要源于动物免疫血清、恢复期病人血清或免疫接种人群。主要缺点: 其特异性较差，易出现交叉反应，不易大量制备，故其应用受到限制。,多克隆抗体的特点,33

16、,抗体和免疫球蛋白,体内作用: 多克隆抗体是机体发挥特异性体液免疫效应的重要分,特点: 纯度高、特异性强、效价高、少或无血清交叉反应,并易于大量制备. 基本原理: 用免疫脾细胞与小鼠骨髓瘤细胞融合后，产生杂交瘤(hybridoma).杂交瘤细胞既具有骨髓瘤细胞能大量无限增殖的特性，又具有免疫B细胞合成和分泌抗体的能力； 应用: 诊断、治疗（受限于异源性）、科研。,(二)单克隆抗体 Monoclonal antibody (Mab) 由一个B细胞克隆产生的,可识别一种抗原表位的同源抗体。,34,抗体和免疫球蛋白,(二)单克隆抗体 Monoclonal antibody,单克隆抗体制备示意图,35

17、,抗体和免疫球蛋白,单克隆抗体制备示意图 35抗体和免疫球蛋白,抗体和免疫球蛋白培训课件,1984年诺贝尔获奖者：德国学者 Kohler与英国学者Milstei获奖工作：杂交瘤技术制备单克隆抗体,37,抗体和免疫球蛋白,1984年诺贝尔获奖者：德国学者 Kohler与英国学者Mi,存在的问题与解决的思路, 异种蛋白反应:可引起抗同种型抗体产生.由此可导致: 1 迅速中和再次进入的抗体,使治疗无效; 2 超敏反应. 穿透力差: 影响治疗及免疫组化的效果, 原因: 分子量大. 外源性Ig的体内半衰期较短； 特异性差或过于单一； 生产过程较长； 价格昂贵； 应用范围有限。,存在的问题,38,抗体和免

18、疫球蛋白,存在的问题与解决的思路 异种蛋白反应:可引起抗同种型, 单抗技术的改进； 人源化单抗的研制 : 人-鼠杂交瘤, 人-人杂交瘤, SCID鼠的应用；XenoMouse的制备；异源性抗体的改造 基因工程抗体的研制:可解决抗体的人源化及减低分子量. 新效能抗体:抗体融合蛋白,双功能抗体,抗体酶 细胞内抗体的研制； 抗体库的建立； 抗体药物的研制； 抗体制备的产业化； 抗体应用范围的拓展。,(二) 解决问题的思路,39,抗体和免疫球蛋白, 单抗技术的改进；(二) 解决问题的思路 39抗体和,以DNA重组技术手段生产的抗体为基因工程抗体 基因工程抗体包括人-鼠嵌合抗体（chimeric ant

19、ibody）、改型抗体（reshaped antibody）、双特异性抗体（bispecific antibody）、小分子抗体等。 基因工程抗体有望于解决： 1 抗体的人源化 2 小分子抗体 3 抗体功能的多样性,(三) 基因工程抗体 Genetic engineering antibody,40,抗体和免疫球蛋白,以DNA重组技术手段生产的抗体为基因工程抗体(三) 基,基因工程抗体的种类及其特性 种 类 基本结构 相对分子量（kDa） 鼠源性成分人-鼠嵌合抗体 鼠源V区或Fab 150 25-30% 人源C区或Fc 改型抗体 以鼠源CDRs 150 15% 替换人源CDRs 双特异性抗体

20、异源性H2/L2 150 小分子抗体 Fab 完整L和部分H 50 15 Fv VH和VL 25 15 单链抗体 VH连接肽VL 26 15 单域抗体 VH 12.5 7.5 最小识别单位 单一CDR 2 1.5,41,抗体和免疫球蛋白,基因工程抗体的种类及其特性41抗,42,抗体和免疫球蛋白,全鼠源性抗体 人-鼠嵌合抗体CDR移植抗体ABCDEFGH双,Intracellular antibody (Introbody),43,抗体和免疫球蛋白,Intracellular antibody (In,44,抗体和免疫球蛋白,44抗体和免疫球蛋白,45,抗体和免疫球蛋白,45抗体和免疫球蛋白,1

21、. 诊断：用已知抗原查未知抗体，或反之；2. 治疗：抗毒素、抗病毒、抗炎、抗肿瘤等；3. 预防：应急预防；4. 科研、科技开发 (提取,纯化,鉴定,分析),抗体的应用,一、多克隆抗体,46,抗体和免疫球蛋白,抗体的应用一、多克隆抗体46抗体和免疫球蛋白,47,抗体和免疫球蛋白,20世纪有关抗体的10项诺贝尔奖年份,(FDA Fast Track) Paradigm for Biomarker identification Stable; Cheap to produce and purify Availability; Relatively High sensitivity (detectio

22、n) Ab-Based MicroChips and BioSensors,Prof. P Hudson,48,抗体和免疫球蛋白,Prof. P Hudson48抗体和免疫球蛋白,(FDA Fast Track) Paradigm for Biomarker identification Stable; Cheap to produce and purify Availability; Relatively High sensitivity (detection) Ab-Based MicroChips and BioSensors,Why are antibodies hot? 30% of

23、 Clinical Diagnostics 30% of Biopharmaceuticals,49,抗体和免疫球蛋白,(FDA Fast Track)Why are antibo, Ig的结构 Ig分子是由两条H链和两条L链通过二硫键连接而成; VH和VL是抗原结合部位；CH区可结合补体， 结合 不同细胞表面的Fc受体. 水解片断Fab可结合抗原， Fc段可结合细胞. Ig可分为分泌型和膜型.分泌型具有抗体的各种功能，膜 型是B细胞的抗原受体,即BCR. 抗体的功能: 结合抗原、激活补体、调理吞噬和介导 ADCC、通过胎盘、结合SPA;. 不同类别的Ig在体内发挥不同的免疫效应. 人工制备的

24、抗体包括多克隆抗体、单克隆抗体与基因工 程抗体。,小 结,50,抗体和免疫球蛋白,小 结50抗体和免疫球蛋白,名词解释： VH、VL、Fab 段、独特型、Ig的同种异型、ADCC、调理吞噬、单克隆抗体（Mab）、基因工程抗体,1、何谓抗体？何谓免疫球蛋白？2、何谓Ig的类与亚类？五种Ig的主要区别是什么？3、试述抗体结构与功能的关系。4、你认为五类Ig中哪一种最重要，为什么？5、成熟与不成熟B细胞的表面Ig是什么？6、如何理解抗体的抗原性？,思考题,51,抗体和免疫球蛋白,名词解释：1、何谓抗体？何谓免疫球蛋白？思考题51抗体和免疫,部分图片文献资料出处,Roitt IM, et al.Imm

25、unology(6/e.)2001,Harcourt Publisher Ltc.Janeway CA,et al.Immunobiology,(6/e,)2004,Garland Publishing Ltc.Abbas AK et al. Cellular and Molecular Immunology,(5/e),2005, Elsevier Science Health Science Publishing LtcKuby J. et al. Immunology,(6/e),2006, Wh Freeman Publisher.Peter JD.et al, Encyclopedia of Immunology.(2/e.)1998, Academic Press陈慰峰 主编：医学免疫学人民卫生出版社. 本科生教材周光炎 主编：免疫学原理科学出版社 研究生教材何 维 主编： 医学免疫学人民卫生出版社 七年制教材龚非力 主编： 医学免疫学科学出版社 研究生教材司传平 主编： 免疫学多媒体教学图像素材库 高等教育出版社,52,抗体和免疫球蛋白,部分图片文献资料出处Roitt IM, et al.Immu,The End !,53,抗体和免疫球蛋白,The End !53抗体和免疫球蛋白,