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1、第七章 免疫分子生物学,第七章：免疫分子生物学,Contents,1.免疫的概念和基础知识,2.免疫的分子生物学,3.杂交瘤单克隆抗体技术,4.基因工程抗体与抗体库技术,0.免疫学的发展历史及展望,第七章：免疫分子生物学,2 免疫的分子生物学,免疫球蛋白主要组织相容性复合体,主要组织相容性复合体MHC,第七章：免疫分子生物学,1、器官移植过程中发生排斥反应的原因2、MHC的基本概念3、人类HLA复合体在染色体上的分布4、HLA-I和II类抗原分子的结构和分布特点5、MHC-I和II类抗原分子的主要功能 6、T细胞只能识别MHC-抗原肽复合物,第七章：免疫分子生物学,主要组织相容性抗原系统的发现
2、：,George D.Snell 1930s 发现肿瘤细胞在同系小鼠体内可以长期生存，但在不同品系的小鼠体内不能生存。非肿瘤细胞也具有相同的特点。,第七章：免疫分子生物学,第七章：免疫分子生物学,根据实验现象提出的问题：1、这种排斥反应的本质是什么？2、这种排斥反应的发生是否与遗传背景有关？3、导致排斥反应发生的物质是什么？,第七章：免疫分子生物学,1980诺贝尔生理或医学奖获得者：Baruj Benacerraf:USA,Harvard Medical School Jean Dausset:France,Universit de Paris,Laboratoire Immuno-Hmato
3、logie George D.Snell:USA,Jackson Laboratory,第七章：免疫分子生物学,基本概念,组织相容性抗原（histicompatibility antigen):代表个体特异性的引起排斥反应的同种异型抗原，叫，也称移植抗原。主要组织相容性抗原系统（major histocompatibility antigen):在众多的组织相容性抗原系统中，能引起强烈而迅速排斥反应的抗原系统，称为，也叫主要组织相容性系统（major histocompatibility system,MHS)。主要组织相容性抗原复合体（major histocompatibility com
4、plex,MHC):编码MHS的基因在同一染色体上呈一组紧密连锁的基因群，将这一连锁群统称为。,第七章：免疫分子生物学,MHS广泛分布于脊椎动物所有有核细胞的表面，化学成分是脂蛋白或糖蛋白；MHS不仅参与移植排斥反应，而且在机体免疫应答过程中具有重要的调节作用；MHS在不同物种动物中的名称不同，其中小鼠的MHS称为H-2系统，人的MHS称为人类白细胞抗原（human leucocyte antigen,HLA)。MHC位于同一染色体上，具有控制同种移植排斥反应、免疫应答和免疫调节等功能。MHC在不同物种中处于的染色体位置不同，其中小鼠的MHC又称H-2复合体，位于17号染色体上，而人类的HLA
5、则位于第6号染色体上。,基本特点,第七章：免疫分子生物学,HLA复合体及其编码的产物,HLA复合体位于6号染色体的短臂上，其分布范围大约36004000 kb，含有至少10个基因位点；根据基因和编码产物的结构和功能的不同，将HLA复合体分为三个区域，即、类基因区。,第七章：免疫分子生物学,类基因区包含A、B、C、E、F、G、H等位点；编码化学结构相似但抗原特异性不同的HLA-A、B、C肽链，作为HLA-类分子的重链，与15号染色体上2微球蛋白基因编码产物，通过共价键结合后，成为HLA-类抗原。,第七章：免疫分子生物学,人HLA复合体基因在染色体上的分布,第七章：免疫分子生物学,HLA-类分子的
6、三维空间构型图,第七章：免疫分子生物学,类基因区包含HLA-DP、DQ、DR等亚区，每个亚区中又包含多个基因位点。每个亚区中的每个位点可以编码不同的产物，这些产物两两之间呈非共价键结合后共同组成HLA-类抗原。,第七章：免疫分子生物学,类基因区内含众多编码血清补体成分和其它血清蛋白的基因，参与免疫应答的不同阶段,第七章：免疫分子生物学,HLA-类和类抗原的分子结构,1、肽结合区：结合多肽2、免疫球蛋白样区：结合CD4或CD83、跨膜区：锚定在细胞膜上4、胞内区：信号传递,第七章：免疫分子生物学,HLA-、类抗原的分布,第七章：免疫分子生物学,HLA-、类抗原的主要功能,引起移植排斥反应：HLA
7、抗原本身就是激发机体对移植物产生强烈和快速排斥反应的主要相容性抗原系统。抗原呈递作用：外来抗原被抗原呈递细胞摄取和处理后，必须与MHC-、类分子的肽结合区结合形成抗原肽MHC分子复合体，该复合体经转运表达于抗原呈递细胞的表面，才能被相应的淋巴细胞识别，从而启动免疫应答反应。,第七章：免疫分子生物学,抗原提呈细胞（antigen presenting cell，APC）：这类细胞能够摄取、加工、处理抗原并将抗原信息提呈给淋巴细胞。专职APC：主要包括巨噬细胞，树突状细胞和B细胞。能够提呈MHC II 分子和抗原肽复合物。抗原提呈：指抗原提呈细胞将抗原加工处理、降解为多肽片段，并与MHC分子结合为
8、多肽：MHC分子复合物，而转移至细胞表面，并与T细胞表面的TCR结合，成为TCR/抗原肽：MHC分子三元体，再被提呈给T淋巴细胞的全过程。,第七章：免疫分子生物学,第七章：免疫分子生物学,制约免疫细胞间的相互作用MHC限制性 只有当表达有抗原肽MHC复合物的APC，与起识别和反应作用的T细胞表面所表达的MHC分子相同时，二者才能彼此作用而启动免疫应答过程。T细胞表面的TCR在识别抗原肽的过程中，其表面的CD4/CD8分子必须同时识别APC上的MHC-/类分子的Ig样区。CD4分子结合MHC II类分子CD8分子结合MHC I类分子,第七章：免疫分子生物学,T细胞能够识别,T细胞表面的MHC单倍
9、体型为MHC A APC细胞表面的MHC单倍体型为MHC A,第七章：免疫分子生物学,T细胞不能够识别,T细胞表面的MHC单倍体型为MHC A APC细胞表面的MHC单倍体型为MHC B,第七章：免疫分子生物学,诱导胸腺内前T细胞的分化在T细胞的发育过程中，胸腺深皮质区的CD4+CD8+双阳性细胞同胸腺皮质上皮细胞表达的MHC-或类分子相互作用后，选择成熟为“单阳性”细胞，这种细胞又同胸腺内巨噬细胞和树突状细胞表达的自身抗原肽MHC-/类分子复合物结合形成自身耐受细胞。其中没有形成自身耐受的T细胞才能分化成熟为对非己抗原产生应答的免疫T细胞。,第七章：免疫分子生物学,HLA在医学中的应用,HL
10、A与同种器官移植的关系：供受体间HLA的相似性越强，器官移植的成活率越高。通常最佳的移植物配对关系顺序为同卵双生同胞兄妹近亲远亲无亲缘者。HLA与输血反应的关系：多次接收输血者会发生非溶血性输血反应，与受者血液中存在的抗白细胞和抗血小板HLA抗原的抗体有关，因此需多次接收输血者应选择成分输血。,第七章：免疫分子生物学,HLA与疾病的相关性：群体分子流行病学调查显示，某些疾病的发生与一种或几种HLA抗原的表达相关，因此HLA作为一种疾病发生的遗传标志可用于疾病的辅助诊断、预测、分类及预后判断。带有某种HLA型别不代表一定会患病。HLA异常表达与疾病的关系：HLA-类分子的表达降低与肿瘤的发生有关
11、；HLA-类分子表达异常与自身免疫病的发生有关。,第七章：免疫分子生物学,3.杂交瘤单克隆抗体技术,杂交瘤单克隆抗体技术的理论基础单克隆抗体技术,第七章：免疫分子生物学,杂交瘤单克隆抗体技术的理论基础,B淋巴细胞在抗原的刺激下，能够分化、增殖形成具有针对这种抗原分泌特异性抗体的能力。B细胞的这种能力和量是有限的，不可能持续分化增殖下去，因此产生免疫球蛋白的能力也是极其微小的。将这种B细胞与非分泌型的骨髓瘤细胞融合形成杂交瘤细胞，再进一步克隆化，这种克隆化的杂交瘤细胞是既具有瘤的无限生长的能力，又具有产生特异性抗体的B淋巴细胞的能力，将这种克隆化的杂交瘤细胞进行培养或注入小鼠体内即可获得大量的高
12、效价、单一的特异性抗体。这种技术即称为单克隆抗体技术。,第七章：免疫分子生物学,制备单克隆抗体的方法是用缺乏次黄嘌呤磷酸核糖转化酶或胸腺嘧啶核苷酸酶的瘤细胞变异株与脾脏的B细胞融合。采用HAT选择性培养基（培养基中加次黄嘌呤HyPoxanthine H，氨基喋呤Aminoopterin A及胸腺嘧啶核苷Thymidine T），在这种选择性培养基中，由于变异的瘤细胞不具有次黄嘌呤磷酸核糖转化酶或胸腺嘧啶核苷激酶，所以不能利用培养基中的次黄嘌呤或胸腺嘧啶核苷而合成DNA。,第七章：免疫分子生物学,而只能利用谷酰胺与尿核苷酸单磷酸合成DNA，这一途径又被氨基喋呤所阻断，所以未融合的瘤细胞不可避免也
13、要死亡。融合的杂交瘤细胞由于脾淋巴细胞具有次黄嘌呤磷酸核糖转化酶，可以通过次黄嘌呤合成DNA，克服氨基喋呤的阻断，因此杂交瘤细胞大量繁殖而被筛选出来。B淋巴细胞在一般培养基中不能长期生长，一般于二周内均死亡。,第七章：免疫分子生物学,单克隆抗体技术产生的原因,免疫反应是人类对疾病具有抵抗力的重要因素。当动物体受抗原刺激后可产生抗体。抗体的特异性取决于抗原分子的决定簇，各种抗原分子具有很多抗原决定簇，因此，免疫动物所产生的抗体实为多种抗体的混合物。用这种传统方法制备抗体效率低、产量有限，且动物抗体注入人体可产生严重的过敏反应。此外，要把这些不同的抗体分开也极困难。近年，单克隆抗体技术的出现，是免
14、疫学领域的重大突破。,第七章：免疫分子生物学,单克隆抗体,抗体主要由B淋巴细胞合成。每个B淋巴细胞有合成一种抗体的遗传基因。动物脾脏有上百万种不同的B淋巴细胞系，含遗传基因不同的B淋巴细胞合成不同的抗体。当机体受抗原刺激时，抗原分子上的许多决定簇分别激活各个具有不同基因的B细胞。被激活的B细胞分裂增殖形成该细胞的子孙，即克隆由许多个被激活B细胞的分裂增殖形成多克隆，并合成多种抗体。如果能选出一个制造一种专一抗体的细胞进行培养，就可得到由单细胞经分裂增殖而形成细胞群，即单克隆。单克隆细胞将合成一种决定簇的抗体，称为单克隆抗体。,第七章：免疫分子生物学,单克隆抗体技术,单克隆抗体技术(monocl
15、onal antibody technique)1975年英国科学家Milstein和Kohler所发明，并获得1984年诺贝尔医学奖。它是将产生抗体的单个B淋巴细胞同肿瘤细胞杂交，获得既能产生抗体，又能无限增殖将杂种细胞，并以此生产抗体的技术。其原理是:B淋巴细胞能够产生抗体，但在体外不能进行无限分裂;而瘤细胞虽然可以在体外进行无限传代，但不能产生抗体。将这两种细胞融合后得到的杂交瘤细胞具有两种亲本细胞的特性。,第七章：免疫分子生物学,单克隆抗体的应用,1975年Kohler和Milstein首先报道，用细胞杂交技术，使经绵羊红细胞(SRBC)免疫的小鼠的脾细胞，与小鼠的骨髓瘤细胞融合，并由
16、此创建了第一个B细胞杂交瘤细胞株，获得了抗SRBC的单克隆抗体。这是免疫学，乃至医学史上的一个里程碑。单克隆抗体的特点是：理化性状高度均一、生物活性单一、与抗原结合的特异性强、便于人为处理和质量控制，并且来源容易。这些优点使它一问世就受到高度重视，并广泛应用于生物学和医学研究领域。,第七章：免疫分子生物学,1 作为亲合层析的配体,单克隆抗体能与其相应的抗原特异性结合，因而能够从复杂系统中识别出单个成分。只要得到针对某一成分的单克隆抗体，利用它作为配体，固定在层析柱上，通过亲合层析，即可从复杂的混和物中分离、纯化这一特定成分。如用抗人绒毛膜促性腺激素(hCG)亲合层析柱，就可从孕妇尿中提取到纯的
17、hCG。与其它提取方法(沉淀法、高效疏水色谱法等)相比，具有简便、快速、经济、产品活性高等优点。,第七章：免疫分子生物学,2 作为生物治疗的导向武器,脂质体是由既亲水又亲油的两亲磷脂组成的连续双分子层微囊，内含水相空间，可包裹水溶性物质。包有细胞毒剂的脂质体膜上偶联抗体，可定向攻击靶细胞，称为免疫脂质体。这种“导向治疗”，在动物试验与体外试验中已获得满意效果。如热敏免疫脂质体，由抗人乳癌细胞抗体经疏水长链脂肪酸修饰，抗体带上长的疏水碳链，部分插入脂质体的脂双层膜中，抗体Fab段仍暴露在膜表面，因而保持了抗体活性。热敏免疫脂质体可特异识别靶细胞(人乳癌细胞)，并通过相变温度引起脂质体破裂，从而定
18、向释放药物。,第七章：免疫分子生物学,另外，可将化疗药物、细菌毒素、植物毒素或放射性同位素等细胞毒剂与抗肿瘤抗原的单克隆抗体直接交联，利用其导向作用，使细胞毒剂定位于肿瘤细胞把它直接杀伤。这不仅提高了抗体的疗效，也可降低细胞毒剂对正常细胞的毒性反应。如应用抗T细胞单抗和柔红霉素结合物，在体外对非T淋巴细胞就无杀伤作用。但是，要把这种方法应用于临床，目前还存在不少技术难关，包括人体对鼠源单抗的排异问题等,第七章：免疫分子生物学,3 作为免疫抑制剂,抗人T淋巴细胞单抗(McAb)作为一种新型免疫抑制剂，已广泛应用于临床治疗自身免疫疾病和抗器官移植的排斥反应。其作用机理有赖于McAb的种类及其免疫学
19、特性。注射抗小鼠Thy-1抗原的单抗，可以抑制小鼠同种皮肤移植的排斥反应。此外，对用于同种骨髓移植的供体骨髓，在体外经抗T细胞单抗加补体处理，能减轻移植物抗宿主病的发生。,第七章：免疫分子生物学,4 作为研究工作中的探针,单克隆抗体只与抗原分子上某一个表位(即抗原决定簇)相结合，利用这一特性就可把它作为研究工作中的探针。此时，可以从分子、细胞和器官的不同水平上，研究抗原物质的结构与功能的关系，进而并可从理论上阐明其机理。如用荧光物质标记单抗作为探针，能方便地确定与其结合的相应生物大分子(蛋白质、核酸、酶等)在细胞中的位置和分布。,第七章：免疫分子生物学,5 增强抗原的免疫原性,抗体对抗原免疫原
20、性的增强作用由来已久，60年代就已发现幼猪对破伤风类毒素难以产生抗体，注射相应特异性抗体IgG，就能有效地提高对委内瑞拉马脑炎病毒的免疫应答。1984年以来，Celis等发现，抗乙肝病毒(HBs)IgG可增强HBs抗原对特异性人T细胞克隆的刺激增殖，并可诱生干扰素。在小鼠中发现，当低剂量的HBs抗原不产生免疫反应时，加入抗HBs抗体组成的复合物，则可有效地诱生免疫反应。根据这一作用，现已研制出乙肝的抗原抗体复合物型治疗性疫苗。,第七章：免疫分子生物学,6 作为医学检验试剂,单克隆抗体作为医学检验试剂，更能充分发挥其优势。单克隆抗体的特异性强，大大提高了抗原抗体反应的特异性，减少了和其它物质发生
21、交叉反应的可能性，使试验结果可信度更大。单抗的均一性和生物活性的单一性，使抗原抗体区应结果便于控制，利于标准化和规范化。目前已有许多检验试剂盒用单抗制成，其主要用途如下：,第七章：免疫分子生物学,(1)诊断各类病原体,这是单抗应用最多的领域，已有大量诊断试剂商品供选择。如用于诊断乙肝病毒、丙肝病毒、疱疹病毒、巨细胞病毒、EB病毒和各种微生物、寄生虫感染的试剂等。单抗所具有的灵敏度高、特异性好的特点，使其在鉴别菌种的型及亚型、病毒变异株，以及寄生虫不同生活周期的抗原性等方面更具独特优势。,第七章：免疫分子生物学,(2)肿瘤特异性抗原和肿瘤相关抗原的检测,用于肿瘤的诊断、分型及定位。尽管目前尚未制
22、备出肿瘤特异性抗原的单抗，但对肿瘤相关抗原(如甲胎蛋白、肿瘤碱性蛋白和癌胚抗原)的单抗早就用于临床检验。随着淋巴细胞杂交瘤技术的应用，许多抗人肿瘤标记物的杂交瘤细胞株已经建立，这为肿瘤的早期诊断及其阐明肿瘤的发生、发展，了解肿瘤细胞的生物学活性及其定量研究奠定了基础。用抗肿瘤单抗检查病理标本，可协助确定转移肿瘤的原发部位。以放射性核素标记单抗可用于体内诊断，再结合X-线断层扫描技术，可对肿瘤的大小及其转移灶作出定量诊断。,第七章：免疫分子生物学,(3)检测淋巴细胞表面标志,用于区分细胞亚群和细胞的分化阶段。例如检测CD系列标志，有利于了解细胞的分化和T细胞亚群的数量和质量变化，这对多种疾病诊断
23、具有参考意义。细胞表面抗原的检测，将对白血病患者的疾病分期、治疗效果、预后判断等方面有指导作用。组织相容性抗原检测是移植免疫学的重要内容，应用单抗对其进行位点检测可得到更可信的结果。,第七章：免疫分子生物学,(4)机体微量成分的测定,应用单抗结合其它技术，可对机体的多种微量成分进行测定。如放射免疫分析，即是利用了同位素的灵敏性和抗原-抗体反应的特异性而建立起来的方法，它可以测至10-910-12g，使原来难以测定的激素能够进行定量分析。除了激素，还可检测诸多酶类、维生素、药物和其它生化物质。这对受检者健康状态判断、疾病检出、指导诊断和临床治疗均具有实际意义。,第七章：免疫分子生物学,单克隆抗体
24、在理论和实践上的应用成为解决生物学和医学等许多重大问题的重要手段。但是，上述应用的单抗属于鼠源性，用于人类疾病的预防和治疗时会产生异种蛋白变态反应，大大限制了其临床应用价值。而且，鼠源性抗体在人体内半衰期缩短，生物活性降低。因此，人们一直致力于人源性抗体的研究，如用人脾细胞与鼠骨髓瘤细胞杂交；用EB病毒转化人的B淋巴细胞；用基因工程法制备嵌合抗体等。但都遇到相当的困难。,第七章：免疫分子生物学,以分子生物学技术提取、扩增编码人抗体的DNA，构建质粒，建立组合抗体文库，再利用供者文库建立针对某一特定抗原的子文库是近年来形成的最新方法。以该技术制备的抗体片段(Fab)是人源抗体，具有建库简单、抗体
25、表达稳定等特点。迄今已有多种抗体产生。可以预见，该技术具有良好的发展和应用前景。,第七章：免疫分子生物学,我国单克隆抗体技术实现突破进入实用阶段,云南大学以马岚博士为首的科技人员在单克隆抗体技术方面经过年的研究开发，运用中空纤维反应器技术、抗体纯化技术、免疫层析胶体金显色技术、试纸膜材纸材筛选搭配技术等成功地突破了多个技术“瓶颈”，已掌握了从单克隆抗体规模化生产到自主开发生产单抗快速诊断试纸的全套技术，在国内单克隆抗体规模生产和应用方面取得重大进展。目前云南已具备了年产单克隆抗体克和日产试纸万条的能力。,第七章：免疫分子生物学,马岚博士说，使用者只需将一张价格为几元钱的试纸的一端浸入尿液、唾液
26、、血液等液体，一分钟后取出，分钟内即可通过试纸有无色带显现而知道结果。云南大学还和昆明市五华区人民政府合作成立了云大单克隆抗体工程技术有限公司，专门从事单克隆抗体规模化生产及快速单抗诊断试纸的研究和开发，近期将主要开发前列腺癌、乙肝、丙肝、性病、艾滋病、重大胎儿缺陷等疾病的快速诊断试纸。返回,第七章：免疫分子生物学,4.基因工程抗体与抗体库技术,基因工程抗体是以基因工程技术等高薪生物技术为平台，制备的生物药物总称。,第七章：免疫分子生物学,基因工程抗体,第七章：免疫分子生物学,1989年Huse等首次构建了抗体基因库，从而使抗体的研究从细胞水平进入到分子水平，并推动了第3代抗体基因工程抗体技术
27、的发展。至此，抗体的产生技术经历了三个阶段：经典免疫方法产生的异源多克隆抗体；细胞工程产生的鼠源单克隆抗体及基因工程产生的人源单克隆抗体。抗体产生的技术革命为抗体治疗开辟了广阔的前景。,第七章：免疫分子生物学,基因工程抗体(Genetic engineering antibody),概念：根据研究者的意图，采用基因工程方法，在基因水平，对免疫球蛋白基因进行切割、拼接或修饰后导入受体细胞进行表达，产生新型抗体。主要包括 嵌合抗体、单链抗体、人源化抗体、双价抗体和双特异性抗体。,第七章：免疫分子生物学,第七章：免疫分子生物学,1 人一鼠嵌合抗体(Chimeric Antibodies),人一鼠嵌合
28、抗体是将鼠源单抗的可变区与人抗体的恒定区融合而得到的抗体。,第七章：免疫分子生物学,构建嵌合抗体的大致过程是，将鼠源单抗的可变区基因克隆出来，连到包含有人抗体恒定区基因及表达所需的其它元件(如启动子、增强子、选择标记等)的表达载体上，在哺乳动物细胞(如骨髓瘤细胞、CHO细胞)中表达。,构建重组表达载体,第七章：免疫分子生物学,克隆鼠单抗的可变区基因，可从基因组文库中分离，也可用PCR技术分离。人抗体恒定区可根据需要选择，不同的恒定区会带给嵌合抗体不同功能。为避免人抗体的恒定区产生不需要的副作用，可通过点突变来修饰调整其效应。,人一鼠嵌合抗体与鼠单抗相比，免疫原性大大降低，利于在人体内应用，所以
29、目前已制备出上百种抗各种抗原(包括肿瘤相关抗原)的嵌合抗体。,第七章：免疫分子生物学,2 鼠单抗可变区的人源化,尽管嵌合抗体的免疫原性已降低很多，但有时它仍可能引发较强的免疫反应。为了进一步降低抗体的鼠源成分，发展出CDR移植技术。CDR移植即把鼠抗体的CDR序列移植到人抗体的可变区内，所得到的抗体称CDR移植抗体或改型抗体，也就是人源化抗体。,第七章：免疫分子生物学,第七章：免疫分子生物学,经过CDR移植，抗体的免疫原性极低，而其抗原结合能力保持不变，结合半抗原及全抗原(如细胞表面受体、病毒等)的改形抗体都已有报道，到现在已有数百种人源化抗体。（美国正式上市的11种治疗性单抗中多数是改型抗体
30、）,第七章：免疫分子生物学,人源化抗体的构建可用全合成法或定点突变法。全合成法是以人抗体序列为骨架，以鼠抗体的CDR置换人抗体的CDR，将整个可变区序列的两条链分解成若干片段，并使相邻的片段具有彼此互补的粘性末端。合成所有DNA片段，每组片段分别退火，然后逐组连接成完整的可变区基因，插入质粒中，进一步即可用于构建和表达改形抗体。,第七章：免疫分子生物学,定点突变法是将人的可变区基因克隆，根据鼠抗体的CDR 序列合成几种突变引物，用定点突变的方法将人的可变区基因的CDR序列变为鼠抗体的CDR序列，然后表达出改型抗体。,研究表明，在构建改形抗体时，简单地进行CDR替换并不能保证抗体具有好的亲和力，
31、因此在构建时还必需包括对影响抗原结合位点的空间结构的框架序列进行操作。,第七章：免疫分子生物学,嵌合抗体(chimeric antibody)从杂交瘤细胞分离出功能性可变区基因，与人Ig恒定区基因连接，插入适当表达载体，转染宿主细胞，表达人-鼠嵌合抗体。特点：减少了鼠源性抗体的免疫原性，同时保留了亲本抗体特异性结合抗原的能力。,第七章：免疫分子生物学,单链抗体的构建在已知亲本DNA序列时可用完全人工合成法;在具备亲本单抗可变区的cDNA克隆时，可用定点突变法在其两端造成适当的内切酶位点，与人工合成的连接肽编码序列连接，组装到表达载体中;如果从杂交瘤细胞系构建单链抗体，可用PCR方法扩增可变区基
32、因，再组装到适当的表达载体上。,第七章：免疫分子生物学,单链抗体最常用的表达体系是大肠杆菌，有2种方式:一是表达为包涵或非包涵体的不溶蛋白。产量高，可达细菌蛋白总量的5%-20%，但需进行变性复性，使其形成正确的立体结构，恢复抗体活性;二是分泌型表达，将细菌的信号肽序列与单链抗体的氨基端相连，单链抗体分子就可分泌到质周腔和细菌体外，进行折叠后成为有活性的分子。但产量不及前者，一般实验室培养条件下每升细菌的产量仅在数毫克左右。,第七章：免疫分子生物学,单链抗体(single chain antibody)用基因工程方法，将抗体重链和轻链可变区通过一个连接肽连接而成的重组蛋白。特点：能保持与抗原结
33、合的性能，分子量小，穿透性强，体内循环半衰期短，免疫原性低。,第七章：免疫分子生物学,单链抗体的应用：用于肿瘤的导向治疗肿瘤的影像分布基因治疗 细胞内抗体：在细胞内表达特异性识别某一基因产物的抗体，可干扰该基因产物的生物活性。4。研究基因结构与功能的关系,第七章：免疫分子生物学,抗体库技术是用基因工程方法把人或其他动物的全部抗体的轻、重链可变区基因克隆出来，在原核载体上表达，然后筛选出所需的特异基因和抗体。PCR技术;免疫球蛋白Fab片段在大肠杆菌中的成功表达;噬菌体表面展示文库技术。,3 抗体库技术,第七章：免疫分子生物学,初期的抗体库技术是从淋巴细胞中提取总RNA，反转录成cDNA或直接用
34、总DNA为模板，用PCR技术建立轻、重链文库，在大肠杆菌中表达后筛选。,第七章：免疫分子生物学,它是在PCR技术和Phage Display的基础上实现的。其过程是把用PCR法得到的抗体基因插入丝状噬菌体的DNA，与噬菌体外壳蛋白的基因相连，在辅助噬菌体的帮助下，噬菌粒包装成丝状噬菌体，抗体分子通过与P 或P相连，在噬菌体表面的一端或分散分布，然后可直接对噬菌体表面的抗体分子进行筛选。,噬菌体抗体库技术,第七章：免疫分子生物学,1990年Mc Cafferty等成功地建立了噬菌体表面展示系统，通过将抗溶菌酶单链抗体基因克隆于fd噬菌体基因3的下游，使ScFv以融合蛋白的形式展示于噬菌体表面，利
35、用亲和层析，两轮富集达106倍。该技术的成功给抗体基因的筛选工作带来了革命性的变革。,噬菌体表面展示系统(phage surface display system),第七章：免疫分子生物学,噬菌体表面展示文库技术的要点:,外源基因表达多肽以融合蛋白形式展示在外壳蛋白N端,将基因组合文库插入噬菌体编码膜蛋白的基因 g3或g8 的先导系列的紧靠下游,随机克隆入相应载体形成组合文库,从免疫或未被免疫的B细胞中PCR扩增抗体全套基因片段,第七章：免疫分子生物学,用固相化抗原经“亲和结合一洗脱一扩增”数个循环直接、方便、简捷、高效地筛选出表达特异性好、亲和力强的抗体噬菌体库。,使翻译出的抗体分泌到细菌的
36、质周腔内，形成游离的抗体片段，经过纯化即可获得目的抗体。,筛选到的噬菌体再将基因g3或g8切除后，转入大肠杆菌，,第七章：免疫分子生物学,该项技术的优点:将抗体的基因型和表型紧密联系起来;可绕过杂交瘤技术，不需要复杂的基因工程技术;抗体基因筛选的范围广;技术稳定、可靠、生产周期短;可规模化生产;适用范围广，既可用于抗体制备，也适用于其它蛋白如激素、酶、药物、随机多肽等的生产。,第七章：免疫分子生物学,噬菌体抗体库技术的发展具有很大优越性。它简单易行，筛选容量大，效率高，绕过了细胞融合及免疫等步骤，而且在表型一基因型的统一和识别一增殖过程上模拟了B细胞的成熟过程，从而在实际应用上具有很大意义。,
37、第七章：免疫分子生物学,我国基因工程抗体研究进展和问题,20世纪80年代以前，用抗原免疫动物获得抗血清是人们得到抗体的主要途径。1975年杂交瘤技术问世，为所有需要制备和使用特异性抗体的研究领域提供了全新的手段。随着分子生物学技术的发展和抗体基因结构的阐明，DN A重组技术开始用于抗体的改造，出现了各种形式的基因工程抗体。在日前召开的新一代生物技术药物国际论坛上，军事医学科学院基础医学研究所的沈倍奋院士介绍了近二十年来我国抗体研发的概况。,第七章：免疫分子生物学,单克隆抗体的研究进展目前根据制备原理和方法，把抗体分为第一代多克隆抗体、第二代单克隆抗体和第三代基因工程抗体3类。20世纪 80年代
38、初我国就开始了单克隆抗体的研制，在当时条件极差的情况下，科研人员克服重重困难，获得了一批针对下列抗原的单克隆抗体。这些抗原主要有：细胞表面抗原，如血型抗原、白细胞分化抗原、组织相容 性抗原、膜受体等；肿瘤相关抗原，如胃癌、肝癌、大肠癌、结肠癌、肺癌、卵巢癌、脑胶质瘤、乳腺癌等；病原微生物。上述抗原的单克隆抗体大部分用于实验研究，还有一部分用于检疫、疾病诊断、预后判断等。,第七章：免疫分子生物学,1987年，我国将抗体研制列入“863计划”生物技术领域。当时集中了一批优势单位，开始了针对肝癌、胃癌、肺癌等实体瘤的导向药物研究和白血病导向治疗研究，同时也开展了高效“弹头”药物的研究和人-人单抗、嵌
39、合抗体的研究。经过几年努力，在实验室和动物模型上评价了以鼠抗体为载体的同位素-抗体、药物-抗体和毒素-抗体等导向药物的治疗作用，并逐步走向临床。如抗T细胞免疫毒素经国家药品监督管理局批准后，用于异基因骨髓移植时清除供体骨髓中成熟T细胞，以预防移植物抗宿主病；131I-标记的抗人肝癌单抗Hab18F(ab，)2，用于放射免疫显像和作为肝癌治疗制剂；,第七章：免疫分子生物学,基因工程抗体的研究进展,对于基因工程抗体的进展，20世纪80年代中期，我国开始研制基因工程抗体。最初是在几个单位开展人-鼠嵌合抗体的研究，成功获得了抗人CD3人-鼠嵌合抗体。以后又有单位利用CDR区移植的方法，获得抗CD3的改
40、形抗体(或称重构抗体)。随着基因操作技术的发展和普及，许多实验室成功地获得针对各种抗原的人-鼠嵌合抗体和单链抗体。20世纪90年代后，又开始了双特异性抗体和其他小分子抗体的研制，如SZ-51Hu-scu PA双特异性抗体，它兼有抗人活化血小板特性和纤溶酶原激活剂特性的双重功能，成为导向溶栓剂，与单独的uPA进 行比较，溶栓效率提高4倍。,第七章：免疫分子生物学,随着基因工程抗体技术的发展，在我国有些实验室开始了噬菌体抗体库的构建。用抗体库技术可直接制备人源抗体，例如利用被病原微生物感染的病人外周血细胞制备噬菌体抗体库，用特定抗原进行筛选，获得抗乙肝表面抗原、甲肝病毒的人源抗体。国内也有实验室在
41、计算机辅助设计下，将鼠抗体表面氨基酸残基“人源化”，主要将鼠 Fv段表面暴露的骨架区残基中与人Fv不同者改为人源性，使Fv的表面人源化，但仍保留其与抗原结合的特性。,第七章：免疫分子生物学,研制中存在的主要问题二十多年来，我国在工程抗体的研制方面取得很大成绩。目前存在的问题是，有很多试剂型抗体或诊断用抗体进入市场，而治疗用抗体只有少数进入临床试验。分析主要原因，一是工程抗体表达量低。国内很多实验室，真核细胞中抗体表达量在1 毫克升以下，很难用于生产。仅个别实验室在对载体进行改造后，抗体表达量达到40毫克升。二是动物细胞规模化培养技术还不成熟，与国外相比存在很大差距。由于技术和经费等原因，我们动物细胞培养的规模最大为50升，培养方式大多是采用微载体，悬浮批次和悬浮灌流尚属空白 希望经过35年，我国自制的抗体药物能进入市场。,第七章：免疫分子生物学,小结,本章主要介绍 免疫学的发展历史及展望，免疫的基本概念及分子免疫学，同时介绍了现在免疫学研究的热点：单克隆抗体技术、基因工程抗体 和基因库技术，学习本章，主要在于了解免疫分子生物学的最新研究进展以及在实践中的应用。,
