免疫学基础理论第二章免疫球蛋白

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免疫球蛋白(immunoglobulin，Ig)通常是指一组具有抗体活性和（或）抗体样结构的球蛋白。Ig由浆细胞产生，存在于血液和其他体液（包括组织液和外分泌液）中，约占血浆蛋白总量的20％；还可分布在B细胞表面。Ig的结构具有不均一性，可分为不同的类型；多数Ig具有抗体活性，可以特异性识别和结合抗原，并引发一系列生物学效应。

第一节　免疫球蛋白的化学

免疫球蛋白具有蛋白质的通性，能被多种蛋白水解酶裂解；可以在乙醇、三氯醋酸或中性盐类中沉淀，常用50％饱和硫酸铵或硫酸钠从免疫血清中提取抗体球蛋白。血清电泳时免疫球蛋白主要分布于γ区，因而以往曾称抗体为γ球蛋白。其实具抗体活性的球蛋白除存在于γ区外，也可延伸到β区，甚至α2区，这反映了抗体由不同细胞克隆产生的不均一性和结构的多样性。自从发现骨髓瘤患者尿中的本周蛋白是Ig的轻链以后，对其氨基酸顺序的研究大大促进了对Ig化学性质的了解。

（一）Ig的基本结构

Ig分子由4条肽链组成，2条长链称为重链(heavychain，H)，由大约440个氨基酸残基组成，分子量约50～70kD；2条短链称为轻链(lightchain，L)，由大约220个氨基酸组成，分子量约22.5kD。4条肽链通过链间二硫键(-S·S-)连在一起。其结构模式见图2-1。

Ig分子肽链的N端，在L链1/2和H链1/4处（约在110位前）氨基酸的种类和顺序各不相同，称为可变区（variableregion，V区）；肽链C端其余部分的氨基酸，在种类和顺序上彼此间差别不大，称为稳定区或恒定区(constantregion，C区)。V区位于N端，H链和L链各有3个高变区(hypervariableregion)，其中的氨基酸残基种类和顺序特别多变。这此都与识别抗原直接有关，为Ig分子的抗原结合部位，故亦称为互补决定区(CDR)。可变区中的其他氨基酸残基称为构架区(FR)，大约占整个V区近75％，其顺序很少变化（约5％）。FR的功能为支持CDR，并维持V区三维结构的稳定性。H和L链的FR在某些位置上具有相同的氨基酸残基。根据VH/VL氨基酸顺序同源程度的差异，可将Ig分为和亚。

图2-1免疫球蛋白（IgG）结构模式图

（二）Ig的三维结构北京北汽鹏龙机动车拍卖有限公司

Ig分子的每一条肽链，都由链内二硫键将相邻的二级结构单元折叠成球形局部性区域（图2-2）；每个球形区约由110个氨基酸残基组成，不同Ig分子对应球形区的氨基酸残基顺序具有高度的相似性，因此称为同源区。IgG、IgA和IgD分子共有12个同源区，其中Lκ或Lλ各2个：VL和CL；H链各4个：VH、CH1、CH2和CH3。IgM和IgE分子各有14个同源区，

因为其H链上多一个CH4。虽然H链和C区的不同区域彼此同源，并且与L链的CL同源，但它们与V区的氨基酸排列顺序极少相同，说明V区和C区是由不同的基因（V基因和C基因）分别编码的。每个同源区担负着一定的免疫功能，因而也称为功能区。可变区中的氨基酸排列顺序呈高度变异性，其高变区对应的VL和VH形成袋状，随氨基酸残基的不同形状各异，以能与多种多样的抗原决定簇相适应，构成抗体特异性的分子基础。同时CH和CL区的氨基酸排列顺序相对稳定，又适应其发挥许多特定的生物学效应，如固定补体和调节Ig分解代谢率等功能位于CH2，而亲和细胞的功能则在CH3或CH4。

图2-2免疫球蛋白（IgG）的功能区示意图

在重链CH1和CH2之间的区域富含脯氨酸和半胱氨酸和半胱氨酸，这两类氨基酸的游离基团少，几乎不与邻近的区域形成固定的二级或三级结构。这一自由柔曲的肽段称为铰链区(hingeregion)。该区结构的柔韧性允许抗体分子的抗原结合部位随意改变方向，使抗体分子结合抗原的能力大大增强。同时也因Ig变构而使补体结合点暴露出来。

（三）Ig的水解片段

Ig分子可被许多蛋白酶水解，产生不同的片段；免疫学研究中常用的酶是木瓜蛋白酶(papain)和胃蛋白酶(pepsin)。木瓜蛋白酶在生理pH下将IgG分子从H链二硫键N端219位置上断裂，生成两个相同的Fab片段和一个Fc片段。Fab段即抗原结合片段，含1条完整的L链和H链的一部分(Fd)段；Fab段仍具有抗原结合活性，但结合能力较弱，只有一价。Fc段即可结晶片段，为2条H链C端剩余的部分，在一定条件下可形成结晶。Fc段不能与抗原结合，但具有许多其他生物学活性，如固定补体、亲和细胞（巨噬细胞、NK细胞和粒细胞等）、通过胎盘、介导与细菌蛋白的结合等。

图2-3IgG分子的水解片段模式图

胃蛋白酶于于低pH下可将IgG分子从H链间二硫键C端232位置切断，形成含2个Fab段的F(ab＇)2片段和1个较小的pFc＇片段。F(ab＇)2段即双价抗体活性片段，经还原后可得2个Fab＇。Fab＇的分子量略大于Fab，而生物活性与Fab相同。pFc＇比Fc分子量小，虽然仍保持亲和巨噬细胞及与某些类风湿因子结合的能力，但失Fc片段原有的固定补体等活性。

第二节　免疫球蛋白的血清型

免疫蛋白为大分子蛋白质，具备抗原的各种性质，对异种、同种异体，甚至宿主自身都是良好的抗原，而且是一个抗原复合体，带有多种抗原决定簇。Ig分子的这种异质性反映了抗体形成细胞的遗传性差异，代表抗体分子在不同水平上的遗传变异性；通常可用血清学方法检测出来，并据此将Ig及其肽链（H和L链）分成不同的血清学类型。需要指出的是，在正常状态下，1个Ig分子的2条H链是均一的，2条L链也是均一的，在任何层次上都不会出现2条链不同类或不同型的情况。

（一）同种型

同种间所有正常个体都具有的Ig抗原特异性，称同种型。包括IgH链的类和亚类及L链的型和亚型，以及VH/VL的和亚的抗原；亦即同种生物所有正常个体都有各类、亚类及不同型别、和亚等多种Ig的变异体。这种同种型变异体并不具有个体特异性。

1．类和亚类依H链C区的结构和抗原性的不同，可将H链分为α、γ、δ、ε和μ5类，相应Ig分子也分为5类，分别为IgA、IgG、IgD、IgE和IgM。有的同类H链C区之间的氨基酸顺序仍有一些差别，再分成若干亚类；例如IgG可以分为4个亚类：IgG1、IgG2、IgG3和IgG4；IgA可分成2个亚类：IgA1和IgA2（表2-1）。

表2-1Ig的类型及其理化特点

性状	IgG	IgA	IgM	IgD	IgE
分子量（kD）	150	160,400	900	180	190
沉降系数（S）	7	7,11	19	7	8
电泳位置	γ	γ～β	γ～β	γ	γ
含糖量（％）	3	8	10	10	12
重链类别	γ	α	μ	δ中国米都	ε
重链亚类	γ1～4	α1,α2	－南京 imax	－	－
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2．型和亚型根据L链和C区的结构和抗原性的不同，可将L链分为κ和λ两型。λ类κ链只有1个同种异型；但λ链至少有4种非等位（同种型）基因的产生，为λ链上一定位置的1个氨基酸置换而形成的变异体。例如Kern（＋）指链上第150位是甘氨酸，而Kern（－）则为丝氨酸；Oz（＋）为第190位上是赖氨酸，Oz（－）为精氨酸。

（二）同种异型

同种不同个体间Ig结构和抗原性的差异称同种异型（allotype）。与同种型的区别在于，同种异型的特异性只存在于同种的某些个体中，而同种型的特异性则普遍存在同一物种的所有个体。同种异型表位在C区，由同一基因位点上几个等位基因控制，反映在CH和CL上只有1～2个氨基酸的差异。这此关键氨基酸构成的同种异型抗原称为遗传标志。它包括与H链相关的Gm、Am、Em系统和与L链相关的Km系统。Gm是γ链（γ4除外）上的同种异型标志，由许多种不同抗原决定簇组成，用字母或数字命名。Am为IgA2亚类α2链标志，有2种Am特异性。Km有Km1、Km2、Km3三种，是κ链C区153和191位氨基酸残基置换的结果。在入λ链中尚未发现同种异链标志。

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