第三章 免疫球蛋白
学习目标
1．掌握抗体和免疫球蛋白的概念、免疫球蛋白生物学活性及五类免疫球蛋白的特性与功能。
2．熟悉免疫球蛋白的结构。
3．了解人工制备抗体的类型、单克隆抗体的概念。
抗体（antibody, Ab）是指B细胞受抗原刺激后，活化、增殖分化为浆细胞，再由浆细胞产生的并能与相应抗原发生特异性结合的球蛋白。抗体主要存在于血清中、也见于体液和外分泌液中，故将抗体介导的免疫应答称为体液免疫。免疫球蛋白（immunoglobulin, Ig）是化学结构上的定义，是指具有抗体活性或化学结构与抗体相似的球蛋白。而抗体是生物学功能上的概念，故所有的抗体都是免疫球蛋白，但免疫球蛋不一定都是抗体。
第一节 免疫球蛋白的结构
免疫球蛋白分子的基本结构是由二硫键（-S-S-）连接形成一个四肽链分子构成。即由两条相同的分子量较小的肽链（轻链即L链）和两条相同的分子量较大的肽链（重链即H链）组成，也是Ig的基本功能单位，整个Ig呈“Y”形（图3-1）。
图3-1 免疫球蛋白的基本结构
1．轻链和重链 轻链（L链）大约由214个氨基酸残基组成，重链（H链）由450～550个氨基酸残基组成。根据H链恒定区的结构不同，将免疫球蛋白分为五类，分别称为IgA、IgG、IgD、IgE和IgM。分泌型IgA（SIgA）由J链将两个单体相连，并与一个分泌片共同构成；IgM则由J链连接5个单体（如图3-2）。
图3-2 IgM和分泌型IgA分子结构示意图
2．恒定区和可变区 可变区（V区）位于“Y”形的两臂末端，即位于L链靠近N端的1/2区域和H链靠近N端的1/4区域，可变区氨基酸的组成及排列顺序高度变化，是Ig与抗原的结合部位。恒定区（C区）位于L链靠近C端的1/2区域（CL）和H链靠近C端的3/4区域（CH），其氨基酸数量、种类和序列相对稳定。
3．免疫球蛋白水解片段 免疫球蛋白可被木瓜蛋白酶和胃蛋白酶水解，产生不同的水解片段。例如，IgG经木瓜蛋白酶水解，在铰链区连接两条重链的二硫键近N端处将IgG裂解为两个相同的Fab段（抗原结合片段）和一个Fc段（可结晶片段），Fc段具有活化补体、结合细胞、通过胎盘等功能（图3-3）。胃蛋白酶水解IgG分子，使IgG分子裂解为一个大片段F（ab＇）2和小片段pFc＇。F（ab＇）2依然可同时结合两个抗原表位，具有双价抗体活性。pFc＇进一步被水解为小分子肽，无生物学效应，最终被降解。
图3-3 IgG水解片段
第二节 五类免疫球蛋白的特性与功能
一、IgG
IgG以单体形式存在，是血清中含量最高的Ig，占血清免疫球蛋白总量的75%～80%。五类免疫球蛋白中IgG半衰期最长，为20～23天。IgG是唯一能够通过胎盘的免疫球蛋白，对防止新生儿感染起到重要作用。IgG通过活化补体、加强吞噬和ADCC效应等发挥抗菌、抗病毒、抗毒素的作用。IgG亦可引起Ⅱ、Ⅲ型超敏反应。
二、IgM
IgM是由5个单体连接成五聚体，分子量最大。IgM占血清Ig总量的5%～10%。在免疫应答中产生最早，胚胎发育晚期的胎儿即可产生IgM, IgM的半衰期比IgG短，5天左右；IgM不能通过胎盘，临床上孕妇受病原微生物（梅毒螺旋体、风疹病毒等）感染时，检查脐血，血中IgM的含量明显升高，提示胎儿宫腔内感染。在血清中出现IgM型抗体，表示近期受到感染，有助于早期诊断疾病。
三、IgA
IgA分为血清型和分泌型两种。血清型IgA约占总Ig的10%，半衰期5～6天。分泌型IgA（SIgA）主要存在于初乳、唾液、泪液、胃肠液、支气管分泌等外分泌液中。SIgA在黏膜局部抗感染中发挥重要作用，并且具有中和毒素作用。新生儿易患呼吸道、胃肠道感染可能与SIgA合成不足有关。婴儿也可从母亲初乳中获得SIgA。
四、IgD
IgD约占血清Ig总量的0.2%，含量极低，在个体发育中合成较晚。IgD半衰期很短，仅约3天。血清中IgD的免疫功能尚不清楚。
五、IgE
IgE血清中含量极低，仅占血清总Ig的0.002%，为单体结构，在个体发育中合成较晚。IgE主要由鼻咽部、扁桃体、支气管、胃肠等黏膜固有层的浆细胞分泌。IgE为亲细胞抗体，可与肥大细胞、嗜碱性粒细胞结合，可引起Ⅰ型变态反应。
第三节 免疫球蛋白的生物学作用
一、特异性与抗原结合
抗体最主要的生物学作用是识别抗原并与相应的抗原特异性结合，从而介导体液免疫应答。一个单体免疫球蛋白可与两个相同的抗原分子表位结合，抗体除起到直接中和毒素等作用外，还能启动Fc段活性。
二、激活补体
抗体IgG和IgM与相应抗原特异性结合后，C区的补体结合位点暴露，从而激活补体经典途径。IgA和IgE的聚合物激活补体旁路途径。同时激发补体的溶菌、溶细胞等免疫作用。
三、Fc段与细胞表面Fc受体结合
免疫球蛋白Fc段与细胞（中性粒细胞、巨噬细胞、淋巴细胞、嗜碱性粒细胞、肥大细胞、血小板等）表面Fc受体结合后产生不同免疫效应。①IgG与抗原结合后，可通过其Fc段与巨噬细胞和中性粒细胞表面相应IgGFcR结合，增强吞噬细胞对抗原的吞噬作用，称为抗体的调理作用。②IgG的Fc段与NK细胞Fc受体结合，介导NK细胞对靶细胞的杀伤作用，称为抗体依赖性细胞介导的细胞毒作用（ADCC）。③IgE的Fc段与肥大细胞、嗜碱性粒细胞表面Fc受体结合引起I型超敏反应。
四、通过胎盘与黏膜
IgG是唯一能通过胎盘的免疫球蛋白，通过胎盘屏障进入胎儿血流中，在新生儿抗感染中起重要作用；SIgA可通过消化道和呼吸道黏膜，在黏膜局部发挥重要的抗感染作用。
第四节 人工制备抗体的类型
人工制备抗体可用于多种疾病的预防、诊断和治疗。目前人工制备的抗体可分为三种，即多克隆抗体、单克隆抗体和基因工程抗体。
一、多克隆抗体
由多种抗原决定基刺激相应的多个B细胞克隆产生针对多种抗原决定基的不同抗体，分泌到血清或其他体液中，这些混合的多种抗体即是多克隆抗体。如抗毒素、抗病毒血清等。
二、单克隆抗体
单克隆抗体（monoclonal antibody, McAb）是指由一个B细胞杂交瘤细胞产生，仅识别一种抗原决定基，由一个B细胞分化增殖（克隆）合成的抗体。将分泌抗体的B细胞与骨髓瘤细胞融合为杂交瘤细胞，既有瘤细胞无限繁殖的特性，又有B细胞合成和分泌特异性抗体的能力。每个杂交瘤细胞形成时，只有一个B细胞参与，因此，其产生的抗体是均一的，只针对单一抗原决定基。单克隆抗体特异性强，纯度高，少或无交叉反应，作为诊断试剂广泛用于抗原抗体试验。
三、基因工程抗体
基因工程抗体是以DNA重组等高新生物技术制备的抗体。如将鼠源抗体人源化、直接制备人抗体或改进抗体功能等。
思考题
1．何谓抗体、免疫球蛋白，两者有何不同？
2．简述免疫球蛋白的基本结构。
3．比较五类免疫球蛋白的主要生物学特性和功能。
（徐芳）