第二章 免疫球蛋白与抗体

抗体（antibody，Ab）是B细胞特异识别抗原后，活化、增殖、分化为浆细胞，由浆细胞产生的能与抗原发生特异性结合的球蛋白。抗体主要存在于体液中，是介导体液免疫应答的重要效应分子。

免疫球蛋白（immunoglobulin，Ig）是指具有抗体活性或化学结构与抗体相似的球蛋白。免疫球蛋白是化学及结构的概念，而抗体是生物学及功能的概念。几乎所有抗体都是免疫球蛋白，但并非所有免疫球蛋白都是抗体。

第一节  免疫球蛋白的结构

一、免疫球蛋白的基本结构

免疫球蛋白分子的基本结构是由两条相同的重链（heavy chain，H链）和两条相同的轻链（light chain，L链）通过链间二硫键连接组成的一个四肽链分子，呈“Y”字型。

（一）重链和轻链

免疫球蛋白重链由450～550个氨基酸残基组成。根据H链结构和抗原性的不同，可将其分为五类，即γ、μ、α、δ和ε链，其对应的Ig分别命名为IgG、IgM、IgA、IgD和IgE。

免疫球蛋白轻链由214个氨基酸残基组成。根据L链结构和抗原性的不同，可将其分为κ和λ两型，其功能无差异。

（二）可变区和恒定区

1．可变区  免疫球蛋白H链近氨基端（N端）约1/4区段内和L链近N端约1/2区段内，氨基酸组成和排列顺序多变，称为可变区（variable region，V区）；不同抗体其V区氨基酸组成和排列顺序变异更大，这些区段称为高变区（hypervariableregion，HVR），构成了免疫球蛋白的抗原结合部位，该部位可与相应抗原表位互补结合。

2．恒定区  免疫球蛋白H链近羧基端（C端）的氨基酸组成和排列顺序相对稳定，称为恒定区（constant region，C区）。C区具有多种生物学功能，如结合补体、通过胎盘、与细胞表面Fc受体结合。

二、免疫球蛋白的功能区

Ig分子多肽链通过链内二硫键连接而反复折叠，形成数个球形结构，这些结构具有一定的生物学功能，故称其为Ig的功能区。L链有两个功能区（V_L和C_L），H链有四个或五个功能区（V_H、C_H1、C_H2、C_H3和C_H4）。（见图4-1）

现以IgG为例说明各功能区的作用。

1．V_H和V_L是特异性识别和结合抗原表位的区域。

2．C_H1和C_L是Ig同种异型遗传标志所在区域。

3．C_H2可与补体C1q结合位点相结合，参与补体经典途径的激活。

4．C_H3区可与多种免疫细胞表面相应Fc受体结合，介导免疫细胞产生不同的生物学效应。

三、免疫球蛋白的水解片段

Ig肽链某些区域在特定条件下可被蛋白酶水解，用以研究Ig结构和功能。常用的蛋白酶有木瓜蛋白酶和胃蛋白酶。

1．木瓜蛋白酶水解片段  木瓜蛋白酶在IgG重链铰链区二硫键近氨基端（N端）一侧水解，产生三个片段（图4-2）：两个完全相同的抗原结合片段Fab及一个可结晶片段Fc。每个Fab段具有单价抗体活性。Fc段能与效应细胞及效应分子相互作用，发挥结合补体、亲细胞等生物学活性。

2．胃蛋白酶水解片段  胃蛋白酶在IgG重链铰链区链间二硫键近羧基端（C端）一侧水解，将其水解为一个铰链区内由链间二硫键连接的F（ab'）₂片段和一个小分子片段pFc'。前者具有双价抗体活性，可同时结合两个抗原表位，因此可与抗原结合发生凝集反应或沉淀反应。

第二节免疫球蛋白的主要生物学功能

免疫球蛋白在抗原刺激下产生后，在体内发挥一系列的生物学功能。

一、特异性结合抗原

Ig通过其V区与抗原表位发生特异性结合，发挥免疫效应，清除病原微生物及其产物或导致免疫病理损伤。例如，抗体与外毒素结合，可阻止外毒素与宿主细胞表面相应受体结合，中和其毒性。与病毒结合，可阻止病毒吸附于宿主细胞，阻止病毒进入宿主细胞进行复制。

二、激活补体

IgG和IgM与相应抗原结合后，可因构象改变使其补体C1q结合位点暴露，从而启动补体经典途径激活，产生多种生物学效应。

三、与免疫细胞表面的Fc受体结合

Ig分子可借助C区与不同的组织细胞和免疫细胞表面的Fc受体结合，产生不同效应。

（一）调理作用

IgG类抗体与细菌等颗粒性抗原结合后，通过其Fc段与巨噬细胞/中性粒细胞表面相应 Fc受体（FcR）结合，可促进巨噬细胞的吞噬作用，称为调理作用。

（二）抗体依赖细胞介导的细胞毒效应

IgG与肿瘤或病毒感染的细胞表面相应抗原表位特异性结合后，其Fc段与NK细胞、巨噬细胞和中性粒细胞表面相应Fc受体（FcγR）结合，增强或触发了上述效应细胞对靶细胞的杀伤作用，称为抗体依赖细胞介导的细胞毒效应（antibodydependent cell-mediated cytotoxicity，ADCC）。

（三）介导Ⅰ型超敏反应

IgE Fc段与肥大细胞和嗜碱性粒细胞表面相应IgE Fc受体（FcεR Ⅰ）结合，使其上述细胞致敏。致敏细胞通过表面特异性IgE抗体与相应抗原（变应原）结合后，使细胞脱颗粒、释放生物活性介质，引起Ⅰ型超敏反应。

四、穿过胎盘和黏膜

IgG是唯一可主动通过胎盘进入胎儿体内的免疫球蛋白，对新生儿抗感染具有重要意义。分泌型IgA合成于黏膜固有层的浆细胞，但可转运至黏膜细胞内，经黏膜细胞分泌至黏膜表面，在黏膜局部发挥抗感染作用。

第三节  各类免疫球蛋白的主要特性

一、IgG

IgG是人类血清中的主要抗体，占血清Ig总量的75%～80%，以单体形式存在。IgG主要由脾和淋巴结中的浆细胞合成，是血液和细胞外液中分布最广的Ig分子。IgG是唯一能够通过胎盘的抗体，在新生儿抗感染免疫中发挥重要作用；IgG在婴儿出生后3个月开始合成，3～5岁接近成人水平，40岁后逐渐下降。IgG血清半衰期为20～23日，是再次体液免疫应答产生的主要抗体，也是抗感染的主要抗体，大多数抗菌、抗病毒抗体和抗毒素都属IgG。

二、IgM

IgM为五聚体，是分子量最大的Ig，故又称为巨球蛋白，具有很强的抗原结合能力和补体激活能力。IgM是个体发生过程中最早合成的抗体，可在胚胎晚期生成，故脐带血中IgM含量升高，提示胎儿宫内感染。IgM半衰期较短，初次免疫应答中出现早，消退快，某种病原体特异性IgM的出现或其水平升高，提示近期发生感染，有助于感染性疾病的早期诊断。膜结合型IgM（mIgM）表达于B细胞膜表面，构成B细胞抗原受体。

三、IgA

IgA分为分泌型和血清型两种类型。分泌型IgA（secretory IgA，SIgA）主要由黏膜相关淋巴组织中的浆细胞合成，为二聚体。SIgA主要分布于呼吸道、消化道、泌尿道黏膜表面，以及乳汁、唾液和泪液等外分泌液中，在黏膜局部发挥重要的抗感染免疫作用。母乳喂养的新生儿或婴儿可从乳汁中被动获得SIgA，是一种重要的自然被动免疫。血清型IgA为单体IgA，具有中和毒素和调理吞噬的作用，具有一定的抗感染免疫作用。

四、IgD

IgD以单体形式存在，血清型IgD含量较低，约占血清Ig总量的0.2%，易被蛋白酶水解，故半衰期很短，其生物学功能目前尚不清楚。膜结合型IgD（mIgD）是B细胞表面的抗原识别受体，也是B细胞发育成熟的标志。

五、IgE

IgE是血清中含量最低的Ig，为单体结构，仅占血清Ig总量的0.002%。IgE可与肥大细胞、嗜碱性粒细胞表面相应高亲和力受体（FcεR I）结合而使上述细胞致敏，介导I型超敏反应的发生。此外，IgE可参与抗寄生虫免疫，在过敏性疾病或寄生虫感染病人血清中，特异性IgE含量显著增高。

第四节 抗体的人工制备

    人工制备的抗体广泛运用于传染病、免疫缺陷病、肿瘤、移植排斥反应、超敏反应性疾病的诊断、发病机制的研究、病情监测与疗效评价等方面。目前，人工制备的抗体分为三类，即多克隆抗体、单克隆抗体和基因工程抗体。

一、多克隆抗体

多克隆抗体（polyclonal antibody，PcAb）是针对多种不同抗原表位的多种B细胞克隆产生的多种抗体的混合物。正常免疫动物血清中的抗体或人体在感染病原体或接种疫苗后产生的抗体均为多克隆抗体。临床上常用的有破伤风抗毒素血清、白喉抗毒素血清。

二、单克隆抗体

单克隆抗体（monoclonal antibody，McAb）是针对一种抗原表位的单一克隆杂交瘤细胞产生的一种均一的抗体。单克隆抗体只识别一种抗原表位，具有高度特异性，其理化特性及结构组成高度均一，易于大量制备和纯化。单克隆抗体已广泛应用于医学、生物学各领域。例如，①用于各种病原及肿瘤抗原的检测，辅助诊断疾病；②用于检测细胞表面的膜分子，对免疫细胞进行鉴定、分类等；③用于检测、分离纯化含量极低的可溶性抗原，如激素、细胞因子等；④用识别细胞表面特异性标志的单克隆抗体，与抗癌药物、毒素或放射性物质耦联，制备生物导弹用于肿瘤临床治疗；⑤由于单克隆抗体的高特异性和单一生物学功能，可用于体内的放射免疫显像和免疫导向治疗；⑥用于治疗自身免疫性疾病和器官移植排斥反应等。

三、基因工程抗体

是将对Ig基因结构和功能与DNA重组技术相结合，根据研究者的意图在基因水平对Ig分子进行切割、拼接或修饰，甚至是人工合成Ig基因后导入受体细胞表达，产生新型抗体。如人-鼠嵌合抗体、双特异性抗体、人源化抗体等。