第一节　免疫球蛋白的结构(Structure of Immunoglobulin)

一、基本结构

所有免疫球蛋白的单体结构非常相似，是一“Y”字形的四肽链结构，由两条完全相同的重链(heavy chain，H链)和两条完全相同的轻链(light chain，L链)组成(图4-1)。

图4-1　免疫球蛋白的基本结构

1.重链和轻链

免疫球蛋白重链的分子量约为50kU，可分为α、β、γ、δ、ε链，据此可将免疫球蛋白分为5类(class)或5个同种型(isotype)，即IgM、IgD、IgG、IgA和IgE。其中，有些类别还可再分为亚类。例如人的γ链有4种：γ₁、γ₂、γ₃、γ₄。α链有两种：α₁、α₂。

免疫球蛋白轻链的分子量约为25kU，可分为κ和λ两种链。一个免疫球蛋白分子只能具有两种轻链中的一种，但在一个个体内，可分别存在带有κ链或λ链的抗体分子。迄今为止，未发现拥有κ链或λ链的抗体分子在功能上有何区别。

2.可变区和恒定区

对不同免疫球蛋白的轻、重链氨基酸序列进行比对分析时发现轻链和重链近氨基端的约110个氨基酸的序列变化较大，而近羧基端的氨基酸序列则相对恒定，从而将近氨基端氨基酸序列变异较大的区域称为可变区(variableregion，V)，分别占重链和轻链的1/4和1/2；而序列较恒定的区域称为恒定区(constant region，C)，分别占重链和轻链的3/4和1/2。其简称代号如下：轻链可变区V_L；恒定区C_L；重链可变区V_H；恒定区C_H(图4-2)。V_L和V_H各有3个区域的氨基酸组成和排列顺序高度可变，称为高变区(hypervariable region，HVR)。V_H和V_L的三个高变区共同组成Ig的抗原结合部位，该部位形成一个与抗原表位互补的表面，故高变区又称互补决定区(complementarity determining region，CDR)，分别为CDR1、CDR2、CDR3。不同的抗体其CDR序列不同，并因此决定抗体的特异性。CDR以外区域的氨基酸组成和排列顺序相对不易变化，称为骨架区(fragwork region，FR)，分别为FR1、FR2、FR3。重链和轻链的C区分别称为C_H和V_L，不同型Ig其V_L的长度基本一致，但不同型C_H的长度不一。可包括C_H1～C_H3或C_H1～C_H4。同一种属性的个体所产生的针对不同抗原的同一类别Ig，其C区氨基酸组成和排列顺序比较恒定，即免疫原性相同，但V区各异。Ig的C区与抗体的生物学效应相关，如激活补体、穿过胎盘和黏膜、结合细胞表面F_C受体从而介导调理作用、介导ADCC效应和I型超敏反应。

图4-2　免疫球蛋白的V区和C区结构示意图

3.结构域

免疫球蛋白的两条重链和两条轻链都可折叠为数个环形结构，称为结构域(domain)。每个结构域大小相似，约含110个氨基酸残基，轻链只有两个结构域，重链的结构域随Ig种类不同而不同。IgA、IgD和IgG的重链有4个结构域，IgE和IgM的重链有5个结构域。

Ig的晶体结构分析显示，Ig的结构域是由多肽链折叠形成的环状结构，即免疫球蛋白折叠(immunoglobulin fold，Ig折叠)。每个结构域由反向平行的β股(β strand)形成两个β片层(β sheet)，两个片层中心的两个半胱氨酸残基由一个链内二硫键垂直连接，形成β桶状(β barrel)或β三明治(β sandwich)结构。Ig这种结构域的典型结构，也为某些蛋白质分子所具有，它们都属于免疫球蛋白超家族(immunoglobulin superfamily，IgSF)。

4.铰链区

IgA、IgG和IgD重链的C_H1和C_H2两个结构域之间由铰链区(hinge regin)相连(图4-3)，该区富含脯氨酸而具有柔性，便于Ig两臂的伸展与回缩，这样，Ig的两臂就能以最佳位置去分别结合抗原。

图4-3　免疫球蛋白的铰链区及其功能

二、其他成分

1.J链

和其他类别的Ig不一样，血浆中的IgM主要以五聚体形式存在，黏膜表面的IgA主要以二聚体形式存在。多聚体IgM和IgA由相同的单体组成。在IgM和IgA重链恒定区的羧基端多出18个氨基酸，其中所含的半胱氨酸残基可与另一个单体上的半胱氨酸残基形成二硫键。另外，还有一个15kU大小的J链(J chain)(图4-4)，它由浆细胞合成，主要功能是将单体Ig分子连接为多聚体。

2.分泌片

分泌片(secretory piece，SP)又称分泌成分(secretory component，SC)，为一含糖肽链，由黏膜上皮细胞合成和分泌，以非共价形式结合于IgA二聚体上(图4-4)，使其成为分泌型IgA(SIgA)。主要功能是保护SIgA不受黏膜表面的酶降解。

图4-4　IgM和SIgA结构示意图

三、Ig的水解片段

在一定条件下，免疫球蛋白分子的某些部分易被酶解并解离为各种片段。常用的酶为木瓜蛋白酶(papain)和胃蛋白酶(pepsin)。木瓜蛋白酶能作用于铰链区二硫键连接的二条重链的近N端，将Ig裂解为两个完全相同的Fab段和一个Fc段(图4-5)。Fab段由一条完整的轻链和部分重链(V_H和C_H1)组成。一个Fab片段为单价，可与抗原结合但不形成凝集反应或沉淀反应，Fc片段为可结晶片段(fragment crystallizable)，相当于C_H2、C_H3、C_H4的部分，这部分无抗原结合活性，主要介导抗体的效应功能，和细胞或其他效应分子起作用。

图4-5　免疫球蛋白的水解片段

胃蛋白酶在铰链区连接重链的二硫键近C端水解，产生一个大片段F(ab')₂和一个小片段Fc'(图4-5)。F(ab')₂是由两个Fab及铰链区组成，为双价，能同时结合两个抗原表位，故能形成凝集反应或沉淀反应。Fc'最终被降解，无生物学作用。