免疫球蛋白

一组具有特殊的化学结构和免疫功能的球蛋白,存在于体液内和淋巴细胞表面,是抗体的物质基础。按结构和功能的不同分为五大类:IgG,IgM,IgA,IgD和IgE。其分子大小、电荷、氨基酸组成和碳水化合物含量很不均一。当患变态反应性疾病、自身免疫性疾病、各种感染以及多发性骨髓瘤等时,免疫球蛋白可异常增高。患获得性免疫缺陷综合征等免疫缺损病时免疫球蛋白可异常降低,临床上常应用免疫球蛋白制剂防治传染病、某些肿瘤和免疫缺损病等。

免疫球蛋白的基本结构

Ig分子的基本结构是对称的四条多肽链,即两条相同的轻链(L链)和两条相同的重链(H链),借链间二硫键连结而成“Y”字型单体分子(图1)。Ig分子不同类别是由各自重链的结构决定的。重链分为γ、μ、δ、δ及ε链五类,又可按重链抗原性的不同分为若干亚类。五类Ig分子的轻链都相同,可分为κ型和λ型,两型间的氨基酸和抗原性不尽相同。轻链和重链氨基末端的氨基酸顺序易发生变化,故这部分称为可变区(V区)。V区是用以识别抗原和决定抗体特异性的部位。肽链其余部分(即羧基末端)氨基酸的数目和顺序相对恒定,故称稳定区(C区)。稳定区决定着Ig分子的各种生物功能。Ig的主要生物化学性质见表1。

图 图

用木瓜酶可将免疫球蛋白断裂为三个大小相似的断片。其中两个断片可与抗原结合,称为抗原结合片断(Fab段),另一断片可结晶,称为结晶片断(Fc段)。用胃酶可将免疫球蛋白断裂为两段,一个大断片为5S双体F(ab′)2,一个小断片与Fc类似,称为pFc′(图2)。

图 免疫球蛋白(Ig)分子的类型

Ig 分子由于受遗传控制的抗原性不同,即特异性抗原决定簇不同,而有不同的变异性。包括:

(1)同种特异性。同一种属中所有成员的Ig分子都具备的抗原标记。例如,凡是人类都具有五类免疫球蛋白,其中IgG可按重链氨基酸的不同分为IgG1~IgG4四个亚类;IgM有IgM1~IgM2两个亚类,IgA有IgA1~IgA2两个亚类, IgD有 IgD1~IgD2两个亚类等。

(2)异型特异性。同一种属不同成员的Ig分子可具有不完全相同的特异抗原标记。

(3)独特型(Id)。每一Ig分子皆可具有独特的抗原决定簇。由于体内具有千百万个抗体形成细胞克隆(细胞株),可以想见独特型为数极多。

免疫球蛋白分子的生物功能

Ig分子具有结合抗原和刺激抗体生成的双重功能(表2)。首先,它能与抗原结合,产生多种生物效应,包括:

(1)与病原微生物或它分泌的毒素结合,产生抗感染免疫;

(2)活化体液的一类正常组分,即补体分子,起到杀伤病原体或靶细胞的作用;

(3)加强吞噬细胞等免疫细胞的吞噬或杀伤效应;

(4)与组织中的肥大细胞或嗜碱性粒细胞结合,产生过敏反应;

(5)封闭移植的脏器,增强对它的保护,减缓排斥;

(6)封闭肿瘤细胞,降低免疫保护。免疫球蛋白还能穿过胎盘输送给胎儿。此外,由于Ig分子由糖蛋白组成,所以除了上述抗体活性,还有抗原性,可活化自身免疫细胞,使之产生针对抗体的抗体──抗独特型抗体(Id抗体),从而形成自身调节的功能。

图 各类免疫球蛋白的特性

五类Ig在理化及生物学特性上各有不同。

(1)IgG。IgG是生物体液内主要的Ig,约占血液中Ig总量的70~75%。由于IgG能通过胎盘,所以新生儿从母体获得的 IgG在抵抗感染方面起重要作用。婴儿出生后2~4周开始合成IgG,8岁以后血清中IgG可达到成人水平。由于IgG较其他类Ig更易扩散到血管外的间隙内,因而在结合补体、增强免疫细胞吞噬病原微生物和中和细菌毒素的能力方面,具有重要作用,能有效地抗感染,这是对人体有利的一面。但某些自身免疫病,如自身免疫性溶血性贫血、血小板减少性紫癜、红斑狼疮以及类风湿等中的自身抗体都是IgG。一旦它与相应的自身细胞结合,反面加强了组织损伤作用。

(2)IgM。IgN在Ig中分子量最大,通常称为巨球蛋白,占血清Ig总量的10%。在电子显微镜下观察,IgM由五个基本结构相同的单体组成。各单位间由一条连结链(J链)连结成“星状”的五聚体。IgM是在个体发育过程中最早产生的抗体,也是经抗原刺激的动物体内最先出现的抗体,因此检查IgM的含量,有助于传染病的早期诊断。IgM在胎儿3个月后即开始合成,但水平很低,1~2岁时血清中IgM含量达到成人水平。通过结合补体,IgM有溶解细菌和溶解血细胞的作用,并能中和病毒,其效能比IgG高100倍以上。很多抗微生物的天然抗体、同族血凝素(抗A型与抗B型血)、类风湿病中的类风湿因子以及梅毒的补体结合抗体都属于IgM。

(3)IgA。IgA在血清中的含量仅次于IgG,占血清Ig总量的10~20%。IgA有单体(1个基本结构)、双体(2个基本结构)或多聚体(若干个基本结构,由J链连结)等不同形式。血清中的为血清型IgA,主要为7S单体。各种分泌液,如唾液、眼泪、汗液、初乳、呼吸道及消化道分泌液中的IgA为分泌型IgA(SIgA),由二聚体及多聚体构成,此外还有分泌小体存在。分泌小体有助于分泌型IgA抵抗蛋白酶的水解和促使IgA通过分泌组织的粘膜进入分泌液内。分泌型IgA具有明显的保护体表,防御病原入侵的功能。

(4)IgD。IgD在血清内含量很低(少于总量的1%)。IgD较IgG1、IgG2、IgA或IgM更易被蛋白水解酶水解,而且易自溶。IgD 的生物功能尚不十分了解。目前已知的IgD抗体活性包括抗细胞核抗体、抗基础膜抗体、抗胰岛素抗体、抗链球菌溶血素 O抗体、抗青霉素抗体和抗白喉毒素的抗毒素。IgD与疾病的关系亦了解不多。

(5)IgE。正常血清中 IgE含量极低。IgE主要由呼吸道和肠道淋巴结中的浆细胞合成。在鼻腔、支气管分泌液、乳汁与尿液中存在分泌型IgE。IgE是一种亲细胞抗体,能与血液中的嗜碱性粒细胞或组织中的肥大细胞以及血管内皮细胞结合,遇到花粉等各种过敏原后,则抗原与IgE在这些细胞表面结合,使之释放大量活性介质,如组胺等,结果诱发I型变态反应。

抗体多样性

抗体能产生千百万种不同的免疫球蛋白分子,几乎所有进入体内的抗原,都可与相对应的抗体起特异性反应。能够编码如此大量抗体的遗传物质,即基因,从何而来,主要有六种学说对此加以解释。

(1)胚系学说。早期观点认为人生下来,就有配备齐全的用于编码抗体分子的全部基因,它通过生殖细胞遗传下去。随后得知,每个淋巴细胞皆具有Ig分子的遗传信息,这样,VL和VH基因产物提供了与各种抗原结合的位点,这种Ig基因的亲代与子代垂直遗传的关系,保证了子代细胞基因中V、D、J片段的多样性。

(2)体细胞突变学说。认为每一个生殖细胞并非具有形成Ig分子的全部遗传信息,它仅继承了少数V区基因。但在个体发育过程中,由于体细胞突变,V基因产生多样性。为此,每一免疫细胞皆可表达不同的特异性。

(3)自由组合学说。Ig可变区(V区)分为 V片段、D片段及J片段。这些基因自由组合,构成具有一个V-J编码的轻链和具有一个 V-D-J编码的重链。进而可组合成很多具有轻、重链的 V区。V区基因再与不同的C基因组成完整的轻重链的基因。轻重链的基因又可重新组合成更多的Ig基因。

(4)连接多样性理论。编码κ轻链的第3可变区中第96位氨基酸的核苷酸,可因V,J片段结合时顺序的不同而产生多样性。这种连接顺序的多样性也存在于重链中。

(5)多框架中D基因翻译的多样性。D基因编码Ig多样性时,按照三种框架进行翻译。首仁亲詈鲜实目蚣埽浯挝蚯翱蚣芑蛳蚝罂蚣堋C恳恢址胄问蕉伎芍傅家桓鯠片段翻译成多种氨基酸的顺序。具体到一个B细胞究竟采取哪一种形式,多取决于产生抗体的特异性。

(6)小基因插入理论。在D片段和J片段连结过程中,V区碱基对可因插入小基因,而产生高度可变区。

概括地说,在一定条件下,抗原激活B细胞后,浆细胞形成,在VDJ编码下,分泌含有不同氨基酸序列,不同空间构型的Ig分子。即针对千变万化的抗原,抗体得以产生相应的具有不同抗原结合部位的抗体,产生多种多样的免疫应答。

免疫球蛋白和补体反应

参考文章