第二章 免疫球蛋白

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(complementaritydeterminingregion，cdr)。

可变区中的其他氨基酸残基称为构架区(frameworkregion，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分为群和亚群。

图2-1免疫球蛋白（igg）结构模式图

（二）ig的三维结构

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（domain）。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(fumctionalregion)。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（图2-3）。fab段即抗原结合片段(antigenbindingfragment)，含1条完整的l链和h链的一部分(fd)段，分子量为45kd；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(crystallizablefragment)，为2条h链c端剩余的部分，分子量55kd，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（如蛋白a和g）的结合，以及与类风湿因子反应等。

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。

（四）ig的辅助成分

1．连接链除了h链和l链外，多聚体形式的ig分子如iga和igm尚含1分子连接链(joiningchain，j链)；但单体iga或igm单体均无j链。j链在连接单体形成多聚体ig分子中并非必要，但可能与保持已形成的多聚体的稳定性有关。人类j链的分子量约15kd，与其他物种的j链有高度同源性。j链基因并不是ig基因簇的一部分，它定位于15号染色体。j链有仅产生于合成iga和igm的浆细胞，而且也产生于合成igg的未成熟浆细胞，但它并不与igg分子结合。

2．分泌片在分泌型iga分子中还含有1个分泌成分(secretorycomponent，sc)，或称分泌片(secretorypiece，sp),是上皮细胞上的多免疫球蛋白受体(polyimmunoglobulinreceptor，poly-igr)的一部分，poly-igr为免疫球蛋白超族)igsuper-family）的一个成员。此受体由上皮细胞产生后，与多聚体iga牢固结合；iga-poly-igr复合物由上皮细胞内输出的过程中，受体分子被蛋白酶裂解，仍附着于ig的剩余部分即为分泌片。游离分泌片的分子量为80kd，借二硫键与siga共价结合。分泌片的功能是保护siga分子不被分泌液片内的蛋白酶降解，从而使siga在粘膜表面保持稳定和有利于其发挥生物活性。