《免疫學和免疫學檢驗》 第一節(jié)　免疫球蛋白的化學

免疫球蛋白具有蛋白質的通性，能被多種蛋白水解酶裂解；可以在乙醇、三氯醋酸或中性鹽類中沉淀，常用50％飽和硫酸銨或硫酸鈉從免疫血清中提取抗體球蛋白。血清電泳時免疫球蛋白主要分布于γ區(qū)，因而以往曾稱抗體為γ球蛋白。其實具抗體活性的球蛋白除存在于γ區(qū)外，也可延伸到β區(qū)，甚至α2區(qū)，這反映了抗體由不同細胞克隆產生的不均一性和結構的多樣性。自從發(fā)現骨髓瘤患者尿中的本周蛋白是Ig的輕鏈以后，對其氨基酸順序的研究大大促進了對Ig化學性質的了解。

（一）Ig的基本結構

Ig分子由4條肽鏈組成，2條長鏈稱為重鏈(heavychain，H)，由大約440個氨基酸殘基組成，分子量約50～70kD；2條短鏈稱為輕鏈(lightchain，L)，由大約220個氨基酸組成，分子量約22.5kD。4條肽鏈通過鏈間二硫鍵(-S·S-)連在一起。其結構模式見圖2-1。

Ig分子肽鏈的N端，在L鏈1/2和H鏈1/4處（約在110位前）氨基酸的種類和順序各不相同，稱為可變區(qū)（variableregion，V區(qū)）；肽鏈C端其余部分的氨基酸，在種類和順序上彼此間差別不大，稱為穩(wěn)定區(qū)或恒定區(qū)(constantregion，C區(qū))。

V區(qū)位于N端，H鏈和L鏈各有3個高變區(qū)(hypervariableregion)，其中的氨基酸殘基種類和順序特別多變。這此都與識別抗原直接有關，為Ig分子的抗原結合部位，故亦稱為互補決定區(qū)(complementaritydeterminingregion，CDR)。

可變區(qū)中的其他氨基酸殘基稱為構架區(qū)(frameworkregion，FR)，大約占整個V區(qū)近75％，其順序很少變化（約5％）。FR的功能為支持CDR，并維持V區(qū)三維結構的穩(wěn)定性。H和L鏈的FR在某些位置上具有相同的氨基酸殘基。根據VH/VL氨基酸順序同源程度的差異，可將Ig分為群和亞群。

圖2-1免疫球蛋白（IgG）結構模式圖

（二）Ig的三維結構

Ig分子的每一條肽鏈，都由鏈內二硫鍵將相鄰的二級結構單元折疊成球形局部性區(qū)域（圖2-2）；每個球形區(qū)約由110個氨基酸殘基組成，不同Ig分子對應球形區(qū)的氨基酸殘基順序具有高度的相似性，因此稱為同源區(qū)（domain）。IgG、IgA和IgD分子共有12個同源區(qū)，其中Lκ或Lλ各2個：VL和CL；H鏈各4個：VH、CH1、CH2和CH3。IgM和IgE分子各有14個同源區(qū)，因為其H鏈上多一個CH4。雖然H鏈和C區(qū)的不同區(qū)域彼此同源，并且與L鏈的CL同源，但它們與V區(qū)的氨基酸排列順序極少相同，說明V區(qū)和C區(qū)是由不同的基因（V基因和C基因）分別編碼的。每個同源區(qū)擔負著一定的免疫功能，因而也稱為功能區(qū)(fumctionalregion)?？勺儏^(qū)中的氨基酸排列順序呈高度變異性，其高變區(qū)對應的VL和VH形成袋狀，隨氨基酸殘基的不同形狀各異，以能與多種多樣的抗原決定簇相適應，構成抗體特異性的分子基礎。同時CH和CL區(qū)的氨基酸排列順序相對穩(wěn)定，又適應其發(fā)揮許多特定的生物學效應，如固定補體和調節(jié)Ig分解代謝率等功能位于CH2，而親和細胞的功能則在CH3或CH4。

圖2-2免疫球蛋白（IgG）的功能區(qū)示意圖

在重鏈CH1和CH2之間的區(qū)域富含脯氨酸和半胱氨酸和半胱氨酸，這兩類氨基酸的游離基團少，幾乎不與鄰近的區(qū)域形成固定的二級或三級結構。這一自由柔曲的肽段稱為鉸鏈區(qū)(hingeregion)。該區(qū)結構的柔韌性允許抗體分子的抗原結合部位隨意改變方向，使抗體分子結合抗原的能力大大增強。同時也因Ig變構而使補體結合點暴露出來。

（三）Ig的水解片段

Ig分子可被許多蛋白酶水解，產生不同的片段；免疫學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下將IgG分子從H鏈二硫鍵N端219位置上斷裂，生成兩個相同的Fab片段和一個Fc片段（圖2-3）。Fab段即抗原結合片段(antigenbindingfragment)，含1條完整的L鏈和H鏈的一部分(Fd)段，分子量為45kD；Fab段仍具有抗原結合活性，但結合能力較弱，只有一價。Fc段即可結晶片段(crystallizablefragment)，為2條H鏈C端剩余的部分，分子量55Kd，在一定條件下可形成結晶。Fc段不能與抗原結合，但具有許多其他生物學活性，如固定補體、親和細胞（巨噬細胞、NK細胞和粒細胞等）、通過胎盤、介導與細菌蛋白（如蛋白A和G）的結合，以及與類風濕因子反應等。

圖2-3IgG分子的水解片段模式圖

胃蛋白酶于于低pH下可將IgG分子從H鏈間二硫鍵C端232位置切斷，形成含2個Fab段的F(ab＇)2片段和1個較小的pFc＇片段。F(ab＇)2段即雙價抗體活性片段，經還原后可得2個Fab＇。Fab＇的分子量略大于Fab，而生物活性與Fab相同。pFc＇比Fc分子量小，雖然仍保持親和巨噬細胞及與某些類風濕因子結合的能力，但失Fc片段原有的固定補體等活性。

（四）Ig的輔助成分

1．連接鏈除了H鏈和L鏈外，多聚體形式的Ig分子如IgA和IgM尚含1分子連接鏈(joiningchain，J鏈)；但單體IgA或IgM單體均無J鏈。J鏈在連接單體形成多聚體Ig分子中并非必要，但可能與保持已形成的多聚體的穩(wěn)定性有關。人類J鏈的分子量約15kD，與其他物種的J鏈有高度同源性。J鏈基因并不是Ig基因簇的一部分，它定位于15號染色體。J鏈有僅產生于合成IgA和IgM的漿細胞，而且也產生于合成IgG的未成熟漿細胞，但它并不與IgG分子結合。

2．分泌片在分泌型IgA分子中還含有1個分泌成分(secretorycomponent，SC)，或稱分泌片(secretorypiece，SP),是上皮細胞上的多免疫球蛋白受體(polyimmunoglobulinreceptor，poly-IgR)的一部分，Poly-IgR為免疫球蛋白超族)Igsuper-family）的一個成員。此受體由上皮細胞產生后，與多聚體IgA牢固結合；IgA-poly-IgR復合物由上皮細胞內輸出的過程中，受體分子被蛋白酶裂解，仍附著于Ig的剩余部分即為分泌片。游離分泌片的分子量為80Kd，借二硫鍵與SigA共價結合。分泌片的功能是保護SigA分子不被分泌液片內的蛋白酶降解，從而使SigA在粘膜表面保持穩(wěn)定和有利于其發(fā)揮生物活性。