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第三节
不同类别免疫球蛋白的特性

根据重链的不同,Ig分为五类:IgG、IgM、IgA、IgD和IgE。因为具有不同的恒定区,因而不同类别和亚类的Ig可产生不同的效应(表4-1)。这些效应可以相互补充,有利于最终清除病原体。

表4-1 各种人免疫球蛋白的理化和生物性质

续表

一、免疫球蛋白G

IgG是血清和组织液中主要的抗体成分,约占血清Ig总量的75%。出生后3个月IgG开始合成,3~5岁接近成人水平,是机体再次体液免疫应答产生的主要抗体。其亲和力高,且在体内分布广泛,在机体的免疫应答中扮演重要的角色。

人类IgG可分为IgG1、IgG2、IgG3和IgG4四个亚类,它们的氨基酸序列具有高度相似性(95%的氨基酸完全一致)。人类IgG1、IgG2和IgG4的分子量为146kD,IgG3分子量为165kD。不同亚类IgG主要差别在铰链区的长度,IgG1、IgG2、IgG3和IgG4铰链区长度分别为15个氨基酸、12个氨基酸、62个氨基酸和12个氨基酸。不同亚类的IgG的含量差别也很大,血液中IgG1的含量最高,约为9mg/ml,IgG2、IgG3和IgG4含量依次约为3mg/ml、1mg/ml和0.5mg/ml。IgG1、IgG2和IgG4在体内的半衰期较长,为3周左右,IgG3的半衰期较短,仅为一周,这可能与IgG3的长铰链区易受到蛋白酶降解有关。

不同亚类IgG在功能上也有所不同(表4-1),IgG1、IgG2、IgG3能穿过胎盘屏障,在新生儿抗感染免疫中发挥重要作用;IgG1、IgG2、IgG4可借助Fc段与葡萄球菌蛋白A(SPA)结合,用于抗体纯化和免疫诊断;IgG1和IgG3是非常强的补体激活剂,IgG2次之,而IgG4几乎没有激活补体的能力。IgG1、IgG3可与巨噬细胞、NK细胞等细胞表面的Fc受体结合,发挥免疫调理和ADCC作用等;不少自身抗体和引起Ⅱ、Ⅲ型超敏反应的抗体也属于IgG。四种IgG亚类与其Fc受体结合的能力也有差别,FcγRⅠ、FcγRⅡ和FcγRⅢ均对IgG1和IgG3具有较高的亲和力,而对IgG2和IgG4的亲和力较低。IgG4在IgG亚类中含量最少,但它具有一项不寻常的功能——形成杂交抗体(hybrid antibodies),即可以将IgG4一条重链及连接的轻链从原来的抗体中分离开来,然后与其他只含有一条重链和轻链的IgG4重新组装成新的抗体,这种抗体含有两个具有不同特异性的抗原结合位点。

二、免疫球蛋白M

IgM占血清Ig总量的5%~10%,单体IgM的分子量为180kD,是分子量最大的Ig,故曾又称为巨球蛋白。IgM没有铰链区,每条重链含有四个恒定区结构域,其中的CH2取代了铰链区的位置,CH1、CH3和CH4相当于IgG的CH1、CH2和CH3。由于缺少铰链区,IgM分子柔韧性较差。IgM单体主要以膜蛋白的形式(m IgM · )与m · IgD一起表达在初始B细胞上,构成了初始B细胞的抗原受体BCR。

血液中IgM大多以分子量970kD的五聚体存在。此外,还有少量的四聚体和六聚体。五聚体通过J链以及单体与单体之间的二硫键连接而成。健康人血液中含有极少量的IgM单体,常见于巨球蛋白血症、系统性红斑狼疮、类风湿关节炎和毛细管扩张失调症患者中。五聚体IgM不能通过血管壁,主要存在于血清中,浓度约为1.5mg/ml,因含10个Fab段,具有很强的抗原结合能力;另外,由于五聚体IgM含有5个Fc段,因而比IgG更容易激活补体。IgM是个体发育中最早合成的抗体,脐血中IgM的升高,提示胎儿宫内感染;IgM也是初次体液免疫应答中最早出现的抗体,血清IgM的检出,提示发生新近感染,可用于感染的早期诊断。

机体的IgM主要有两个来源:一个是B2细胞在对外来抗原的初次免疫应答中产生。虽然IgM在再次感染中也生成,但不是主要的免疫球蛋白。IgM的另一个来源是B1细胞在病毒、细菌的诱导下经多克隆活化而产生的,它们针对的经常是病原体表面的糖成分。

三、免疫球蛋白A

IgA单体的分子量为160kD,可分为IgA1和IgA2两种亚类,IgA1与IgA2重链仅仅相差22个氨基酸,它们结构上的主要区别是IgA2在铰链区没有富含O糖基化位点的13个氨基酸。

在人类,IgA可以是单体,也可以在J链的帮助下形成二聚体、三聚体和四聚体。血液和黏膜组织中含有的IgA有所不同,血液中以单体IgA1为主,IgA1与IgA2的比例为10∶1,占血清Ig总量的10%~15%;黏膜组织产生的IgA绝大部分为含J链的二聚体,由黏膜固有层的浆细胞合成,以二聚体IgA2为主,IgA1与IgA2的比例为2∶3。黏膜固有层的浆细胞合成二聚体IgA借助p IgR转运至黏膜表面,是外分泌液中主要的抗体,存在于乳汁、唾液、泪液和呼吸道、消化道、生殖道黏膜表面,参与局部的黏膜免疫。每天黏膜IgA的分泌量约为3.2克。

黏膜表面是机体对抗外来病原体的第一道防线,IgA起着重要的作用。黏膜表面的IgA阻止微生物附着形成菌落,帮助机体抵御病原体经由黏膜上皮造成的感染。IgA可中和抗体,但激活补体和发挥免疫调理的作用均非常弱。婴儿可从母乳中获得sIgA,是一种重要的自然被动免疫。

四、免疫球蛋白D

IgD是分子量为184kD的糖蛋白,占血清Ig总量的0.2%。IgD只有单体形式,其重链由一个可变区结构域和三个恒定区结构域组成。在五类免疫球蛋白中,IgD的铰链区较长,因而易被蛋白酶降解,故其半衰期较短,约为3天。机体中能够分泌IgD的细胞很少,仅存在于脾脏和扁桃体中。

血清IgD的生物学功能目前尚不清楚。现在m IgD是B细胞发育分化成熟的标志。未成熟B细胞仅表达m IgM,成熟B细胞同时表达m IgD和m IgM,被称为初始B细胞;当B细胞转变为记忆细胞后,m IgD的表达量下降,直至消失。m IgD和m IgM可能参与了B细胞活化的调控,并与B细胞的耐受诱导有关,因此IgD可能发挥免疫调节的功能。

五、免疫球蛋白E

IgE的分子量为190kD,仅有单体形式,主要由呼吸道和肠道上皮下的浆细胞分泌,在正常人血清中是含量最少的免疫球蛋白,浓度仅为0.3μg/ml。过敏患者IgE的水平可以升高数倍。在体内大部分IgE与组织细胞结合,分布于呼吸道、泌尿生殖道和胃肠道的上皮下及皮肤下的结缔组织内靠近血管的肥大细胞表面。血液中IgE的半衰期只有两天,细胞结合的IgE的半衰期可以延长至数个星期。

尽管含量很低,IgE具有很强的亲细胞性,其CH2和CH3可与肥大细胞、嗜碱性粒细胞表面的高亲和力FcεRⅠ结合,引发强烈的免疫应答反应,导致这些细胞释放大量的炎性介质和趋化因子,募集补体和吞噬细胞来清除病原体。在病理条件下,一些人会对抗原产生异常的高反应性,导致Ⅰ型超敏反应的发生。此外,IgE通过与肥大细胞、嗜碱性粒细胞参与了机体对寄生虫的清除作用。有研究发现,组织和血液中IgE的含量和嗜酸性粒细胞数目与寄生虫感染密切相关。 U+Kwusa5P5DYhGj8GJ3ZggpH+nNvwG9e46BJ1lUQifivWOj/n9S5j13whj1ECdCS

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