(immunoglobulin G,IgG)是血清中
免疫球蛋白主成分,約占血清中免疫球蛋白總含量的75%,正常值為9.5~12.5mg/ml。其中40~50%分布于血清中,其余分布在組織中。分子量約為150000
道爾頓。人類血清中的IgG主要為單體,正常人的IgG包括四個亞型,其IgG1占60~70%,IgG2占15~20%,IgG3占5~10%,IgG4占1~7%。這些亞型在補體激活的經(jīng)典途中結(jié)合能力各不相同。IgG主要由脾臟和淋巴結(jié)中的漿細胞合成,是唯一能通過胎盤的抗體,對防止新生兒出生數(shù)周內(nèi)的感染起很大作用。嬰兒初生后第3個月已能合成IgG,2~3歲時已達成人水平。40歲后逐漸下降。IgG的含量個體差異很大,同一個體在不同條件下,波動也很大。機體在抗原刺激下產(chǎn)生的大多數(shù)抗菌、抗病毒、抗毒素抗體屬于IgG。不少自身抗體,例如
系統(tǒng)性紅斑狼瘡的LE因子,
抗甲狀腺球蛋白抗體也屬于IgG。IgG是機體抗感染免疫的主力抗體。
一組具有特殊的化學(xué)結(jié)構(gòu)和免疫功能的球蛋白,存在于體液內(nèi)和淋巴細胞表面,是抗體的物質(zhì)基礎(chǔ)。按結(jié)構(gòu)和功能的不同分為五大類:IgG,IgM,IgA,IgD和IgE。其分子大小、電荷、氨基酸組成和碳水化合物含量很不均一。當患變態(tài)反應(yīng)性疾病、
自身免疫性疾病、各種感染以及
多發(fā)性骨髓瘤等時,免疫球蛋白可異常增高?;?a target="_blank">獲得性免疫缺陷綜合征等免疫缺損病時免疫球蛋白可異常降低,臨床上常應(yīng)用
免疫球蛋白制劑防治傳染病、某些腫瘤和免疫缺損病等。
免疫球蛋白的基本結(jié)構(gòu) Ig分子的基本結(jié)構(gòu)是對稱的四條多肽鏈,即兩條相同的輕鏈(L鏈)和兩條相同的重鏈(H鏈),借鏈間二硫鍵連結(jié)而成“Y”字型單體分子(圖1)。Ig分子不同類別是由各自重鏈的結(jié)構(gòu)決定的。重鏈分為γ、μ、α、δ及ε鏈五類,又可按重鏈抗原性的不同分為若干亞類。五類Ig分子的輕鏈都相同,可分為κ型和λ型,兩型間的氨基酸和抗原性不盡相同。輕鏈和重鏈氨基末端的氨基酸順序易發(fā)生變化,故這部分稱為可變區(qū)(V區(qū))。V區(qū)是用以識別抗原和決定抗體特異性的部位。肽鏈其余部分(即羧基末端)氨基酸的數(shù)目和順序相對恒定,故稱穩(wěn)定區(qū)(C區(qū))。穩(wěn)定區(qū)決定著Ig分子的各種生物功能。Ig的主要生物化學(xué)性質(zhì)見表1?!∮媚竟厦缚蓪⒚庖咔虻鞍讛嗔褳槿齻€大小相似的斷片。其中兩個斷片可與抗原結(jié)合,稱為抗原結(jié)合片斷(Fab段),另一斷片可結(jié)晶,稱為結(jié)晶片斷(Fc段)。用胃酶可將免疫球蛋白斷裂為兩段,一個大斷片為5S雙體F(ab′)2,一個小斷片與Fc類似,稱為pFc′(圖2)?!∶庖咔虻鞍?Ig)分子的類型 Ig 分子由于受遺傳控制的抗原性不同,即特異性抗原決定簇不同,而有不同的變異性。包括:①同種特異性。同一種屬中所有成員的Ig分子都具備的抗原標記。例如,凡是人類都具有五類免疫球蛋白,其中IgG可按重鏈氨基酸的不同分為IgG1~IgG4四個亞類;IgM有IgM1~IgM2兩個亞類,IgA有IgA1~IgA2兩個亞類, IgD有 IgD1~IgD2兩個亞類等。②異型特異性。同一種屬不同成員的Ig分子可具有不完全相同的特異抗原標記。③獨特型(Id)。每一Ig分子皆可具有獨特的抗原決定簇。由于體內(nèi)具有千百萬個抗體形成
細胞克隆(細胞株),可以想見獨特型為數(shù)極多。
免疫球蛋白分子的生物功能 Ig分子具有結(jié)合抗原和刺激抗體生成的雙重功能(表2)。首先,它能與抗原結(jié)合,產(chǎn)生多種生物效應(yīng),包括:①與病原微生物或它分泌的毒素結(jié)合,產(chǎn)生抗感染免疫;②活化體液的一類正常組分,即補體分子,起到殺傷病原體或靶細胞的作用;③加強吞噬細胞等免疫細胞的吞噬或殺傷效應(yīng);④與組織中的肥大細胞或
嗜堿性粒細胞結(jié)合,產(chǎn)生過敏反應(yīng);⑤封閉移植的臟器,增強對它的保護,減緩排斥;⑥封閉腫瘤細胞,降低免疫保護。免疫球蛋白還能穿過胎盤輸送給胎兒。此外,由于Ig分子由糖蛋白組成,所以除了上述抗體活性,還有抗原性,可活化自身免疫細胞,使之產(chǎn)生針對抗體的抗體──
抗獨特型抗體(Id抗體),從而形成自身調(diào)節(jié)的功能?!「黝惷庖咔虻鞍椎奶匦?五類Ig在理化及生物學(xué)特性上各有不同。
?、?IgG。IgG是生物體液內(nèi)主要的Ig,約占血液中Ig總量的70~75%。由于IgG能通過胎盤,所以新生兒從母體獲得的 IgG在抵抗感染方面起重要作用。嬰兒出生后2~4周開始合成IgG,8歲以后血清中IgG可達到成人水平。由于IgG較其他類Ig更易擴散到血管外的間隙內(nèi),因而在結(jié)合補體、增強免疫細胞吞噬病原微生物和中和細菌毒素的能力方面,具有重要作用,能有效地抗感染,這是對人體有利的一面。但某些自身免疫病,如自身免疫性溶血性貧血、
血小板減少性紫癜、紅斑狼瘡以及類風(fēng)濕等中的自身抗體都是IgG。一旦它與相應(yīng)的自身細胞結(jié)合,反而加強了組織損傷作用。
?、?IgM。IgM在Ig中分子量最大,通常稱為巨球蛋白,占血清Ig總量的10%。在電子顯微鏡下觀察,IgM由五個基本結(jié)構(gòu)相同的單體組成。各單位間由一條連結(jié)鏈(J鏈)連結(jié)成“星狀”的五聚體。IgM是在個體發(fā)育過程中最早產(chǎn)生的抗體,也是經(jīng)抗原刺激的動物體內(nèi)最先出現(xiàn)的抗體,因此檢查IgM的含量,有助于傳染病的早期診斷。IgM在胎兒3個月后即開始合成,但水平很低,1~2歲時血清中IgM含量達到成人水平。通過結(jié)合補體,IgM有溶解細菌和溶解血細胞的作用,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體、同族血凝素(抗A型與抗
B型血)、類風(fēng)濕病中的類風(fēng)濕因子以及梅毒的
補體結(jié)合抗體都屬于IgM。
?、?IgA。IgA在血清中的含量僅次于IgG,占血清Ig總量的10~20%。IgA有單體(1個基本結(jié)構(gòu))、雙體(2個基本結(jié)構(gòu))或多聚體(若干個基本結(jié)構(gòu),由J鏈連結(jié))等不同形式。血清中的為血清型IgA,主要為7S單體。各種分泌液,如唾液、眼淚、汗液、初乳、呼吸道及消化道分泌液中的IgA為
分泌型IgA(SIgA),由二聚體及多聚體構(gòu)成,此外還有分泌小體存在。分泌小體有助于分泌型IgA抵抗蛋白酶的水解和促使IgA通過分泌組織的粘膜進入分泌液內(nèi)。分泌型IgA具有明顯的保護體表,防御病原入侵的功能。
?、?IgD。IgD在血清內(nèi)含量很低(少于總量的1%)。IgD較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抗體活性包括抗細胞核抗體、抗基礎(chǔ)膜抗體、
抗胰島素抗體、抗鏈球菌溶血素 O抗體、抗青霉素抗體和抗白喉毒素的抗毒素。IgD與疾病的關(guān)系亦了解不多。
?、?IgE。正常血清中 IgE含量極低。IgE主要由呼吸道和腸道淋巴結(jié)中的漿細胞合成。在鼻腔、支氣管分泌液、乳汁與尿液中存在分泌型IgE。IgE是一種親細胞抗體,能與血液中的嗜堿性粒細胞或組織中的肥大細胞以及血管內(nèi)皮細胞結(jié)合,遇到花粉等各種過敏原后,則抗原與IgE在這些細胞表面結(jié)合,使之釋放大量活性介質(zhì),如組胺等,結(jié)果誘發(fā)I型變態(tài)反應(yīng)。
抗體多樣性 抗體能產(chǎn)生千百萬種不同的免疫球蛋白分子,幾乎所有進入體內(nèi)的抗原,都可與相對應(yīng)的抗體起特異性反應(yīng)。能夠編碼如此大量抗體的遺傳物質(zhì),即基因,從何而來,主要有六種學(xué)說對此加以解釋。
?、?胚系學(xué)說。早期觀點認為人生下來,就有配備齊全的用于編碼抗體分子的全部基因,它通過生殖細胞遺傳下去。隨后得知,每個淋巴細胞皆具有Ig分子的遺傳信息,這樣,VL和VH基因產(chǎn)物提供了與各種抗原結(jié)合的位點,這種Ig基因的親代與子代垂直遺傳的關(guān)系,保證了子代細胞基因中V、D、J片段的多樣性。
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體細胞突變學(xué)說。認為每一個生殖細胞并非具有形成Ig分子的全部遺傳信息,它僅繼承了少數(shù)V區(qū)基因。但在個體發(fā)育過程中,由于體細胞突變,V基因產(chǎn)生多樣性。為此,每一免疫細胞皆可表達不同的特異性。
?、?自由組合學(xué)說。Ig可變區(qū)(V區(qū))分為 V片段、D片段及J片段。這些基因自由組合,構(gòu)成具有一個V-J編碼的輕鏈和具有一個 V-D-J編碼的重鏈。進而可組合成很多具有輕、重鏈的 V區(qū)。V區(qū)基因再與不同的C基因組成完整的輕重鏈的基因。輕重鏈的基因又可重新組合成更多的Ig基因。
?、?連接多樣性理論。編碼κ輕鏈的第3可變區(qū)中第96位氨基酸的核苷酸,可因V,J片段結(jié)合時順序的不同而產(chǎn)生多樣性。這種連接順序的多樣性也存在于重鏈中。
?、?多框架中D基因翻譯的多樣性。D基因編碼Ig多樣性時,按照三種框架進行翻譯。首先是最合適的框架,其次為向前框架或向后框架。每一種翻譯形式都可指導(dǎo)一個D片段翻譯成多種氨基酸的順序。具體到一個B細胞究竟采取哪一種形式,多取決于產(chǎn)生抗體的特異性。
?、?小基因插入理論。在D片段和J片段連結(jié)過程中,V區(qū)堿基對可因插入小基因,而產(chǎn)生高度可變區(qū)。
概括地說,在一定條件下,抗原激活B細胞后,漿細胞形成,在VDJ編碼下,分泌含有不同氨基酸序列,不同空間構(gòu)型的Ig分子。即針對千變?nèi)f化的抗原,抗體得以產(chǎn)生相應(yīng)的具有不同
抗原結(jié)合部位的抗體,產(chǎn)生多種多樣的免疫應(yīng)答。