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免疫球蛋白IgA/D/E/G/M有什么区别?

作者:池博专刊    发布日期:2021-04-13 09:00


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19世纪后期,Von Behring及其同事Kitasato研究发现,用白喉或破伤风毒素免疫动物后可产生具有中和毒素作用的物质,称之为抗毒素(antitoxin),随后引入“抗体”一词来泛指抗毒素类物质。抗体(antibody,Ab)是B细胞接受抗原刺激后增殖分化为浆细胞所产生的糖蛋白,主要存在于血清等体液中,是介导体液免疫的重要效应分子,能与相应抗原特异性结合,发挥免疫功能。1937年,Tiselius和Kabat用电泳方法将血清蛋白分为白蛋白、α1、α2、β及γ球蛋白等组分,并发现抗体主要存在于γ区,因此抗体又被称为γ球蛋白。随后,经1968年和1972年的世界卫生组织和国际免疫学会联合会讨论决定,将具有抗体活性或化学结构与抗体相似的球蛋白统一命名为免疫球蛋白(immunoglobulin,Ig)


一 、免疫球蛋白的典型结构特征


免疫球蛋白分子单体呈Y型结构,如图1所示。以IgG为例,Y型结构由两条相同的重链(H)和两条相同的轻链(L)构成。链的氨基末端氨基酸变异较大,称为可变区(V),其余部位称为恒定区(C)。重链和轻链通过非共价相互作用和共价链间二硫键结合在一起,形成一个双边对称结构。铰链区位于重链恒定区CH1与CH2之间,富含脯氨酸,通过二硫键连接在一起,易伸展弯曲,有利于抗体结合位于不同位置的抗原表位。这种柔性铰链存在于IgG、IgA和IgD中,但不存在于IgM或IgE中。重链可变区VH和轻链可变区VL中各含有3个高变区(hypervariable region,HVR)或互补决定区(complementarity determining region,CDR),其氨基酸组成和排列顺序高度可变。其中,HVR3(CDR3)变化程度更高。CDR周边及间隔区称为骨架区(FR)(图1)。

图1. 典型的IgG结构图示

重链由450~550个氨基酸残基组成。根据重链恒定区的氨基酸组成和排列顺序,链内和链间二硫键的数量和位置、结构域的数量及铰链区的长度等将重链分为5类:μ链、δ链、γ链、α链和ε链。对应的抗体分为5类:IgM、IgD、IgG、IgA和IgE。同一类的Ig,其铰链区氨基酸组成和重链二硫键的数量、位置也略有差异,据此又可将同类Ig分为不同的亚类。例如,人lgG可分为四个亚类:IgGl、IgG2、IgG3和IgG4(按血清浓度递减顺序编号);IgA可分为IgAl和lgA2两个亚类。 根据轻链恒定区氨基酸序列的差异,轻链分为2类:kappa(K)、lambda(λ)。同一个体内可同时存在K型和λ型的Ig分子,但同一个免疫球蛋白分子只有一种轻链。不同种属生物体内两型轻链的比例不同,正常人血清Ig的K:λ约为2:1,而在小鼠则为20:1。Ig的κ与λ的比例异常可以反映免疫系统的异常。其中,λ链又可根据恒定区个别氨基酸的差异分为λl、λ2、λ3和λ4四个亚型(subtype)。


二、 5类免疫球蛋白特点比较


5类免疫球蛋白和亚类(同型)在生物学特性、结构、靶特异性和分布上都不同。IgG/D/E以单体形式存在,IgM为五聚体,是Ig中分子最大者。分子结构呈环形,含一个J链,各单位通过μ链倒数第二位的二硫键与J链互相连接。IgA有血清型和分泌型两种形式。大部分血清IgA为单体,大约10%~15%为双聚体,也发现少量多聚体。分泌型IgA为二聚体,每一分泌IgA分子含一个J链和一个分泌片(图2)。



图2. 五类免疫球蛋白


5类免疫球蛋白在血清中的浓度从高到低依次为IgG、IgA、IgM、IgD、IgE。半衰期也依次降低(表1)。IgG的糖基化比例(按重量计)最低,在3%左右,IgA糖基化比例6%,IgD/E/M糖基化比例13%左右。IgG/D/E和血清型IgA多以单体存在,所以具有2个抗原结合位点。而分泌性IgA是二聚体,因而具有4个抗原结合位点。IgM是5聚体,理论上有10个抗原结合位点,但由于空间位阻,一般只有5个位点可结合。


表1. 五类免疫球蛋白特点

 

三、 5类免疫球蛋白的功能


IgG是最丰富的抗体类型,存在于所有体液中,在体液免疫反应中起关键作用。可防止细菌和病毒感染,是再次免疫应答的主要抗体,具有吞噬调理、中和毒素、中和病毒作用、介导ADCC、激活补体经典途径等功能。IgG是唯一一类能穿过胎盘的Ig,它主要负责新生儿出生后最初几个月的保护。IgG Fc片段可结合类风湿因子及其他抗γ球蛋白抗体,致敏异种(豚鼠)皮肤;多种抗体属于IgG;因而IgG有多能免疫球蛋白之称。IgG1占总IgG的60%至65%,主要负责胸腺介导的针对蛋白质和多肽抗原的免疫应答。IgG1与吞噬细胞的Fc受体结合,并通过与C1复合物结合激活补体级联反应。IgG1缺乏通常是低丙种球蛋白血症的标志。IgG2是第二大的IgG亚型,占主要亚类的20%到25%,针对碳水化合物/多糖抗原进行普遍免疫应答。在所有IgG同种型缺乏症中,IgG2缺乏症最为常见,并与婴儿反复呼吸道感染有关。IgG3约占总IgG的5%至10%,在针对蛋白质或多肽抗原的免疫应答中起主要作用。IgG3的亲和力可高于IgG1。IgG4通常占总IgG的4%以下,不与多糖结合。IgG4与食物过敏有关。浆细胞浸润引起的硬化性胰腺炎、胆管炎和间质性肺炎患者血清IgG4水平升高。


IgA存在于粘膜中例如呼吸道和消化道,也存在于唾液、眼泪和母乳中。可以结合抗原,但不能激活补体的经典途径。血清型IgA以无炎症形式清除大量的抗原,维持机体内环境稳定。分泌型IgA结合分泌片后结构更为紧密而不易被酶解,有助于在粘膜表面及外分泌液中保持抗体活性。外分泌液中的高浓度IgA主要为局部合成,特别是在肠相关淋巴样组织(GALT)内。局部浓度大,能抑制病原体和有害抗原粘附在粘膜上,阻挡其进入体内;同时也因其调理吞噬和溶解作用,构成了粘膜第一线防御机制;因此常称分泌型IgA为局部抗体。母乳中的分泌型IgA提供了婴儿出生后4~6月内的局部免疫屏障。最常见的抗体缺陷是选择性IgA缺乏症(SIgAD)。患有选择性IgA缺乏症的患者更容易出现自身免疫性疾病,如类风湿性关节炎、狼疮、过敏和哮喘。IgA1约占血清中IgA总浓度的85%,对蛋白质抗原有良好的免疫应答,对多糖和脂多糖的应答程度较低。IgA2仅占血清总IgA的15%,在气道、眼睛和胃肠道粘膜中起着对抗多糖和脂多糖抗原的关键作用。它还表现出良好的抗蛋白酶(包括细菌蛋白酶)水解的特性,说明在抗击细菌感染中具有重要作用。IgA1/IgA2比值的改变通常与特定的疾病状态密切相关,如反复呼吸道感染或一种称为IgA肾病的肾脏疾病。


IgM主要存在于血液和淋巴液中,是人体为抵抗新的感染而产生的第一种抗体,是最有效的补体固定免疫球蛋白,在补体活化和凝集中,它具有重要的意义,约占正常人血清Ig含量的10%。IgM也作为单体在B淋巴细胞的质膜上表达,作为B细胞抗原受体。IgM凝集抗原的能力比IgG大得多,激活补体的能力超过IgG1000倍;由于吞噬细胞缺乏IgM的特异受体,因而IgM没有独立的吞噬调理作用;但当补体存在时,它能通过C3b与巨噬细胞结合以促进吞噬。虽然IgM单个分子的杀菌和调理作用均明显高于IgG抗体,但因其血内含量低、半衰期短、出现早、消失快、组织穿透力弱,故其保护作用实际上常不如IgG。血型同种凝集素和冷凝集素的抗体类型是IgM,不能通过胎盘,新生儿脐血中若IgM增高,提示有宫内感染存在。在感染或疫苗接种以后,最先出现的抗体是IgM;在抗原的反复刺激下,可通过Ig基因的类别转换而转向IgG合成。当分泌物中IgA缺陷时,IgM也和IgA一样可结合分泌片而替代IgA。


IgD的分子结构与IgG非常相似,有明显的铰链区。其蛋白质高度糖基化。IgD性能不稳定,在分离过程中易于聚合,又极易被酶裂解。虽然有些免疫应答可能与特异性IgD抗体有关,但它并不能激活任何效应系统。某些自身免疫病及过敏反应病患者血中存在IgD类抗核抗体或抗青霉素IgD抗体。正常人血清内IgD浓度很低,但在血循环内B细胞膜表层可检出IgD,其功能主要是作为B细胞表面的抗原受体。在B细胞发育的某些阶段,膜IgD的合成增强。大部分慢性淋巴细胞白血病病人B细胞表面带膜IgD,并常同时有膜IgM。


IgE为单体结构,正常人血清中IgE水平在5类Ig中最低。分布于呼吸道和肠道粘膜上的IgE稍多,可能与IgE在粘膜下淋巴组织内局部合成有关。IgE水平与个体遗传性和抗原质量密切相关,因而其血清含量在人群中波动很大。IgE不能激活补体及穿过胎盘,主要防御寄生虫入侵,并与过敏反应有关。当花粉、毒液、真菌、孢子、尘螨或宠物皮屑等抗原与附着在细胞上的IgE的Fab部分结合时,细胞脱颗粒并释放肝素、组胺、蛋白水解酶、白三烯和细胞因子等,引起血管扩张和小血管通透性增加,液体从毛细血管逸出进入组织,导致过敏症状。嗜酸性粒细胞和Fc受体与IgE包被的寄生蠕虫结合导致寄生虫死亡。在一种罕见的影响肌肉协调(共济失调毛细血管扩张)的遗传性疾病中,IgE水平低。


综上所述,5种类型的抗体,主要是基于恒定区的序列差异来划分的。其中IgG含量最多,功能多样。但是其他4类Ig也各有其功能,缺乏或比例失调会导致响应的疾病症状。


主要摘自:

•  http://www.zysj.com.cn/lilunshuji/mianyixuehemianyixuejianyan/1016-6-4.html

•  http://saidsupport.org/high-igd-in-periodic-fever-syndromes/

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