醫學免疫學/各類免疫球蛋白的生物學活性
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不同Ig其合成部位、合成時間、血清含量、分布、半衰期以及生物學活性有所差別。
目錄 |
一、IgG
IgG主要由脾、淋巴結中的漿細胞合成和分泌，以單體形式存在。在個體發育過程中機體合成IgG的年齡要晚于 IgM，在出生后第3個月開始合成，3～5歲接近成年人水平。IgG是血清中主要的抗體成分，約占血清總Ig的75%。根據IgG分子中γ鏈抗原性差異，人IgG有4個亞類：IgG1、IgG2、IgG3和IgG4（小鼠4個亞類是IgG1、IgG2a、IgG2b和IgG3）。其中IgG3γ3鉸鏈區含有62個氨基酸殘基，具有4個重復γ1鉸鏈區（15個氨基酸殘基）的串連結構，重鏈間二硫鍵數量多，約10～15個，因此易被蛋白酶裂解，半衰期也較短。不同IgG亞類的生物學活性有所差異（表2-3）。IgG的半衰期相對較長，約為20～30天。IgG可通過經典途徑活化補體，其固定補體的能力依次是IgG3＞IgG1＞IgG2,在小鼠為IgG2b＞IgG2a＞IgG3，人的IgG4和小鼠的IgG1無固定補體的能力。IgG是唯一能通過胎盤的Ig，在自然被動免疫中起重要作用。此外IgG還具有調理吞噬、ADCC和結合SPA等作用。由于IgG上述特點，IgG在機體免疫防護中起著主要的作用，大多數抗菌、抗病毒、抗毒素抗體都屬于IgG類抗體。應用對麻疹、甲型肝炎等有免疫力的產婦或正常人丙種或胎盤球蛋白可進行人工被動免疫，能有效地預防相應的傳染性疾病。不少自身抗體如抗甲狀腺球蛋白抗體、系統性紅斑狼瘡的LE因子（抗核抗體）以及引起Ⅲ型變態反應免疫復合物中的抗體大都也屬于IgG。
表2-3 人IgG不同亞類理化性質和生物學特性比較
| 性質 | IgG1 | IgG2 | IgG3 | IgG4 |
| 重鏈及其分子量（kD) | γ1（52） | γ2（52） | γ3（58） | γ4（52） |
| 單體分子量（kD） | 146 | 146 | 170 | 146 |
| 鉸鏈區氨基酸數目 | 15 | 12 | 62 | 12 |
| 血漿中半衰期（天） | 21～23 | 21～23 | 7～8 | 21～23 |
| 血清濃度(mg/dl) | 800 | 400 | 80 | 40 |
| 固定補體 | ++ | + | +++ | － |
| 結合FcR：FcγRⅠ FcγRⅡ FcγRⅢ |
+++ +++ ++ |
－ + － |
+++ +++ ++ |
+ + － |
| 結合SPA | + | + | + | － |
| 通過胎盤 | ++ | + | ++ | ++ |
二、IgA
IgA主要由粘膜相關淋巴樣組織產生，其中大部分是由胃腸淋巴樣組織所合成，少部分由呼吸道、唾液腺和生殖道粘膜組織合成。哺乳期產婦腺組織含有大量IgA產生細胞，這些細胞主要來自胃腸。在人類，還有少量的IgA來自骨髓。人出生后4～6月開始合成IgA，4～12歲血清中含量達成人水平，血清型IgA總Ig的10%左右，半衰期約5～6天。IgA有IgA1和IgA2兩個亞類。IgA1主要存在于血清中，約占血清中IgA的85%，α1鏈分子量為56kD；IgA2主要存在于外分泌液中，少部分以血清型IgA存在，約占血清中IgA的15%，α2鏈缺乏鉸鏈區，分子量為52kD。血清中的IgA除單體形式外還有由J鏈共價相連的二聚體或三聚體等形式。分泌型IgA是由J連接的雙體和分泌成分所組成，主要存在于初乳、唾液、淚液、胃腸液、支氣管分泌等外分泌液中，是粘膜局部免疫的最重要因素，分泌型IgA通過與相應的病原微生物（如脊髓灰質炎病毒）結合，阻抑其吸附到易感細胞上，分泌型IgA還可中和毒素如霍亂弧菌毒素和大腸桿毒素等。新生兒易患呼吸道、胃腸道感染可能與IgA合成不足有關。慢性支氣管炎發作與分泌型IgA的減少也有一定關系。產婦可通過初乳將分泌型IgA傳遞給嬰兒，這也是一種重要的自然被動免疫。嗜酸性粒細胞、中性粒細胞和巨噬細胞表達FcαR,血清型單體IgA可介導調理吞噬和ADCC作用。此外，分泌型IgA具有免疫排除（immune exclusion）功能，即分泌型IgA結合飲食中大量的可溶性抗原以及腸道正常菌群或病原微生物所釋放的熱原物質，防止它們進入血液。
三、IgM
血清中IgM是由5個單體通過一個J鏈和二硫鍵連接成五聚體，分子量最大，為970kD，沉降系數為19S，稱為巨球蛋白（macroglobulin）。在分子結構上IgM無鉸鏈區，Cμ2可能替代了鉸鏈區的功能。在生物進化過程中IgM是最早出現的免疫球蛋白，如八目鰻可產生IgM。在個體發育過程中，無論是B細胞膜表面Ig（SmIg），還是合成分泌到血清中的Ig，IgM都是最早出現的Ig，在胚胎發育晚期的胎兒即有能力產生IgM。在抗原刺激誘導體液免疫應答過程中，一般IgM也最先產生。IgM占血清總Ig的5%～10%。由于IgM在免疫應答早期產生，并在補體參與下的溶血作用比IgG強500倍以上，而且活化補體后通過C3B、C4b等片段發揮調理作用，因此IgM在機體的早期免疫防護中占有重要地位。天然的血型抗體（凝集素）為IgM，血型不符的輸血，易發生嚴重的溶血反應。IgM不能過胎盤，臍血中如出現針對某種病原微生物的IgM，表示胚胎期有相應病原微生物如梅毒螺旋體、風疹或巨細胞毒等感染，稱為胚胎感染或垂直感染。正常人血清中也含有產量單體IgM。
膜表面IgM是B細胞識別抗原受體中一種主要的SmIg。成熟B細胞有SmIgD，在正常人B細胞庫（Bcell repretorire）中SmIgM+B細胞約占80%。在記憶B細胞中SmIgM逐漸消失，被SmIgG、SmIgA或SmIgE所替代。
四、IgD
IgD于1995年從人骨髓瘤蛋白中發現，分子量為175kD，主要由扁桃體、脾等處漿細胞產生，人血清中IgD濃度為3～40μg/ml,不到血清總Ig的1%，在個體發育中合成較晚。IgD鉸鏈區很長，且對蛋白酶水解敏感，因此IgD半衰期很短，僅2.8天。血清中IgD確切的免疫功能尚不清楚。在B細胞分化到成熟B細胞階段，除了表達SmIgD，抗原刺激后表現為免疫耐受。成熟B細胞活化后或者活化后或者變成記憶B細胞時，SmIgD逐漸消失。
五、IgE
IgE是1966年發現的一類Ig，分子量為188kD，血清中含量極低，僅占血清總Ig的0.002%，在個體發育中合成較晚。ε鏈有4個CH（Cε1～Cε4），無鉸鏈區，含有較多的半胱氨酸和甲硫氨酸。對熱敏感，56℃、30分鐘可使IgE喪失生物學活性。IgE主要由鼻咽部、扁桃體、支氣管、胃腸等粘膜固有層的漿細胞產生，這些部位常是變應原入侵和I型變態反應發生的場所。IgE為親細胞抗體，Cε2和Cε3功能區可與嗜堿性粒細胞、肥大細胞膜上高親和力FcεRⅠ結合。變應原再次進入機體與已固定在嗜堿性粒細胞、肥大細胞上IgE結合，可引起Ⅰ型變態反應。寄生蟲感染或過敏反應發作時，局部的外分泌液和血清中IgE水平都明顯升高。
表2-4 人各類免疫球蛋白主要的理化特性和生物學特性比較
| IgG | IgA | IgM | IgD | IgE | |
| 重鏈名稱 | γ | α | μ | δ | ε |
| 重鏈功能區數目 | 4 (Vγ、Cγ1、Cγ2、Cγ3) |
4 （Vα 、Cα1、 Cα2、Cα3） |
5 （Cμ、Cμ1、Cμ2、Cμ3、Cμ4） |
4 （Vδ、Cδ1、Cδ2、Cδ3） |
5 （Vε、Cε1、Cε2、Cε3、Cε4） |
| 主要存在形式 | 單體 | 單體、雙體 | 五聚體 | 單體 | 單體 |
| MW（Kd） | 146～170 | 160，400 | 970 | 175 | 188 |
| 平均含碳水化合物（%） | 4 | 10 | 12 | 18 | 12 |
| 成人血清濃度（mg/dl±SD） | 1150±300 | 210±50 | 150 | 0.3～4 | 0.002 |
| 占血清總Ig% | 75 | 10 | 5～10 | ＜1 | ＜0.001 |
| 存在于外分泌液中 | － | ＋＋＋ | ＋ | － | － |
| 經典途徑活化補體 | ++（IgG＞ IgG＞IgG2） |
－ | ＋＋＋ | － | － |
| 替代途徑活化補體* | + | + | ？ | + | + |
| 結合吞噬細胞 | ++（IgG3＞IgG1） | + | － | － | +（嗜酸性粒細胞） |
| 結合肥大細胞和嗜堿性粒細胞 | － | － | － | － | +++ |
| 結合SPA | + | ± | ± | － | － |
| 半衰期（天） | 20～23（IgG3）為7～8 | 5.8 | 5.1 | 2.8 | 2.5 |
| 合成部位 | 脾、淋觀點結漿細胞 | 粘膜相關 淋巴樣組織 |
脾、淋巴結、漿細胞 | 扁桃體、脾漿細胞 | 粘膜固有層漿細胞 |
| 開始合成時間 | 生后3月 | 4～6月 | 胚胎后期 | 較晚 | 較晚 |
| 達成人水平時間 | 3～5歲 | 4～12歲 | 6月～1歲 | 較晚 | 較晚 |
| 通過胎盤 | + | － | － | － | － |
| 免疫作用 | 抗菌、抗病毒、抗毒素，自身抗體 | 粘膜局部免疫作用，抗菌、抗病毒，免疫排除功能 | 早期防御作用，溶菌，溶血，SmIgM，天然血型抗體，類風濕因子 | SmIgM+ SmIgD+ 正應答 |
抗寄生蟲感染I型超敏反應 |
- 聚合的Ig
 免疫球蛋白分子的超家族 | 免疫球蛋白基因的結構和抗體多樣性  |
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