第四节抗体的不均一性

第四节抗体的不均一性 如何获得抗体：用一种纯抗原免疫动物，便可获得与该抗原专一结合的抗体。即免疫动物的抗血清。

用50%饱和度的硫胺沉淀，继而用DEAE-纤维素柱离子交换层析，可获得纯的IgG类抗体（或其他类抗体）。用50%饱和度的硫胺沉淀，继而用DEAE-纤维素柱离子交换层析，可获得纯的IgG类抗体（或其他类抗体）。

这只是类别的纯化，并未获得均一的抗体，它包括对此抗原专一性和非专一性在内的全部IgG类抗体，而对抗原专一性的抗体只是其中的一部分。这只是类别的纯化，并未获得均一的抗体，它包括对此抗原专一性和非专一性在内的全部IgG类抗体，而对抗原专一性的抗体只是其中的一部分。

再用抗原偶联的免疫亲和吸附柱纯化此IgG抗体，便可获得对此类抗原专一性的抗体再用抗原偶联的免疫亲和吸附柱纯化此IgG抗体，便可获得对此类抗原专一性的抗体

但也还是不均一的，它是抗原分子内各决定簇诱导的IgG类抗体的总和。但也还是不均一的，它是抗原分子内各决定簇诱导的IgG类抗体的总和。

在抗体结构分析和结构与功能的关系的研究中需要纯化为均一的抗体。在抗体结构分析和结构与功能的关系的研究中需要纯化为均一的抗体。

机体内产生抗体的Ｂ淋巴细胞克隆（clone），其基因型是各不相同的，这种遗传性的差异导致了抗体的多样性，故从免疫血清中分离均一抗体是不可能的。也正因此延缓了对抗体分子结构的研究。机体内产生抗体的Ｂ淋巴细胞克隆（clone），其基因型是各不相同的，这种遗传性的差异导致了抗体的多样性，故从免疫血清中分离均一抗体是不可能的。也正因此延缓了对抗体分子结构的研究。

多发性骨髓瘤是一种Ｂ淋巴细胞癌变的疾病，在病人血清中的骨髓瘤蛋白是一个突变的浆细胞的无性繁殖系的产物，可称之为单细胞株蛋白质，其浓度比其他免疫球蛋白高几倍，易于分离纯化，制备出均一的瘤蛋白。在抗体分子结构的早期研究中都是以此为材料，先后搞清了IgG、IgM、IgA、IgE和IgD等五类免疫球蛋白和它们的亚类的基本结构。多发性骨髓瘤是一种Ｂ淋巴细胞癌变的疾病，在病人血清中的骨髓瘤蛋白是一个突变的浆细胞的无性繁殖系的产物，可称之为单细胞株蛋白质，其浓度比其他免疫球蛋白高几倍，易于分离纯化，制备出均一的瘤蛋白。在抗体分子结构的早期研究中都是以此为材料，先后搞清了IgG、IgM、IgA、IgE和IgD等五类免疫球蛋白和它们的亚类的基本结构。

利用Ｂ淋巴细胞克隆与瘤细胞杂交的单克隆抗体技术，能提供出均一的免疫球蛋白，也可进行抗体分子结构的研究。利用Ｂ淋巴细胞克隆与瘤细胞杂交的单克隆抗体技术，能提供出均一的免疫球蛋白，也可进行抗体分子结构的研究。

单克隆抗体 一.多克隆抗体（polyclonal antibody）：指由不同B细胞克隆产生的针对抗原物质中多种抗原决定簇的多种抗体混合物。如:免疫血清（含多种特异性抗体）。实际意义：（1）预防、治疗感染性疾病，如：破伤风抗毒素血清  抗破伤风，胎盘球蛋白  抗病毒感染等，副作用：超敏反应（2）临床诊断，如：肥达氏反应 --- 伤寒、副伤寒，缺点：特异性差。

二.单克隆抗体（monoclonal antibody, McAb） 由单一克隆B细胞杂交瘤产生的，只识别抗原分子某一特定抗原决定簇的特异性抗体。特点：具有高度均一性。杂交瘤细胞：骨髓瘤细胞 --- 无限增殖；免疫B细胞 --- 合成、分泌特异性抗体。杂交瘤技术 --- HAT培养基：次黄嘌(H), 氨基蝶呤(A)和胸腺嘧啶核苷(T)。

实际意义： （1）抗原的纯化和结构分析；（2）细胞发生、分化及功能的阐明；（3）临床疾病的诊断和治疗，如：免疫分子检测；免疫导向药物治疗恶性肿瘤--- McAb抗癌药物(毒素或放射核素偶联)。

引起抗体不均一的原因可分外源性和内源性两种。引起抗体不均一的原因可分外源性和内源性两种。

一、外源引起的抗体不均一性 • 细菌、病毒等病源微生物都具有多种多种的蛋白质分子，蛋白质分子结构的复杂性，使之具有多种抗原决定簇，而每一个抗原决定簇可以诱导一种抗体，

于是，动物机体产生的抗血清包含着针对各个决定簇的许多不同抗原特异性抗体和针对同一抗原决定簇的不同类别的抗体的总和。因此抗血清是一个复杂的混合物。于是，动物机体产生的抗血清包含着针对各个决定簇的许多不同抗原特异性抗体和针对同一抗原决定簇的不同类别的抗体的总和。因此抗血清是一个复杂的混合物。 • 抗体的这种异质性，反映出机体对抗原物质的精细结构的识别能力，是机体对抗菌素原物质免疫应答的细微之处。

抗体的这种异质性，对治疗血清的制备、疫苗的研究等方面提供了理论基础。如图所示，分析出它的毒性基因，可以制备中和毒素的动物血清，用以临床治疗；它的吸附感染基因可以作为疫苗，诱导机体自动免疫，利用抗体的封闭作用，使机体的组织细胞不被侵入。抗体的这种异质性，对治疗血清的制备、疫苗的研究等方面提供了理论基础。如图所示，分析出它的毒性基因，可以制备中和毒素的动物血清，用以临床治疗；它的吸附感染基因可以作为疫苗，诱导机体自动免疫，利用抗体的封闭作用，使机体的组织细胞不被侵入。

二、内源引起的抗体不均一性 • 免疫球蛋白分子化学结构的差异必然要反映在蛋白质的抗原性上。抗体的不同结构形成不同抗原决定簇，诱导出不同特异性抗体（亦可称抗抗体）。利用抗血清（抗抗体）来鉴别和区分免疫球蛋白及其肽链（重链和经链），无疑是可行的，而且是极为简便的。据此，免疫球蛋白可根据血清学检测法分为不同的血清学类型。

同一物种内所有个体的免疫球蛋白共同具有的抗原专一性称为同种型（isotype），也称同族专一性；同一物种内不同个体存在几种形式的抗原专一性，在同一物种内的这种多型现象称为同种异型（allotype）；每一形成抗体的克隆细胞所产生的抗体上，都具有自身独特的抗原专一性，称为个体型，也称为独特型（idiotype）。

形成这些抗原专一性的抗原决定簇如图所示。同族专一性的抗原决定簇位于C区，是不同的结构基因的产物。同种异型是特定基因座的等位基因产生，相当于C区个别氨基酸残基的置换。独特型位于V区，包含结合位点的抗原决定簇。

1．同种型（istype）： 是指同一物种内所有个体共同具有的免疫球蛋白分子的抗原专一性，因此这种专一性因种而异。由于同种型的存在，人们可以用鼠的IgG免疫家兔，产生兔抗鼠IgG，家兔的这种特异抗体也可称为抗抗体（既二抗）。反之，也可产生鼠抗兔IgG。目前生产的这些抗抗体，在临床检测和生物学研究中，都是重要的检测试剂。

2．同种异型（allotype）：在同一种属内出现的免疫球蛋白异型现象，称为同种异型。2．同种异型（allotype）：在同一种属内出现的免疫球蛋白异型现象，称为同种异型。以人类为例，它的免疫球蛋白的某类和亚类如IgG，在一群人中的重链γ1的结构和另一群人不相同，它们之间只有一个或几个氨基酸残基的差别，像同种异型的Gm（4）和Gm（17），只是在214位的氨基酸基上有1个氨基酸差别，Gm（4）型的人在IgG1的重链γ1的214位是精氨酸，而Gm（17）是赖氨酸。同种异型只出现在该种属内某些个体，而不是全部个体中

例如：Rh血型物质 它在不同人种的分布是不均的，黄种人占1%，而白种人可占15%，因此对含有Rh血型物质的这些白种人（15%）而言，输入没有Rh因子的红血球（Rh阴性血球），就会引起机体产生抗Rh-因子的抗体，产生严重的输血反应。黄种人的比例虽小，但在输血前也是血型检测的内容之一。

3．独特型（idiotype, Id ） 　　　独特型的抗原决定簇位于抗体分子的V区。抗体分子的可变区包含3个高变区和介于其间的4个框架区。Id决定簇有的位于高变区部位也有的位于框架区部位。 Id是每个抗体分子所特有的，所以它是分辨不同免疫球蛋白分子可变区基因的表型标志。识别不同抗原决定簇的抗体分子，其Id可以不同，而识别同一抗原决定族的抗体分子，其Id事实上也不一定相同。之所以有多种不同的Id，是由于产生抗体的B细胞克隆的独特基因型的差异所致。

　　　如果某个个体的抗体上的Id，仅为这个个体所具有，其他个体虽也具有同样的特异性抗体，但并没有这种Id，称此Id为个体型Id (indiridnal idiotype, IdI)。在若干个体产生的抗各种抗原的抗体中中，有可能表现相同的Id，称之为交叉型Id (cross-reactive idiotype, IdX)。　　　在各类免疫球蛋白中都发现有共同的Id，在具有不同抗原特异性的抗体当中，也可以具有相同的Id。

　　　独特型抗原决定簇的一个重要特点是具有自身免疫原性。　　　独特型抗原决定簇的一个重要特点是具有自身免疫原性。　　　它能在体内引起自身免疫系统对它的识别、应答和反应，产生抗独特型的抗体AId （anti-idiotypic antibody）。

用三甲基胺（TMA）免疫家兔，产生抗TMA抗体，将此抗体分离并再次注射到同一只兔子体内，经检测证明兔子能合成抗TMA抗体的抗体。这种通过外界重新免疫方法产生的AId，后被证实在体内正常免疫应答过程中可以自发产生AId。用三甲基胺（TMA）免疫家兔，产生抗TMA抗体，将此抗体分离并再次注射到同一只兔子体内，经检测证明兔子能合成抗TMA抗体的抗体。这种通过外界重新免疫方法产生的AId，后被证实在体内正常免疫应答过程中可以自发产生AId。　　　以常用的抗原，如磷酸胆碱、细菌呋喃果聚糖、溶壁微球菌多糖、破伤风类毒素、烟草花叶病毒等免疫动物，在诱发免疫应答期间，都可以产生自发的自身抗Id抗体（AId）。

第五节 无性细胞系的选择学说和独特型网络学说千变万化的抗原诱导出多种多样的抗体，这些抗体分子与抗原的结合又是具有高度特异性的。机体免疫机能的这些现象给我们提出这样一些问题：抗体的多样性是抗体细胞先天固定有的功能，还是由抗原本身结构引发而后天获得的？如果是先天固有的，那么免疫系统是怎样区分外来抗原和自身抗原的，是在识别自身抗原的基础上区分外来抗原，还是在排除自身抗原反应性的基础上建立对外来抗原的识别和反应？

一、无性细胞系选择学说 • Burnet提出的细胞克隆学说：合成各种各样特异性抗体所需要的信息，已经存在于不同的细胞克隆基因上，抗体分子不是诱导抗体形成细胞塑造结构上和它互补的抗体分子，而是选择已经含有能制造在结构上和它互补的抗体分子的遗传信息的细胞，与之结合，诱导合成这种抗体编码的基因被选出来而被“接通”，通过相应的mRNA的转录和转译，合成具有相应的一级氨基酸顺序的免疫球蛋肽链，基于这一顺序自发地折叠成一定的球形构象，这种构象具有特异的抗原结合部位。

这一学说阐明了以下几个基本观点： （1）体内本身存在有识别各种抗原的免疫细胞克隆，它们的识别作用通过细胞表面的受体完成。（2）抗原选择结合相应受体的免疫细胞，使之活化、分化和增殖，最后形成抗体，产生效应细胞和记忆细胞。（3）胎生期免疫细胞与抗原物质相接触，则可被破坏、排除或使之失活，处于受抑制状态。由于失去对抗原的应答能力，形成了天然耐受状态。此种受抑的细胞克隆，称为禁细胞克隆（forbidden clone）。（4）免疫细胞克隆可因突变产生与自身抗原起反应的细胞克隆，形成自身免疫疾病。

细胞克隆选择学说的基点是建立在机体免疫系统对外来抗原的识别基础上，认为外来抗原首先选择具有互补结构受体的淋巴细胞，使之激活，增殖和发挥生理效应，而针对自身抗原的细胞克隆则被抑制或消除。 • Burnet提出的细胞克隆选择学说不仅解释了抗体产生的机理，也解释了抗原识别、免疫记忆、免疫耐受，移植物免疫排斥以及自身免疫等免疫生物学现象。

二、功能免疫网络——独特型网络学说 • 独特型网络学说认为：机体免疫系统是一个建立在识别自身抗原的基础上来识别外来抗原的系统。把免疫系统设想为基于抗体V结构域的网络，这一网络是通过免疫细胞之间相互识别V区上的独特型决定簇来实现。所以网络学说的根据是免疫球蛋白分子V结构域的双重特性，即通过其抗原结合部位与抗原（决定簇）结合，又借助于独特型决定簇引发、调节自身的免疫应答反应。

抗体独特型的一个很重要的特性就是具有自身免疫原性，可以诱发自身抗体。我们可以设想，在一个个体体内，其抗体带有的Id（以Ab1表示），必然刺激与之互补的另一克隆产生Aid，即抗Ab1的抗体（以Ab2表示），而Ab2也是抗体，也有自己的Id，因而又刺激与之互补的另一克隆，产生抗Aid的抗体，即Ab3，以此类推，机体内可以诱发产生一系列的Ab4、Ab5……。这种级联式的Id-Aid应答已在实验中得到证实。抗体独特型的一个很重要的特性就是具有自身免疫原性，可以诱发自身抗体。我们可以设想，在一个个体体内，其抗体带有的Id（以Ab1表示），必然刺激与之互补的另一克隆产生Aid，即抗Ab1的抗体（以Ab2表示），而Ab2也是抗体，也有自己的Id，因而又刺激与之互补的另一克隆，产生抗Aid的抗体，即Ab3，以此类推，机体内可以诱发产生一系列的Ab4、Ab5……。这种级联式的Id-Aid应答已在实验中得到证实。

另一方面，作为B淋巴细胞，它产生的抗体包括分泌型的和作为受体的膜结合型两种，两者除在C端略有差异外，其他部分完全相同，即有识别和结合抗原的能力，又表达完全相同的同种型、同种异型和独特型决定簇。另一方面，作为B淋巴细胞，它产生的抗体包括分泌型的和作为受体的膜结合型两种，两者除在C端略有差异外，其他部分完全相同，即有识别和结合抗原的能力，又表达完全相同的同种型、同种异型和独特型决定簇。

因此B细胞上的受体，作为免疫球蛋白（Ab1）它既可以结合抗原，又可以结合抗独特型的抗体Aid（Ab2），对后者的结合又具有细胞调节功能，提高或抑制淋巴细胞的免疫功能。因此B细胞上的受体，作为免疫球蛋白（Ab1）它既可以结合抗原，又可以结合抗独特型的抗体Aid（Ab2），对后者的结合又具有细胞调节功能，提高或抑制淋巴细胞的免疫功能。

对于一个未经免疫过的动物机体，在出生后其产生的抗体（Ab1）的克隆与产生抗Id抗体（Ab2）的克隆之间，处于一种平衡状态。抗原的进入打破了这种平衡。在免疫应答的最初时相，抗原与Ab1结合，清除了Ab1，这就失去了Ab1的Id对Ab2克隆的天然刺激，使产生Ab2的克隆停止合成Ab2。继后，摆脱Ab2控制的Ab1的量达到免疫阈值时，又刺激Ab2克隆而产生合成抗Id的抗体（AId、Ab2），Ab2又反过来抑Ab1抑克隆，达到新的平衡。

总括网络学说的观念，有如下几方面： ●免疫系统由两种类型的克隆组成：一种用于识别抗原决定簇（抗体结合部位antibodycombining site或称表位paratope），而另一种专注于识别抗体的差位或称独特型表位（idiotope）。 ●独特型网络是有方向性的，Ab1刺激Ab2合成，Ab2反过来又抑制Ab1的产生，并引发Ab3的合成，如此类推。 ●独特型网络的基本作用类型是抑制，这才确保稳定，即确保非致敏动物各个克隆之间以及免疫应答的各种不同时相克隆之间的平衡。因此抗原的进入，可在网络的某一环节打破这一平衡，而网络结构的特点，又能适时的加以控制，不出现过度的反应而又达到新的平衡。

1．独特型网络中Id-Aid的特性——独特型（Ab1）的多态性1．独特型网络中Id-Aid的特性——独特型（Ab1）的多态性　多态性是指独特型具有多样性和同一性，由于抗体V结构域的差异形成不同的独特型决定簇，它代表了V区基因的表型标志，是区分不同抗体分子的依据之一。抗原多样性也反映出独特性型的多样性，是千差万别的。但同时也发现，无论是抗原专一性相同的不同类别的抗体，不是抗原专一性不相同的抗体，可以具有相同的独特型决定簇（IdX）。因此不能简单的认为独特型是单一V区的基因标志，在某些情况它是共同的基因标志。

2．抗独特型抗体AId(Ab2)的类型和功能 1）AId的类型多样：独特型决定簇可以位于抗体V区抗原结合部位（高变区），也可以位于框架区部位。因而诱导的AId就有所不同。

（2）AId的功能 AId对Id的免疫应答有抑制作用。　　　无论是新生期还是成年期，输入AId或是通过胎盘输入的AId，都能造成对Id的特异抑制。 AId对Id免疫应答也有增强作用。　　　在某些情况下，AId又可刺激Id的应答，而不是抑制。它们能代替抗原启动T、B淋巴细胞前体，产生抗体。

3．抗（抗独特型）抗体（Ab3）的类型和功能 Ab2作为抗体，自身也具有Id决定簇，也具有自身免疫原性，因此在体内能诱导抗Ab2抗体——Ab3。Ab3分子在独特型网络中起着缓冲作用。 Ab3的独特型与Ab1独特型之间有相似和不相似两种情况。一种是既具有共同的独特型基因型，又具有共同的抗原结合能力；另一种是只有共同的独特型而无共同抗原结合能力。

4．抗[抗（抗Id）]抗体（Ab4） Ab4是由Ab3诱导产生的。目前只发现两例，研究较少。　并发现Ab4与Ab２相似，有识别Ab1独特型决定簇的能力。

5．独特型网络的细胞基础 　　独特型网络实质上是建立在Id-AId细胞克隆的相互作用的基础上的。　　它包括B细胞克隆之间的相互作用以及各类起调节作用的T细胞克隆之间的相互作用。因此免疫系统可以认为是由两套细胞组成：一套是具有Id并具有识别抗原能力的淋巴细胞，也就是网络中的第一层细胞——Ab1细胞，它是能与抗原结合和反应的细胞；另一套是识别Id的淋巴细胞，它是网络中的第二层细胞——Ab2细胞，是抗独特型细胞，也称为独特型特异的细胞（idiotypie-specifie cell）。

6．独特型网络的模型 （1）开放式网络：Richte等于1975年提出有方向性的开放式网络是基于刺激性和抑制性的相互作用而设想出来的。　　他们认为免疫系统是以V（可变区）结构为基础的功能网络。抗原提供刺激信号，诱发Ab1的合成，当Ab1，达到免疫阈值时，就启动Ab2的合成，接着又依次引起Ab3、Ab4等合成，一直沿着独特型网络途径扩伸。直至产生抑制作用使之停止。在这过程中，为防止克隆异常增生，Ab2抑制Ab1所需的浓度要低于Ab2刺激Ab3克隆所需要的浓度。

开放式网络认为在体内发生三种类型的免疫应答：开放式网络认为在体内发生三种类型的免疫应答： ●低剂量抗原诱导的免疫耐受性：抗原诱导产生Ab1后，Ab1刺激Ab2合成，由于抗原是低剂量的，因此级联式反应产生的Ab2量少，虽是以抑制Ab1的产生，却不能诱导Ab3的合成，Ab2对Ab1的抑制，使机体出现对低剂量抗原的耐受性。 ●合适剂量抗原诱导的正常免疫：足够剂量的抗原诱导产生Ab1后，依次刺激Ab2和Ab3的产生。Ab3抑制Ab2，并使Ab1摆脱了Ab2的控制，Ab1大量产生，行使机体的正常免疫功能。 ●高剂量抗原诱导的免疫耐受：高剂量的抗原诱导的Ab2和Ab4抑制Ab1和Ab3，导致机体产生免疫耐受.

（2）环式网络：1977年Hiernaux等提出一个闭合的、简短的环状网络，环内抗体彼此相互作用以达到调节和平衡功能。（2）环式网络：1977年Hiernaux等提出一个闭合的、简短的环状网络，环内抗体彼此相互作用以达到调节和平衡功能。

　　　虽然Ab1不同于Ab3，但它们有共同的Id，Ab2与Ab4也有共同的Id，这样，Id-抗Id反应就可能成为周期性的循环，而不是有方向性开放式的无限发展下去。由于Ab4与Ab2相像，故可被Ab1激活而又返过来抑制Ab1，于是循环从Ab1开始，又以Ab1终结。但Ab4毕竟不是Ab2，因此循环又不是简单的重复。由于Ab4结合Ab1的能力比Ab2小300倍，因此循环是减辐的。所以通过每级Id-Aid反应，免疫应答逐步减弱以达到平衡。由抗原的侵入引起平衡的破坏，进而达到平衡的恢复，维系免疫系统的稳定状态。　　　虽然Ab1不同于Ab3，但它们有共同的Id，Ab2与Ab4也有共同的Id，这样，Id-抗Id反应就可能成为周期性的循环，而不是有方向性开放式的无限发展下去。由于Ab4与Ab2相像，故可被Ab1激活而又返过来抑制Ab1，于是循环从Ab1开始，又以Ab1终结。但Ab4毕竟不是Ab2，因此循环又不是简单的重复。由于Ab4结合Ab1的能力比Ab2小300倍，因此循环是减辐的。所以通过每级Id-Aid反应，免疫应答逐步减弱以达到平衡。由抗原的侵入引起平衡的破坏，进而达到平衡的恢复，维系免疫系统的稳定状态。

（3）有限制的免疫网络：Bona等于1981年提出的网络是一个有限制性的免疫网络模式。（3）有限制的免疫网络：Bona等于1981年提出的网络是一个有限制性的免疫网络模式。他们认为独特型决定簇有两种类型，一是在免疫网络中起调节作用的，称为调节性独特型决定簇；另一类为通常独特型决定簇。他们基于这样一个事实：由Ab3诱导的Ab4至少有60%与Ab1结合，这意味着Ab3和Ab1有60%的分子上具有相同的独特型决定簇，近40%的分子其决定簇是不同的。正因为存在共同的决定簇，Ab3诱导的Ab4与Ab1诱导的Ab2相像，也因此形成由彼此相互作用的抗体系列组成为完整的免疫网络。由于这种调节性独特型决定簇的存在，他们认为机体免疫系统的独特型网络是调节式的。

第四节 抗体的不均一性