同种异型(allotype)是指同一种属不同个体间的Ig分子抗原性的不同,在同种异体间免疫可诱导免疫反应。同种异型抗原性的差别往往只有一个或几个氨基酸残基的不同,可能是由于编码Ig的结构基因发生点突变所致,并被稳定地遗传下来,因此Ig同种异型可作为一种遗传标记(genetic markers),这种标记主要分布在CH和CL上。
1.γ链上的同种异型 γ1、γ2γ3和λ4重链上均存在有同种异型标记,目前已发现:Glma、x、f、z;G2mn;G3mgl、g5、b0、b1、b3、b4、b5、c3、c5、s、t、u、v;G4m4a、4b。共20种左右。其中G表示λ链,1、2、3或4表示亚类λ1、λ2、λ3和λ4,m代表标记(marker)。 除Glmf和z位于IgG1分子的Cγ1区外,其余的Gm均位于Fc部位。一条γ链可能同时具有一个以上的Gm标志,如白种人常常在γ1H链Cγ1区有G1mz,Fc部位有G1ma。由于人第14号染色体编码四种IgG亚类的C区基因Cγ1、Cγ2、Cγ3和Cγ4是密切连锁的,因此IgGH链各亚类Gm标记可作为间倍体(haplotype)遗传给子代。
2.α链上的同种异型 α2H链已发现有A2m1和A2m2两种。A2m1在411、428、458和467位氨酸上分别为苯丙氨酸、天冬氨酸、亮氨酸、缬氨酸;A2m2则分别为苏氨酸、谷氨酸、异亮氨酸和丙氨酸。α1H链上尚未发现有同种异型存在。 3.ε链上的同种异型目前只发现Em1一种同种异型。
4.κ链上的同种异型 旧称为Inv,现分为Km1、2和3。Km1在153位和191位氨基酸上分别为缬氨酸和亮氨酸,Km2分别为丙氨酸和亮氨酸,Km3分别为丙氨和缬氨酸。λ轻链上尚未发现有同种异型。 (三)独特型
独特型(idiotype)为每一种特异性IgV区上的抗原特异性。不同抗体形成细胞克隆所产生的IgV区具有与其客观存在抗体V区不同的抗原性,这是由可变区中成其是超变区的氨基酸组成、排列和构型所决定的。所以,在单一个体内所存在的独特型数量相当大,可达107以上。独特型的抗原决定簇称为独特位(idiotope),可在异种、同种异体以及自身体内诱产生相应在的抗体,称为抗独特型抗体(antiidiotypic antibody,αI d),独特型和抗独型抗体可形成复杂的免疫调节中占有得要地位。
表2-1 人免疫球蛋白分子上抗原决定簇的分类
分类 类 亚类
同种型
型 亚型
同种异型
CL CL(λ) CH(λ1)
κ、λ
λ1、λ2、λ3、λ4
G1ma(1)、x(2)、f(3)、z(17)
抗原性存在部位 CH CH
举例
IgM、IgG、IgA、IgD、IgE IgG1-4,IgA1、2
(λ2) (λ3) (λ4) G2m n(23) G3mb1(5)、c3(6)、b5(10)、b0、(11)b3(13)、b4(14)、s(15)、t(16)、g1(21)、c5(24)、u(26)、v(27)、g1(28) G4m 4a(1)、4b(1) CH(α2) A2m1、2 CH(ε) Em1 CL(κ) Km1、2、3 独特型 VHVL 极多 注:γ1~γ4同种异型的命名中,WHO1976年建议采用阿拉数字代号,但目前许多专业实验室仍沿用小写英文字母,在本表中将γ链同种异型阿拉伯数字代号列于相应英文字母代号后
的括号中 四、免疫球蛋白分子的超家族
应用DNA序列分析和X晶体衍射分析等研究表明,许多细胞膜表面和机体某些蛋白质分子,其多肽链折叠方式与Ig折叠相似,在DNA水平和氨基酸序列上与IgV区或C区有较高的同源性,它们可能从同一原始祖先基因(primodial ancestral gene)经复制和突变衍生而来。编码这些多肽链的基因称为免疫球蛋白基因超家族(immunoglobulin gene superfamily),这一基因超家族所编码的产物称为免疫球蛋白超家族(immunogloblin superfamily,IGSF)。 (一)免疫球蛋白超家族的组成
由于细胞表面标记、单克隆抗体以及基因工程研究的进展,近年来发现属于IGSF的成员已达近百种,主要包括T细胞、B细胞抗原识别受体和信号传导分子,MHC及相关分子,Ig受体,某些细胞因子受体,神经系统功能相关分子,以及部分白细胞分化抗原(CD)(表2-2)。
表2-2 免疫球蛋白超家族的组成(成员举例)
主要功能 成员 IgH链:μ、γ、δ、ε和α链 IgL链:κ和λ链 抗原识别受体和信号传导分子 SmIg复合物成分:MG-1(Ig-α,CD79a)、B29(Ig-β,CD79b) TCR:α、β、γ和δ链 CD3:γ、δ和ε链 MHCⅠ类抗原:α链、β2M MHC及其相关分子 MHCⅡ类抗原:α、β链 β2M相关分子:CD1、Qa、TL PolyIgR(pIgR) IgG Fc段受体:FcγRⅠ(CD64)、FcγRⅡ、FcγRⅢ(CD16)
免疫球蛋白受体 Ige Fc段受体:FcεRIα链 IgE Fc段受体:FcαR 细胞因子受体 IL-1R(CDw121a),IL-6R(CD126),M-CSFR(CD115),G-CSFR、SCFR(CD117),PDGFR CD2,LFA-3(CD58),ICAM-1(CD54),ICAM-2(CD102)、白细胞分化抗原 ICAM-3(CD50),CD4,CD8α、β链,CD28,B7/BB1(CD80),CD7,CD22,CD33,CD48,CEA(CD66e),Thy-1(CDw90),PECAM-1(CD31),VCAM-1(CD106) (二)免疫球蛋白超家族的特点
1.IGSF的结构特点 IGSF的成员均含有1~7个Ig样功能区,第个Ig样功能区约含
100(70~110)个氨基酸残基,功能区的二级结构是由3~5个股反平行β折叠股各自形成两个平行β片层的平面(anti-paralle β-pleated sheet),每个反平行β折叠股由5~10个氨基酸基组成,β片层内侧的疏水性氨基酸起到稳定Ig折叠的作用,大多数功能区内有一个二硫键,垂直连接两个β片层,形成二硫键的两个半胱氨酸间有55~75个氨基酸残基,使之成为一个球形结构,肽链的这种折叠方式称为免疫球蛋折叠(Ig fold)。
根据IGSF功能区中Ig折叠方式、两个半胱氨酸之间氨基酸残基的数目以及与IgV区或C区同源性的程度,IGSF功能区可分为V组、C1组和C2组。
图2-11 人Ig轻链(λ)多肽折叠示意图
(1)V组:V组功能区的两个半胱氨酸之间含65~75个氨基酸残基,有9个反平行β折叠股,如IgH链和L链V区,TCRα、β、γ、δ链V区,CD4v区,CD8α、β链V区,Thy-1,pIgR和分泌成分(SC)N端四个功能区,CEAN端第一个功能区,PDGFR靠近胞膜的功能区等。 (2)C1组:又称C组。C1组功能区二个半胱氨酸之间约含50~60个氨基酸残基,有7个β折叠股,如IgH链和L链C区(γ、δ和α链的CH1~CH3或μ和ε链的CH1~CH4),TCRα、β、γ、δ链C区,MHc Ⅰ类分子重链α3功能区,β2M,MHCⅡ类分子α2和β2功能区,CD1、Qa和TL靠近胞膜功能区等。
(3)C2组:又称H组。C2组功能区的氨基酸排列的顺序类似V组,但形成二硫键的两个半胱氨酸之间所含氨基酸残基数约为50~60,有7个β折叠股,这种结构介于V组和C1组之间,如CD3γ、δ和ε链,CD2和LFA-3(CD58),pIgR靠近胞膜功能区,FcγRⅠ、FcγRⅡ、FcγRⅢ、FcεRⅠα链、FcαR,ICAM-1,CEA第2至7个功能区,IL-6R、M-CSFR、G-CSFR、SCFR。PDGFR第1至4功能区,以及N-CAM、CD22、CD48分子等。 2.IGSF功能特点 IGSF的功能是以识别为基础,因此又称为识别球蛋白超家族
(cognoglobulin superfamily)。IGSF很可能最起源于原始的具有粘功能的基因,通过复制和突变衍生形成了识别抗原、细胞因子受体、IgFc段受体、细胞间粘附分子以及病毒受体等不同的功能区。IGSF识别的基本方式有以下几种。
(1)IGSF和IGSF相互识别:①同嗜性相互作用(heterophilic interaction)如相同神经细胞粘附分子(N-CAM)之间的相互识别,血小板内皮细胞粘附分子-1(PECAM-1,CD31)的相互识别;②异嗜性相互作用( heterophilic interaction),如CD2与LFA-3,CD4与MHCⅡ类分子的单态部分(α2和β2),CD8与MHCⅠ类分子的单态部分(α3),poly IgR与多
聚Ig,FcγRⅠ (CD64)、FcγRⅡ(CD32)、FcγRⅢ(CD16)与IgG Fc 段,FcγRⅠ与Ige Fc段,FcαR(CD89)与IgA Fc段,CD28与B7/BB1(CD80)等之间的相互识别。
图2-12免疫球蛋白超家族V组、C1组和C2组结构模式图
(2)IGSF和结合素(integrin)相互识别:如ICAM-1(CD54)、ICAM-2(CD102)与LFA-1(CD11a/CD18),VCAM-1(CD106)与VLA-4(CD49d/CD29)之间的相互作用。
(3)IGSF和其它分子的相互识别:包括TCR识别MHCⅠ类或Ⅱ类分子与抗原复合物,细胞因子受体识细胞因子等。