五类免疫球蛋白中,IgM和IgG以高浓度遍布全身,是全身性体液免疫反应的主要效应分子。下面介绍各类Ig的特性和功能。
一、IgG
IgG是再次体液免疫反应产生的主要Ig,在血清中含量最高,达600~1600mg/100ml,占血清Ig总量的75%~80%,不同个体间差异很大。IgG多为单体,分子量150kD,也有少量IgG以多聚体形式存在。IgG主要由脾脏和淋巴结中浆细胞合成,半寿期约23天。故用丙球作治疗时,以相隔2~3周注射1次为宜。IgG在机体防御机制中发挥重要作用,因为它的含量高,分布广,且较其它Ig更易透过毛细血管壁弥散到组织间隙中,发挥抗感染、中和毒素及调理作用。IgG在血浆和组织液中各占50%左右,故几乎身体的任何组织及体液,包括脑脊液中都有IgG分布。IgG是唯一能通过胎盘的Ig,故对新生儿抗感染起重要作用。胎盘内IgG含量远高于血清中。
IgG的Fc段可与中性粒细胞、单核细胞、巨噬细胞、K细胞等表面的Fc受体结合,从而发挥其调理作用及激活K细胞等对靶细胞的杀伤作用。某些亚类IgG的Fc段可固定于皮肤,引起Ⅰ型超敏反应,还能与葡萄球菌胞壁上的A蛋白(SPA)结合。
治疗用的丙球中主要含IgG.从正常人血清中提取的IgG可有多种抗体活性,如抗甲肝、乙肝、麻疹、腮腺炎病毒、破伤风和白喉抗毒素等。也就是说,大多数抗菌性、抗病毒性抗体属于IgG型抗体。此外,一些自身抗体,如全身性红斑狼疮患者的抗核抗体,抗甲状腺球蛋白抗体,引起Ⅱ、Ⅲ型超敏反应的抗体以及封闭性抗体(促进肿瘤生长)也多属IgG.
二、IgM
IgM是初次体液免疫反应早期阶段产生的主要Ig.IgM不嗜细胞,但可结合补体。占正常血清Ig的10%左右,含量为60~200mg/100ml,产生部位主要在脾脏和淋巴结中,主要分布于血流中,抗全身感染的作用较强。
IgM是五类Ig中分子量最大者(900kD),5倍于IgG,又称巨球蛋白。它是由五个IgM单体经J链连接而成,经二疏基乙醇处理,可分解为7S,分子量为160kD的亚单位,此IgM失去凝集活性。在检测抗体时,可藉此将IgM与IgG或其他Ig相区别。理论上IgM的抗原性结合价是10价,但与大分子抗原结合时,由于受空间结构的限制,实际上只表现出5价有效。由于IgM有较多结合价,所以是高效能的抗微生物抗体,其杀菌、溶菌、溶血、促吞噬以及凝集作用比IgG高500~1000倍。人体若缺乏IgM可能导致致死性败血症,IgM也可中和毒素和病毒。IgM在感染早期即已产生,故检查IgM抗体水平可用于传染病学早期诊断。IgM是在个体发育过程中最早出现的抗体,胚胎晚期已能合成。新生儿脐带血中若IgM水平升高,表示该儿曾有宫内感染。IgM可激活补体经典途径,亦为引起Ⅱ、Ⅲ型超敏反应的抗体。在某些疾病,如Waldenstroem巨球蛋白血症、全身性红斑狼疮等患者血清中有较高浓度的7SIgM,类风湿因子、冷凝集素、天然血型抗体等均为IgM.IgM有二个亚类(IgM1和IgM2),尚不清楚其功能有何差异。
三、IgA
IgA分血清型和分泌型。血清型IgA主要是由肠系膜淋巴组织中的浆细胞产生。血清中IgA含量约200~500mg/100ml,占血清Ig总量的10%~20%,大多(85%)为单体,只有少数以双、三、四、五聚体形式存在。血清IgA中的IgA1约占80%,IgA2只占20%。SIgA是由呼吸道、消化道、泌尿生殖道等处的粘膜固有层中的浆细胞产生,在浆细胞内已由J链(含胱氨酸较多的酸性蛋白)连接成双聚体,然后分泌出来。当IgA通过粘膜或浆膜上皮细胞向外分泌时,与上皮细胞产生的分泌片连接成完整的SIgA,释放到分泌液中,与上皮细胞紧密粘合在一起,分布在粘膜或浆膜表面。
人体各种分泌液所含Ig的组成有所不同:①内部的分泌液,如脑脊液、羊水、腹水、胸膜液等,其中IgG/IgA比值与血清内相似(6:1);②外分泌液,如初乳、唾液、泪液,以及呼吸道、消化道和泌尿生殖道粘膜表面的分泌液等,其中IgG/IgA比值一般都小于1,且不同的分泌液此比值各异,但在大多数外分泌液中,IgA在各类Ig中占绝对优势。
IgA具有抗菌、抗毒、抗病毒作用,对支原体和某些真菌可能也有作用。血清IgA具有多种抗体活性,如同种血凝素,抗胰岛素,抗布氏菌,抗白喉毒素,抗脊髓灰质炎病毒抗体等。有人认为IgA与组织抗原或蛋白抗原具有特殊结合力,从而可消除进入循环中的此类抗原,防止这些抗原诱导的炎症或自身免疫。已发现,若IgA缺乏,可伴有体内抗甲状腺球蛋白、肾上腺组织、DNA等的自身抗体水平升高。
SIgA对机体局部免疫,如保护呼吸道、消化道粘膜有重要作用。SIgA合成功能低下的幼儿易患呼吸道或消化道感染;老年性支气管炎也可能与呼吸道SIgA合成功能降低有关。由于外分泌液中SIgA含量多,又不易被一般蛋白酶破坏,故成为抗感染、抗过敏的一道重要的免疫“屏障”。
四、IgD
1965年Rowe等从一骨髓瘤病人血清中发现了IgD,但迄今对其结构和功能仍知之不多。IgD的一个重要特征是很不稳定,若用胰酶消化2分钟,即可完全降解成Fab和Fc碎片。在贮存和分离过程中,IgD可因血浆中酶的作用而降解成碎片,称为自发降解。其原因为IgD不如IgG那样折叠致密,因而易被蛋白酶裂解。
IgD在血清中含量很少,正常人血清IgD浓度报道极不一致,从0.03~3mg/100ml不等,合成速度每日0.4μg/kg,在血管内代谢率为37%/d,半寿期与IgE近似(2.8天)。
IgD分子量170~200kD,不能通过胎盘。完整的IgD不论单体或聚合体均不能激活补体,但凝聚IgD的Fc碎片在高浓度时(0.5~1.0mg/ml)能激活补体旁路途径。
血清IgD的功能尚不清楚。有报道IgD可能与某些超敏反应有关,如抗青霉素和牛奶过敏性抗体以及全身性红斑狼疮、类风湿性关节炎、甲状腺炎等自身免疫病中的自身抗体,有属IgD者。尚未证明IgD有抗感染作用。
IgD是B细胞的重要表面标志。B细胞在由干细胞分化过程中,表面先出现SmIgM,后出现SmIgD.当B细胞上只表达SmIgM时,抗原刺激后易致耐受性;若SmIgM与SmIgD同时存在,则B细胞受体抗原刺激可被激活。故认为SmIgM是耐受性受体,SmIgD为激活受体。
五、IgE
IgE又称反应素或亲细胞抗体。正常人血清中含量极微,约0.01~0.9mg/100ml,且含量较稳定,一般要用放射免疫法才能测出。超敏反应性疾病,如外源性哮喘、枯草热、鼻炎、特发性皮炎等患者血清IgE含量波动很大。例如,花粉过敏患者在花粉季节血清IgE含量升高,花粉季节过后下降。在鼻液、支气管分泌液、乳汁及尿液中可有IgE存在,其含量与血清IgE相似。蠕虫、血吸虫和旋毛虫等寄生虫病、某些真菌(白色念珠菌、曲霉菌等)感染和某些金黄色葡萄球菌感染后,可诱导IgE大量产生。原虫感染一般不引起IgE含量升高(但阿米巴痢疾,特别是阿米巴肝脓肿时,能产生抗阿米巴的IgE抗体)。某些肝病和骨髓瘤时,IgE含量也异常升高。
IgE的产生部位与SIgA相似,由呼吸道(鼻、咽扁桃体和支气管)和消化道粘膜固有层中的浆细胞产生,分布于这些部位的粘膜组织、外分泌液和血流内。这些部位正是过敏原的侵入门户和过敏反应好发部位。
IgE是单体,分子量190kD,其重链较γ链多一个功能区(CH4),借此区与细胞结合。IgE耐热性差,56℃4小时即失去结合能力,用二硫键的还原烷化作用也可使其丧失结合细胞能力。
IgE易与皮肤组织、肥大细胞、血液中的嗜碱性粒细胞和血管内皮细胞结合。这与它二硫键中含有较多的半胱胺酸和甲硫氨酸有关。IgE的FcR除表达于上述细胞外,还可见于B细胞和一部分T细胞、巨噬细胞表面,这在调节IgE抗体产生和防御感染上可能起重要作用。一般把肥大细胞、碱性粒细胞上的FcεR称为FcεRⅠ型,在B细胞和T细胞上者称FcεRⅡ型。
IgE是引起Ⅰ型超敏反应的主要抗体,因其Fc段特别容易与嗜碱性粒细胞和肥大细胞的FcεR结合,当二价以上抗原与细胞上IgE结合,可使IgE分子桥连,在Ca2+存在下,触发细胞内生物活性物质释放。IgE有无保护作用,尚无确切证明。其抗寄生虫作用早有报道,如IgE可使嗜酸性粒细胞向局部游走,而且能介导ADCC作用,杀死蠕虫。