免疫球蛋白G及其臨床應(yīng)用研究進(jìn)展

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·綜述·

免疫球蛋白G及其臨床應(yīng)用研究進(jìn)展

魏剛 綜述，胡志東 審校

(天津醫(yī)科大學(xué)總醫(yī)院醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)科，天津 300052)

關(guān)鍵詞:免疫球蛋白G；臨床應(yīng)用；研究進(jìn)展

免疫球蛋白G(IgG)是人血清中百分含量最高的蛋白質(zhì)，約占血漿蛋白的10%～20%，并且是人類5種免疫球蛋白：免疫球蛋白M(IgM)、IgG、免疫球蛋白A(IgA)、免疫球蛋白D(IgD)和免疫球蛋白E(IgE)中最主要的類型。這些密切相關(guān)的糖蛋白，由82%～96%蛋白質(zhì)和4%～18%碳水化合物組成，其重鏈結(jié)構(gòu)不同具有不同的功能效應(yīng)。IgG可以進(jìn)一步分為4種高度保守的亞型，根據(jù)水平由高到低依次為IgG1、IgG2、IgG3和IgG4[1]，雖然它們?cè)诎被崴缴铣^90%是相同的，但I(xiàn)gG各亞型的結(jié)構(gòu)和功能有一定的差異。IgG各亞型的恒定區(qū)不同，特別是鉸鏈區(qū)和CH2結(jié)構(gòu)域，這些區(qū)域都參與IgG和IgG-Fc受體(FcγR)與補(bǔ)體C1q的結(jié)合。本文就IgG的基本結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)，分類及反應(yīng)特點(diǎn)，各亞型的臨床應(yīng)用等方面做一綜述，以為臨床醫(yī)學(xué)提供新的思路。

1IgG的基本結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)

1.1IgG的基本結(jié)構(gòu)IgG分子由4條多肽鏈組成，兩條相同的50×103γ重(H)鏈和兩條相同的25×103κ或λ輕(L)鏈，通過多肽鏈間的二硫鍵連接在一起。每條重鏈由1個(gè)N-末端可變區(qū)(VH)和3個(gè)恒定區(qū)(CH1、CH2、CH3)，以及CH1和CH2之間的一個(gè)額外的鉸鏈區(qū)組成。同樣，輕鏈由一個(gè)N-末端可變區(qū)(VL)和恒定區(qū)(CL)組成。輕鏈結(jié)合VH和CH1區(qū)形成Fab臂，V區(qū)相互作用形成抗原結(jié)合區(qū)。兩條重鏈和輕鏈-異源二聚體(HL)通過在CH3結(jié)構(gòu)域之間鉸鏈區(qū)的二硫鍵和非共價(jià)鍵相互作用結(jié)合形成一個(gè)單一抗體分子(H2L2)。由鉸鏈下區(qū)域和CH2/CH3域形成的抗體部分稱為結(jié)晶片段(Fc)。

1.2IgG亞型的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)人類4種IgG亞型的整體結(jié)構(gòu)非常類似，但每個(gè)亞型間影響它們的結(jié)合輔助分子和受體的重要差異影響其功能。4種亞型有超過90%的同源性氨基酸序列，差異并不是隨機(jī)分布的。在鉸鏈區(qū)和N-末端的CH2結(jié)構(gòu)域發(fā)現(xiàn)多種差異，而其他區(qū)域氨基酸的差異很少。這是已知CH1結(jié)構(gòu)域結(jié)構(gòu)變化的功能性后果。另一方面，在CH2/CH3結(jié)構(gòu)域上的差異，形成了Fc尾。Fc部分的CH2結(jié)構(gòu)域鉸鏈區(qū)最近端的殘基負(fù)責(zé)抗體的功能效應(yīng)，包含一個(gè)很大程度上重疊的針對(duì)補(bǔ)體C1q的結(jié)合位點(diǎn)和先天免疫系統(tǒng)效應(yīng)細(xì)胞的FcγR。位于兩個(gè)CH2/CH3之間的接口在297位上高度保守的N-連接糖基化位點(diǎn)形成IgG分子的Fc，負(fù)責(zé)微妙但重要的Fc四級(jí)結(jié)構(gòu)的變化。這些聚糖還直接參與了與FcγR的結(jié)合，而且還可以通過高度特異修飾297位聚糖，調(diào)節(jié)其相互作用，可能是在人類特異免疫反應(yīng)中調(diào)節(jié)這種變化[2]。雖然這種糖基化位點(diǎn)被視為IgG唯一的糖基化位點(diǎn)，約所有抗體10%～15%的V區(qū)也被糖化。這些位點(diǎn)最常通過VDJ重組或體細(xì)胞突變出現(xiàn)，有報(bào)道這種糖基化可影響抗原結(jié)合特性[3-4]，使其與調(diào)節(jié)凝集素結(jié)合。反過來，也可以調(diào)節(jié)刺激B淋巴細(xì)胞活化所需的閾值，被描述為在濾泡性淋巴瘤中某些類型的正選擇信號(hào)。CH3-CH2域之間的接口還包含新生兒Fc受體(FcRn)的結(jié)合位點(diǎn)，負(fù)責(zé)延長(zhǎng)IgG半衰期，通過胎盤和IgG在黏膜表面運(yùn)輸。在這一區(qū)域存在較小變化，對(duì)與FcRn結(jié)合的影響很小。

2IgG的分類及反應(yīng)特點(diǎn)

2.1IgG的種類IgG可以進(jìn)一步分為4個(gè)亞型，根據(jù)體內(nèi)水平由高到低依次為IgG1、IgG2、IgG3和IgG4，雖然他們?cè)诎被崴缴铣^90%是相同的，但其結(jié)構(gòu)和功能有一定的差異。此外，IgG抗體對(duì)不同抗原的反應(yīng)導(dǎo)致明顯地傾向一種亞型反應(yīng)(選擇性亞型)。選擇性亞型缺陷對(duì)個(gè)體一般是無損傷的，但有時(shí)也會(huì)導(dǎo)致對(duì)某些特定類型的病原體易感性的增強(qiáng)。這是由于在14號(hào)染色體Ig基因缺失引起的異型或亞型缺陷所致，這種情況較為罕見[5]。通常，有一個(gè)或更多的IgG亞型水平低于健康人的正常范圍，并且有時(shí)會(huì)導(dǎo)致對(duì)莢膜內(nèi)細(xì)菌感染的反應(yīng)受損?？傊?，在Ig位點(diǎn)獲得的變異可能對(duì)進(jìn)化過程中抗體介導(dǎo)的免疫反應(yīng)的優(yōu)化和微調(diào)的有利變化具有選擇性。

2.2IgG抗體反應(yīng)抗原進(jìn)入人體的途徑及其化學(xué)成分使免疫反應(yīng)轉(zhuǎn)換為類型轉(zhuǎn)換的優(yōu)先模式。除了抗原本身直接激活B淋巴細(xì)胞，一些第2信號(hào)也會(huì)影響B(tài)淋巴細(xì)胞的分化，包括識(shí)別模式的識(shí)別受體如Toll樣受體，以及淋巴細(xì)胞和抗原呈遞細(xì)胞產(chǎn)生的細(xì)胞因子的識(shí)別[6]。例如，蛋白質(zhì)抗原通常使B淋巴細(xì)胞通過其表達(dá)的MHCⅡ類分子接受T淋巴細(xì)胞的協(xié)助。對(duì)于這些抗原，類型轉(zhuǎn)換往往傾向于IgG1或IgG3，但也可以是IgG4和IgE。另一方面，在缺乏T淋巴細(xì)胞協(xié)助的情況下，多糖抗原可誘導(dǎo)類型轉(zhuǎn)換為特定的IgG2。在原發(fā)性或繼發(fā)性免疫反應(yīng)中經(jīng)過類型轉(zhuǎn)換的B淋巴細(xì)胞也可以經(jīng)過后續(xù)的類型轉(zhuǎn)換[7]，但是這受其余重鏈基因而不是前類型轉(zhuǎn)換基因組的可用性限制。Cγ4盒的相對(duì)末端位置可能是IgG4的反應(yīng)傾向于在重復(fù)抗原暴露后發(fā)生的原因之一[8]。

3IgG亞型的臨床應(yīng)用

人IgG抗體由4個(gè)亞型即IgG1、IgG2、IgG3和IgG4組成。IgG亞型之間的差異可反映在不同的生物學(xué)重要功能上，例如抗原識(shí)別、補(bǔ)體激活及細(xì)胞表面受體結(jié)合。很多研究表明，血清IgG亞型的濃度與參考區(qū)間的偏差和不同的疾病狀態(tài)有關(guān)。

3.1IgG1可溶性蛋白抗原和膜蛋白主要誘導(dǎo)IgG1抗體反應(yīng)，但都伴隨著較低水平的其他亞型，大多是IgG3與IgG4[9]。因?yàn)镮gG1通常是最豐富的亞型，IgG1缺乏見于各種原發(fā)性和繼發(fā)性抗體缺陷，可以降低總IgG水平。IgG1缺乏，有時(shí)聯(lián)合其他IgG亞型缺乏，與復(fù)發(fā)性感染有關(guān)。IgG1濃度降低可能是由于綜合免疫缺陷而不是某特異亞型缺陷造成，如腎病綜合征患者血清中IgG1濃度較低。

3.2IgG2對(duì)細(xì)菌莢膜多糖抗原的免疫球蛋白抗體反應(yīng)幾乎完全限于IgG2[10]，IgG2缺乏可能導(dǎo)致IgG抗糖類抗體的缺失，雖然這些反應(yīng)也可以由提高其他IgG亞型的水平來補(bǔ)償，特別是通過升高的IgG1和IgG3水平。IgG2缺乏與對(duì)某些細(xì)菌感染的易感性增加相關(guān)，表明IgG2有防御這些病原體的作用。低濃度IgG2經(jīng)常與IgG4和(或)IgA1和IgA2的缺乏相關(guān)[11]。選擇性IgG2缺陷表現(xiàn)為病毒和細(xì)菌感染發(fā)生率增加，預(yù)示著免疫應(yīng)答的功能缺陷。上呼吸道和支氣管肺部感染患者血清IgG2濃度較低。此外，腎病綜合征患者血清IgG1和IgG2濃度較低，輕微腎炎患者尤為明顯。對(duì)靜脈注射免疫球蛋白后抗糖類反應(yīng)性的廣泛分析表明，雖然IgG2代表和多聚糖的大部分反應(yīng)，但并非總是如此[12]。在自然感染針對(duì)抗b型流感嗜血桿菌多糖IgG1抗體也有報(bào)道。在健康個(gè)體的正常免疫反應(yīng)中，也可以觀察到在第2代肺炎球菌疫苗中也發(fā)現(xiàn)某些針對(duì)蛋白質(zhì)結(jié)合多糖的IgG1和IgG3的反應(yīng)。

3.3IgG3IgG3抗體對(duì)效應(yīng)功能的誘導(dǎo)是非常有效的。作為一個(gè)強(qiáng)有力的促炎性抗體，其半衰期短限制了過度的炎性反應(yīng)的發(fā)展。然而，發(fā)現(xiàn)一些個(gè)體有G3m異型“S”或“15”標(biāo)志，也有半衰期延長(zhǎng)的IgG3可能挑戰(zhàn)這一假設(shè)[13]。但是這些個(gè)體IgG3水平并沒有增加，這可能是由于γ3啟動(dòng)子的多態(tài)性影響了IgG3到G3m異型類型轉(zhuǎn)換的頻率，也解釋了G3m純合型個(gè)體低濃度的IgG3。一般病毒感染導(dǎo)致IgG1和IgG3亞型抗體增多，IgG3抗體首先出現(xiàn)在感染過程，但以IgG3為主的反應(yīng)罕見。反鉸鏈抗體結(jié)合了Fab2片段的鉸鏈區(qū)，其不是完整的IgG抗體[14]。同時(shí)，P和PK血型抗原的抗體在很大程度受限于IgG3。對(duì)其他紅細(xì)胞抗原(如RhD抗原)和血小板抗原(如人血小板抗原la)，輸血和妊娠反應(yīng)，通常以IgG1、IgG3或兩者共同為主。IgG3水平下降，經(jīng)常與其他IgG亞型缺陷相關(guān)。IgG亞型濃度的多克隆增殖可發(fā)生于慢性抗原刺激，但只起次要的診斷作用。單克隆IgG增殖是由1種IgG亞型的生成增加所致。IgG亞型的測(cè)定可用于患者感染易感性增加的診斷說明。測(cè)定出IgG亞型缺陷是免疫防御機(jī)能障礙和需要額外診斷調(diào)查的指征。

3.4IgG4過敏原是IgG1和IgG4很好的誘導(dǎo)劑，除了IgE，IgG4抗體往往在非傳染性位點(diǎn)反復(fù)或長(zhǎng)期暴露于抗原后形成，并可能成為占主導(dǎo)地位的亞型。例如長(zhǎng)期養(yǎng)蜂的人和進(jìn)行免疫治療的過敏性個(gè)體，其癥狀緩解可能與IgG4的誘導(dǎo)相關(guān)。轉(zhuǎn)換到IgG4可能受白細(xì)胞介素-10(IL-10)的調(diào)控[15]。IgG4是對(duì)治療性蛋白免疫反應(yīng)的主要抗體亞型，如因子Ⅷ和Ⅸ及一些重組抗體如阿達(dá)木單抗[16]。此外，蠕蟲或絲蟲寄生蟲感染可能導(dǎo)致IgG4抗體的形成，高IgG4滴度可能與無癥狀感染有關(guān)。孤立的IgG4缺乏罕見，其可能的后果尚不確定。此外，IgG4相關(guān)疾病(IgG4-RD)以血清IgG4濃度升高及組織浸潤(rùn)IgG4陽性漿細(xì)胞為特點(diǎn)，可能會(huì)影響多個(gè)器官[17]。IgG4-RD的疾病譜很寬，包括自身免疫性胰腺炎(AIP)、Mikulicz′s病、垂體炎、Riedel甲狀腺炎、間質(zhì)性肺炎、間質(zhì)性腎炎、前列腺炎、淋巴結(jié)腫大、腹膜后纖維化、炎性主動(dòng)脈瘤及炎性假瘤[18]。70%～80%的AIP患者及10%的胰腺癌患者可觀察到血清IgG4水平升高(>1.4 g/L)。然而，5%的健康人群中也存在IgG4水平升高，這使得需要聯(lián)合其他指標(biāo)診斷AIP。

4小結(jié)

總之，IgG是人免疫球蛋白的主要種類，4個(gè)亞型功能各異，又互有關(guān)聯(lián)。IgG亞型缺陷與疾病的關(guān)系日益受到臨床重視。這類疾病多發(fā)于幼兒和少年，如小兒肺炎、多種呼吸道疾病、中耳炎、鼻竇炎等，成人常見的有肺炎、氣管炎、慢性阻塞性肺部疾病、支氣管擴(kuò)張和哮喘等疾病。檢測(cè)血清IgG亞型的臨床意義在于篩查IgG亞型缺陷病，輔助過敏性疾病的診斷，了解自身免疫性疾病的發(fā)病機(jī)制。積極利用IgG亞型的檢測(cè)，發(fā)揮其在疾病診斷和治療中的價(jià)值。另外，其與很多疾病的關(guān)系尚不清楚，需要更多的研究來明確其在疾病發(fā)生、發(fā)展及治療中的作用。

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(收稿日期：2015-11-15)

DOI:10.3969/j.issn.1673-4130.2016.05.024

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1673-4130(2016)05-0637-03

作者簡(jiǎn)介：魏剛，男，主管檢驗(yàn)技師，主要從事臨床免疫學(xué)與檢驗(yàn)研究。