医学免疫学/免疫球蛋白分子的超家族

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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
抗原识别受体和信号传导分子 IgH链:μ、γ、δ、ε和α链
IgL链:κ和λ链
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
MHC及其相关分子 MHCⅠ类抗原:α链、β2M
MHCⅡ类抗原:α、β链
β2M相关分子:CD1、Qa、TL
免疫球蛋白受体 PolyIgR(pIgR)
IgG Fc段受体:FcγRⅠ(CD64)、FcγRⅡ、FcγRⅢ(CD16)
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
白细胞分化抗原 CD2,LFA-3(CD58),ICAM-1(CD54),ICAM-2(CD102)、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。

人Ig轻链(λ)多肽折叠示意图


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(cognoglobulinsuperfamily)。IGSF很可能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(heterophilicinteraction)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。

免疫球蛋白超家族V组、C1组和C2组结构模式图


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。

32 免疫球蛋白分子的抗原性 | 各类免疫球蛋白的生物学活性 32
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