第一节 免疫球蛋白超家族的组成和特点
一、Ig超家族的组成
由于细胞表面标志、单克隆抗体以及基因工程技术的应用，发现越来越多的膜表面分子和蛋白分子属于Ig超家族，主要包括T细胞、B细胞识别抗原受体及其信号转导分子，免疫球蛋白重链和轻链，MHC抗原及相关分子，免疫球蛋白Fc段受体，某些细胞因子受体，与神经系统功能和粘附有关的分子，某些粘附分子和分化抗原等（表3-1）。
表3-1 免疫球蛋白超家族的组成（举例）
| 成 员 | 分子量（kDa) | Ig结构域类型 | 人染色体 定 位 | 主要功能 |
| C1 C2 V | ||||
| 识别抗原和信号转导 | ||||
| Igμ重链 | 4 - 1 | 14q32.33 | 识别抗原 | |
| Igγ重链 | 52～58 | 3 - 1 | 14q32.33 | 识别抗原 |
| Igδ重链 | 3 - 1 | 14q32.33 | 识别抗原 | |
| Igε重连 | 4 - 1 | 14q32.33 | 识别抗原 | |
| Igα重连 | 52～56 | 3 - 1 | 14q32.33 | 识别抗原 |
| Igκ重连 | 24 | 1 - 1 | 2p12 | 识别抗原 |
| Igλ重连 | 24 | 1 - 1 | 22q11.12 | 识别抗原 |
| Ig-α（CD79a） | 47 | （一个Ig结构域） | mIg复合体成分，信号转导 | |
| Ig-β（CD79b） | 37 | （一个Ig结构域） | mIg复合体成分，信号转导 | |
| TCRα链 | 45～60 | 1 - 1 | 14q11.12 | 识别MHC/多肽复合物 |
| TCRβ链 | 40～50 | 1 - 1 | 7q32 | 识别MHC/多肽复合物 |
| TCRγ链 | 45～60 | 1 - 1 | 7p15 | 识别MHC/多肽复合物 |
| TCRδ链 | 40～60 | 1 - 1 | 14q11.2 | 识别MHC/多肽复合物 |
| TCRγ链 | 25～28 | - 1 - | 11q23 | TCR信号传导 |
| TCRδ链 | 20 | - 1 - | 11q23 | TCR信号传导 |
| TCRε链 | 20 | - 1 - | 11q23 | TCR信号传导 |
续表1
| 成 员 | 分子量（kDa) | Ig结构域类型 | 人染色体 定 位 | 主要功能 |
| C1 C2 V | ||||
| MHC抗原及相关分子 | ||||
| MHCⅠ类抗原α链 | 44 | 1 - - | 6p21.3 | α1、α2结合肽片段， α3结合CD8 |
| MHCβ2m | 12 | 1 - - | 15q21-q22 | 稳定MHCⅠ类分子α链 |
| MHCⅡ类抗原 α链 | 32～34 | 1 - - | 6p21.3 | α1结合肽片段，α2结合CD4 |
| MHCⅡ类抗原 β链 | 29～32 | 1 - - | 6p21.3 | β1结合肽片段，β2结合CD4 |
| MHCⅡ类抗原 γ链 | 30 | （属IGSF） | 参与Ⅱ类抗原功能 | |
| CD1 | 43～49 | 1 - - | 1q22-q23 | TCRγ/δ限制成分？ |
| Qa/TL重链 | 48 | 1 - - | (小鼠） | TCRγ/δ限制成分？ |
| 免疫球蛋白Fc段受体 | ||||
| polyIgR | 100 | - 1 4 | 1q31-q42 | 多聚Ig受体（肝细胞上 polyIgR是HBV受体） |
| FcγRⅠ（CD64） | 70 | - 3 - | 1q23-q24 | IgG Fc高亲和力受体 |
| FcγRⅡ（CD32） | 40 | - 2 - | 1q23-q24 | IgG Fc低亲和力受体 |
| FcγRⅢ（CD16） | 50～70 | - 2 - | 1q23-q24 | IgG Fc低亲和力受体 |
| FcεRⅠα链 | 25 | - 2 - | 1q23-q24 | IgE Fc高亲和力受体 |
| FcαR（CD89） | 60 | - 2 - | (尚未鉴定出） | IgA Fc受体 |
| 细胞因子受体 | ||||
| M-CSFR（C-fms) | 165 | -4 1 | 5q33.2-q33.3 | 细胞因子受体 |
| (CSF-1R)(CD115) | ||||
| SCFR(C-kit)(CD117) | 145 | -4 1 | 4q31-3 | 细胞因子受体 |
| IL-1RtI(CDw121a) | 82 | - 3 - | 2q12 | 细胞因子受体 |
| IL-1RtⅡ(CDw121b) | 68 | - 3 - | 2q12 | 细胞因子受体 |
| IL-6R(CD126) | 80 | - 1 - | 细胞因子受体 | |
| G-CSFR | 150 | - 1 - | 细胞因子受体 | |
| PDGFR | 180 | - 4 1 | 5q31-q32 | 细胞因子受体 |
| FGFR | 130 | (3个Ig结构域) | 细胞因子受体 | |
| gp130(CDw130) | 130 | （属IGSF） | 细胞因子受体 | |
| VEGFR | (7个Ig属结构域) | 细胞因子受体 | ||
| 粘附分子和分化抗原 | ||||
| CD2 | 50 | - 2 - | 1p13 | LFA-3（CD58）配体 |
| CD4 | 55 | - 1 2 | 12pter-q12 | 结合MHCⅡ类抗原 |
| CD7 | 40 | - - 1 | 17q25 | T细胞活化 |
| CD8α链 | 34 | - - 1 | 2p12 | 结合MHCⅠ类抗原 |
| CD8β链 | 30 | - - 1 | 2p12 | 结合MHCⅠ类抗原 |
| CD19 | 95 | （2个Ig样结构域） | B细胞活化 |
续表2
| 成 员 | 分子量（kDa) | Ig结构域类型 | 人染色体 定 位 | 主要功能 |
| C1 C2 V | ||||
| CD22（MAG类似物） | 130/140 | - 5 - | B细胞粘附 | |
| CD28（同源二聚体） | 90 | - - 1 | 2q33-q34 | T细胞活化，结合CD80 |
| CTLA-4（CD28类同物） | - - 1 | 2q33-q34 | 活化CTL | |
| PECAM-1（CD31） | 140 | - 6 - | 粘附 | |
| CD33 | 67 | （2个Ig结构域） | 19q13 | 髓样细胞粘附？ |
| CD48（blast-1) | 41～45 | - 1 1 | 1q21-q23 | B细胞粘附，结合CD2 |
| ICAM-3 （CD50） | 124 | - 5 - | LFA-1配体 | |
| ICAM-1（CD54） | 80～114 | - 5 - | 1q | LFA-1配体（鼻病毒受体） |
| LFA-3（CD58） | 40～65 | - 2 - | 1p13? | CD2配体 |
| CEA（癌胚抗原）（CD66e） | 175～200 | - 2～6 1 | 19q13.1-q13.2 | 粘附作用？ |
| B7/BB1（CD80） | 60 | （2个Ig结构域） | B细胞活化抗原，结合CD28 | |
| B7-2（CD86） | 80 | （2个Ig结构域） | 活化T细胞，结合CD28 | |
| Thy-1(CDw90) | 17.5～18.7 | - - 1 | 11q23 | T细胞活化和粘附 |
| CD96(TACTILE) | 160 | （3个Ig结构域） | T细胞激活 | |
| ICAM-2(CD102) | 60 | - 2 - | LFA-1配体 | |
| VCAM-1(CD106) (血管细胞粘附分子-1） | 110 | - 7 - | VLA-4配体 | |
| MRC OX-2 | 41～47 | - 1 1 | 3 | |
| 妊娠特异性蛋白 | 54～72 | - 3 1 | 19q13.2-13.3 | 粘附作用？ |
| α1BgP(血清α1胆汁糖蛋白) | 63 | - 5 - | （与CEA结构相似） | |
| BMLP（基底膜连接蛋白） | 44.5～48.5 | - - 1 | 粘附 | |
| 脊髓灰质炎病毒受体（PVR）与神经组织细胞粘附及其它功能有关 | 67 | - 2 1 | 19q | V区与PV结合 |
| NCAM（CD56）（神经细胞粘附分子） | 97～220 | - 5 - | 11q23 | 神经细胞粘附 |
| NCAM-L1（神经细胞粘附分子-L1） | 200 | - 6 - | （小鼠） | 轴索成束和延长，神经元的移行 |
| MAG | 67/72 | - 5 - | （大鼠） | 髓鞘形成中轴索和神经胶质的相互作用 |
| （大鼠髓鞘磷脂相关糖蛋白） 外周髓磷脂糖蛋白（po myelin protein) | 28～30 | - - 1 | （大鼠） | 使髓鞘质紧密 |
从表3-1中可以看出，不同组Ig结构域的类型和数目有以下特点：
（1）识别抗原和信号转导组中，Igμ、γ、δ、ε和α重链各含1个V区，3～4个C1区；Igκ、λ轻链各含1个V区和1个C1区；TCRα、β、γ和δ链各含1个V区和1个C1区；CD3γ、δ和ε链只含1个C2区（CD3ξ和η链结构与IGSF无同源性）。
（2）MHC抗原及相关分子只含1个C1区，Qa/TL或CD1与β2m组成异源二聚体与MHCⅠ类抗原结构相似，MHCⅠ类分子α1、α2结构域，MHCⅡ类分子α1、β1结构域具有多态性，但其结构不属于IGSF。
（3）免疫球蛋白Fc受体基因均定位于1号染色体，除polyIgR外，其余IgFc受体的Ig结构域为2～3个C2区。
（4）IL-6Rα链、gp130和G-CSFR的胞膜外结构除N端各含有1个C2样区外，靠近胞膜侧各有一个红细胞生成素受体超家族结构域，此外，还有2～4个纤粘连素结构域。
（5）与神经组织细胞粘附有关的粘附分子中绝大多数含有5个或6个C2区。
二、Ig超家族的特点
（一）Ig超家族的结构特点
Ig超家族成员均含有1～7个Ig样结构域，每个Ig样结构域约含70～110个氨基酸残基。其二级结构是两个各含3～5个反平行β折叠股所形成的β片层（anti-parallel β-pleated sheet)平面，每个反平行β折叠股由5～10个氨基酸残基组成，β片层内侧的疏水性氨基酸起到稳定Ig折叠的作用。大多类结构域内有一个垂直连接两个β片层的二硫键，组成二硫键的两个半胱氨酸之间约含55～75个氨基酸。少数Ig结构域如CD2、LFA-3第1个结构域，PDGFR第4个结构域，CD4第3个结构域等缺乏二硫键。肽链这种球形结构的折叠方式称为免疫球蛋白折叠（Ig fold)。
图3-1 人Igλ轻链多肽的折叠（示意图）
不同IGSF分子穿膜区结构差异较大，Thy-1缺乏胞浆部分，通过一个GPI锚连接在细胞膜上，而PDGFR胞浆区含有543个氨基酸残基，并具有酪氨酸激酶的结构。除CD4第一个结构域和N-CAM分子外，Ig超家族中的一个结构域通常由一个外显子所编码。有些Ig超家族成员的基因连锁在一起，如Thy-1，N-CAM，CD3γ、δ、ε链的基因在11q23。Ig Fc段受体FcγRⅠ、FcγRⅡ、FcγRⅢ和FcεRⅠα链基因在1q23-q24。
根据IGSF结构域中Ig折叠方式、两个半胱氨酸之间氨基酸残基的数目以及IgV区或C区同源性的程度，IGSF结构域可分为V组、C1组和C2组。
图3-2 免疫球蛋白超家族V组、C1组和C2组（举例）
1.V组 V组结构域的两个半胱氨酸之间含有氨基酸数量较多，约65～75个氨基酸残基，2个β片层区共有9个反平行β折叠股，比C1、C2组多一对β折叠股。许多IGSF分子具有V组结构，如IgH链和L链V区，TCRα、β、γ、δ链V区，CD4V区，CD8α、β链V区，CD28、CTLA-4、CD7、Thy-1、pIgR和分泌型IgA中分泌成分N端四个结构域，CEaN端第一个结构域，M-CSFR、SCFR和PDGFR靠近胞膜的结构域等。
2.C1组 又称C组。C1组结构域中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，MHCⅠ类分子重链α3结构域，β2m、MHCⅡ类分子α2和β2结构域，CD1、Qa 和TL分子靠近胞膜结构域等。
3.C2组 又称H组。C2组结构域的氨基酸排列类似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靠近胞膜结构域，FcγRⅠ、FcγRⅡ、FcγRⅢ、FcεRⅠα链、FcαR、ICAM-1，CEA第2至7个结构域，IL-6R、M-CSFR、G-CSFR、M-MAG、SCFR、PDGFR第1至4个结构域，与神经系统相关的分子N-CAM、N-CAM-L1、MAG、Po、F3、NILE、TAG1等以及CD22、CD48、α1-BgP分子等。某此IgH链中CH2和CH3可有8个β折叠，在这种情况下，其中一个β折叠股只有3个氨基酸残基。
在V、C1和C2三组中，有些Ig超家族成员之间的同源性要大于该组中平均的类似程度，如在V组中IgV、TCR-V、和CD8V结构域；C1组中IgC、TCR-C、MHC-C结构域；C2组中CD2和LFA-3，NCAM、NCAM-L1和MAG，PDGFR、M-CSFR和SCFR，这些同源性较高的成员它们的功能往往也很相似。
（二）Ig超家族的功能特点
Ig超家族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)。Ig折叠形成一个紧密的球状结构，提供了与不同球状结构多肽或化学基团粘附的部位，使之获得不同的生物学功能。IGSF很可能最早起源于原始的具有粘附功能的基因，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结构域。IGSF识别的基本方式有以下几种。
1.IGSF和IGSF相互识别 IGSF分子相互识别中有嗜同种的相互作用和异嗜性相互作用两种形式。（1）嗜同种的相互作用（homophilic interaction)：如相同神经细胞粘附分子（NCAM）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MHC Ⅱ类分子的单态部分（α2和β2），CD8与MHCⅠ类分子的单态部分（α3），PolyIgR与多聚Ig，FcγRⅠ（CD64）、FcγRⅡ(CD32)、FcγRⅢ（CD16）与Ig Fc段，FcεRⅠ与IgE Fc段，FcαR（CD89）与IgA Fc段，CD28与B7/BB1（CD80）等之间的相互识别。
2.IGSF和integrin相互识别 如ICAM-1（CD54）、ICAM-2（CD102）、ICAM-3（CD50）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类分子与抗原复全物，细胞因子受体识别细胞因子等。
三、CD、粘附分子与Ig超家族的关系
免疫分子的命名根据不同的角度往往有不同的归类和命名，图3-3归纳了人白细胞分化抗原（CD）、粘附分子（AM）、免疫球蛋白超家族（IGSF）、细胞因子受体（CKR）、补体受体（CR）以及主要组织兼容性复合体抗原（MHC）等免疫分子命名的相互关系。
（1）A表示CD命名范围中的粘附分子，如CD49a/CD29、CD49b/CD29、CD49c/CD29、CD49d/CD29、CD49e/CD29、CD49f/CD29、CD51/CD29、CD11a/CD18、CD11b/CD18、CD11c/CD18、CD41/CD61、CD51/CD61、CD49f/CD104、CD2、CD4、CD8、CD28、CD31、CD50、CD54、CD56、CD58、CD80、CD102、CD106、CD62L、CD62P、CD62E、CD15、CD15s、CD44等。
（2）B表示CD命名范围中属IGSF结构的分子，如CD79a、CD79b、CD1、CD64、CD32、CD16、CD115、CD117、CDw121a、CDw121b、CD126、CDw130、CD2、CD4、CD7、CD8、CD19、CD28、CD31、CD48、CD50、CD54、CD58、CD66e、CD80、CDw90、CD96、CD102、CD106、CD56等。
（3）C表示粘附分子中属IGSF结构的分子，无CD编号，如MHCⅠ类和Ⅱ类分子。
（4）D表示CD命名范围中，具有粘附功能且属于IGSF结构的分子，如CD2、CD4、CD8、CD28、CD31、CD50、CD54、CD56、CD58、CD80、CD102、CD106等。
（5）有CD命名的CR有CR1（CD35）、CR2（CD21）、CR3（CD11b/CD18）、CR4（CD11c/CD18）和C5aR(CD88)，其中CR3和CR4属于粘附分子中整合素超家族成员。
（6）有CD编号的CKR有CD115～CDw130；属于IGSF结构的CKR有CD115、CD117、CDw121a、CDw121b、CD126、CDw130、G-CSFR、PDGFR和VEGFR等。
图3-3 免疫分子命名的相互关系