抗體介紹

抗體是體外診斷（IVD）行業(yè)必不可少的核心原料，可以作為標(biāo)記/檢測抗體、包被/捕獲抗體、獨(dú)立C抗體、二抗等?？贵w是由抗原刺激分化產(chǎn)生的漿細(xì)胞所分泌的免疫球蛋白（immunoglobulin，Ig）。一方面，抗體可以特異性地結(jié)合抗原，這樣的結(jié)合可以使病原或者毒素類抗原失去活性；另一方面，抗體在和抗原結(jié)合后，可以引發(fā)后續(xù)的一系列免疫反應(yīng)，參與對抗原的清除?？贵w全部屬于免疫球蛋白，但不是所有的免疫球蛋白都是抗體。本文針對體外診斷（IVD）行業(yè)應(yīng)用的核心原料——抗體，對其結(jié)構(gòu)與分類進(jìn)行闡述。

抗體的基本結(jié)構(gòu)

抗體單體呈“Y”字形，包含兩條相對分子量較大的重鏈（分子量50~70 kDa）和兩條相對分子量較小的輕鏈（分子量約25 kDa），鏈之間通過二硫鍵或非共價(jià)鍵連接。輕鏈和重鏈均由一系列的結(jié)構(gòu)相似的Ig結(jié)構(gòu)域重復(fù)連接組成，每一個Ig結(jié)構(gòu)域內(nèi)大約含有110個氨基酸殘基。抗體的一條輕鏈包含2個Ig結(jié)構(gòu)域（VL和CL），一條重鏈包含4~5個Ig結(jié)構(gòu)域（VH、CH1、CH2、CH3、（CH4）），CH1和CH2之間一般通過鉸鏈區(qū)（hinge）連接。同一物種不同抗體的C端幾乎相同，這段區(qū)域稱為恒定區(qū)（C區(qū)），N端被稱為可變區(qū)（V區(qū)）。

抗體的輕鏈和重鏈都包含可變區(qū)和恒定區(qū)，輕鏈的可變區(qū)占全長的一半。可變區(qū)中存在可以與抗原特異結(jié)合的位點(diǎn)，抗體的兩條“Y”臂可以分別和一個抗原分子結(jié)合?？勺儏^(qū)上存在三個序列高度變化的區(qū)域，稱為高變區(qū)（hypervariable region，HVR）或互補(bǔ)決定區(qū)（complementarity determining region，CDR）。CDR區(qū)域序列的高頻變異決定了結(jié)合不同抗原的抗體種類和特異性。抗體的兩個獨(dú)立的完整的“Y”臂（輕鏈全長+重鏈的VH、CH1片段）稱為抗原結(jié)合片段（antigen-binding fragment, Fab），是和抗原結(jié)合的區(qū)域；“Y”的柄部稱結(jié)晶片段（crystalline fragment, Fc），F(xiàn)c段則包含了所有抗體分子共有的蛋白質(zhì)序列以及獨(dú)特的受體結(jié)合位點(diǎn)，決定著抗體如何和其他體液免疫分子作用。

圖1. 抗體單體結(jié)構(gòu)

抗體分類和免疫功能

抗體的輕鏈分為κ和λ兩種結(jié)構(gòu)，重鏈分為α、δ、ε、γ以及μ五種結(jié)構(gòu)。根據(jù)抗體重鏈的不同，大致可以將Ig分為IgA、IgD、IgE、IgG和IgM五類。任何一種抗體都可以存在κ和λ兩種結(jié)構(gòu)輕鏈，但一株抗體只含有這兩種輕鏈中的一種。

IgA：IgA的重鏈為α型，鉸鏈區(qū)較短。在人體中IgA有IgA1和IgA2兩種亞亞型，IgA2較 IgA1的鉸鏈區(qū)稍長，且比較耐受細(xì)菌分泌的蛋白酶。按存在形式IgA可以分為單體、二聚體；按存在部位可以分為血清型（分子量160 kDa）和分泌型（分子量600 kDa），其中分泌型的IgA一天大約會產(chǎn)生40mg/kg，是人體中產(chǎn)生數(shù)量最多的抗體。單體和二聚體形式的IgA僅存在于血清中，半衰期7天，可以觸發(fā)補(bǔ)體系統(tǒng)；分泌型的IgA由二聚體和分泌片組合成，為黏膜上皮細(xì)胞分泌，是黏膜免疫系統(tǒng)的重要成員。當(dāng)患上類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎、系統(tǒng)性紅斑狼瘡、肝硬化及某些感染性疾病時，IgA水平升高；當(dāng)發(fā)生自身免疫病、燒傷或輸血時，IgA水平降低。

IgD：IgD的重鏈為δ型，分子量180 kDa，含有較長的鉸鏈區(qū)，以單分子形式存在于血清中，半衰期為2天，是B細(xì)胞表面關(guān)鍵的受體分子，參與B細(xì)胞的激活。當(dāng)患上結(jié)核病、麻風(fēng)、骨髓炎、化膿性皮膚病或惡性營養(yǎng)不良等時，IgD水平升高；原發(fā)性免疫功能缺陷或重度復(fù)合性免疫功能缺陷患者IgD水平降低。

IgE：IgE的重鏈為ε型，無鉸鏈區(qū)，分子量約190 kDa，含一個CH4結(jié)構(gòu)域，是單體的分泌型抗體，主要存在于黏膜系統(tǒng)；血清IgE半衰期為2天，濃度非常低。IgE和許多過敏性疾病的發(fā)生相關(guān)，過敏性鼻炎、過敏性皮炎、濕疹等超敏反應(yīng)會引起IgE水平升高。

IgG：在體外診斷（IVD）行業(yè)應(yīng)用比較多，作為試劑盒研發(fā)的核心原料。IgG分子量150 kDa，IgG的重鏈γ型可以細(xì)分為不同的亞型：γ1, γ2, γ3, 和 γ4, 在人體中對應(yīng)的IgG的亞亞型為IgG1, IgG2, IgG3, 和IgG4，是結(jié)構(gòu)和功能上被研究的最為深入一類抗體。IgG的亞亞型之間最大的結(jié)構(gòu)差異存在于鉸鏈區(qū)。IgG3的鉸鏈區(qū)是Fc長度的二倍，致使Fab片段遠(yuǎn)離Fc片段；IgG2/IgG4的鉸鏈區(qū)較短，在結(jié)構(gòu)上使Fab片段和Fc片段靠的較近。在經(jīng)受抗原刺激后，IgG的產(chǎn)生時間僅次于IgM，是體液免疫反應(yīng)中發(fā)揮主要作用的抗體。IgG半衰期為21天，是血清中濃度最高的抗體分子，占免疫球蛋白含量的70%，也是唯一一類能夠穿過胎盤為新生兒提供母體免疫的抗體分子。血清IgG含量正常參考值為7.0～17.0g/L，IgG水平的變化提示系統(tǒng)性紅斑狼瘡、類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎、肌緊張性營養(yǎng)不良等疾病風(fēng)險(xiǎn)。

IgM：IgM的重鏈為μ型，含有4個CH結(jié)構(gòu)域，一個額外的CH2代替了鉸鏈區(qū)。IgM在體內(nèi)存在兩種形式：血清中的IgM為分泌型的五聚體，分子量約900 kDa，半衰期7天，可以高效的觸發(fā)補(bǔ)體系統(tǒng)；B細(xì)胞膜上IgM以膜結(jié)合型的單體形式（分子量約160 kDa）存在，是B細(xì)胞識別抗原的主要受體。IgM是迄今為止實(shí)際發(fā)現(xiàn)的在人體循環(huán)系統(tǒng)中的最大抗體，也是接觸抗原首先發(fā)生反應(yīng)的第一抗體。在體液免疫的早期階段IgG數(shù)量不足，主要由IgM發(fā)揮清除病原的作用；當(dāng)再次遭遇外來抗原后，IgM在血液中的濃度會迅速下降。因此，IgM通常作為初次感染的指標(biāo)。

圖2. 常見抗體類型

動物特有的抗體

IgY： 可以作為體外診斷（IVD）試劑試紙條獨(dú)立C線的原料。卵黃抗體IgY是鳥類、爬行類和兩棲類動物的特有抗體，分子量180 kDa，結(jié)構(gòu)和功能上類似于哺乳動物的IgG。與IgG相比，IgY的重鏈沒有鉸鏈區(qū)，而是由1個可變區(qū)（V區(qū)）和4個恒定區(qū)（CH1～CH4）組成。由于結(jié)構(gòu)上的差異，IgY不會與哺乳動物的Fc受體結(jié)合，也不會與哺乳動物來源的其他抗體發(fā)生交叉反應(yīng)，被廣泛應(yīng)用于體外診斷領(lǐng)域。

HCAbs和VHH：HCAbs是在駱駝科動物中發(fā)現(xiàn)的特殊抗體，結(jié)構(gòu)上缺失輕鏈和重鏈的CH1，僅含有重鏈可變區(qū)VHH和CH2、CH3區(qū)，被稱為重鏈抗體（分子量90 kDa）。單獨(dú)克隆并表達(dá)出來的VHH結(jié)構(gòu)具有與原重鏈抗體相當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)穩(wěn)定性以及與抗原的結(jié)合活性，大小接近納米級別（15 kDa），是已知的可結(jié)合目標(biāo)抗原的最小單位分子，被稱為納米抗體。VHH可溶性極高，不易聚集，能耐高溫、強(qiáng)酸、強(qiáng)堿等致變性條件，適合于原核表達(dá)和各種真核表達(dá)系統(tǒng)，廣泛用于治療性抗體藥物開發(fā)、體外診斷（IVD）試劑研發(fā)等領(lǐng)域。

IgNAR：IgNAR在鯊魚體內(nèi)被發(fā)現(xiàn)，分子量約130kDa，和HCAbs一樣缺乏輕鏈。和HCAbs不一樣的是，IgNAR有分泌型和膜結(jié)合型兩種存在形式，分泌型IgNAR分子的重鏈包含1個可變區(qū)（VNAR）和5個恒定區(qū)（CH1～CH5）。VNAR的分子量12 kDa左右，比VHH小約20%，是目前已知動物界最小的天然抗原結(jié)合域。IgNAR還具有穩(wěn)定性好、親和力高、可溶性強(qiáng)、組織穿透能力強(qiáng)、免疫原性低和易于人源化改造等優(yōu)點(diǎn)，種種優(yōu)勢使其在疾病診斷等領(lǐng)域受到廣泛關(guān)注。

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