抗體介紹

抗體是體外診斷（IVD）行業(yè)必不可少的核心原料，可以作為標記/檢測抗體、包被/捕獲抗體、獨立C抗體、二抗等?？贵w是由抗原刺激分化產(chǎn)生的漿細胞所分泌的免疫球蛋白（immunoglobulin，Ig）。一方面，抗體可以特異性地結合抗原，這樣的結合可以使病原或者毒素類(lèi)抗原失去活性；另一方面，抗體在和抗原結合后，可以引發(fā)后續的一系列免疫反應，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)應用的核心原料——抗體，對其結構與分類(lèi)進(jìn)行闡述。

抗體的基本結構

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(guò)二硫鍵或非共價(jià)鍵連接。輕鏈和重鏈均由一系列的結構相似的Ig結構域重復連接組成，每一個(gè)Ig結構域內大約含有110個(gè)氨基酸殘基?？贵w的一條輕鏈包含2個(gè)Ig結構域（VL和CL），一條重鏈包含4~5個(gè)Ig結構域（VH、CH1、CH2、CH3、（CH4）），CH1和CH2之間一般通過(guò)鉸鏈區（hinge）連接。同一物種不同抗體的C端幾乎相同，這段區域稱(chēng)為恒定區（C區），N端被稱(chēng)為可變區（V區）。

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

圖1. 抗體單體結構

抗體分類(lèi)和免疫功能

抗體的輕鏈分為κ和λ兩種結構，重鏈分為α、δ、ε、γ以及μ五種結構。根據抗體重鏈的不同，大致可以將Ig分為IgA、IgD、IgE、IgG和IgM五類(lèi)。任何一種抗體都可以存在κ和λ兩種結構輕鏈，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，鉸鏈區較短。在人體中IgA有IgA1和IgA2兩種亞亞型，IgA2較 IgA1的鉸鏈區稍長(cháng)，且比較耐受細菌分泌的蛋白酶。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(huì )產(chǎn)生40mg/kg，是人體中產(chǎn)生數量最多的抗體。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)補體系統；分泌型的IgA由二聚體和分泌片組合成，為黏膜上皮細胞分泌，是黏膜免疫系統的重要成員。當患上類(lèi)風(fēng)濕性關(guān)節炎、系統性紅斑狼瘡、肝硬化及某些感染性疾病時(shí)，IgA水平升高；當發(fā)生自身免疫病、燒傷或輸血時(shí)，IgA水平降低。

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

IgE：IgE的重鏈為ε型，無(wú)鉸鏈區，分子量約190 kDa，含一個(gè)CH4結構域，是單體的分泌型抗體，主要存在于黏膜系統；血清IgE半衰期為2天，濃度非常低。IgE和許多過(guò)敏性疾病的發(fā)生相關(guān)，過(guò)敏性鼻炎、過(guò)敏性皮炎、濕疹等超敏反應會(huì )引起IgE水平升高。

IgG：在體外診斷（IVD）行業(yè)應用比較多，作為試劑盒研發(fā)的核心原料。IgG分子量150 kDa，IgG的重鏈γ型可以細分為不同的亞型：γ1, γ2, γ3, 和 γ4, 在人體中對應的IgG的亞亞型為IgG1, IgG2, IgG3, 和IgG4，是結構和功能上被研究的最為深入一類(lèi)抗體。IgG的亞亞型之間最大的結構差異存在于鉸鏈區。IgG3的鉸鏈區是Fc長(cháng)度的二倍，致使Fab片段遠離Fc片段；IgG2/IgG4的鉸鏈區較短，在結構上使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(shí)間僅次于IgM，是體液免疫反應中發(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(lèi)能夠穿過(guò)胎盤(pán)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性紅斑狼瘡、類(lèi)風(fēng)濕性關(guān)節炎、肌緊張性營(yíng)養不良等疾病風(fēng)險。

IgM：IgM的重鏈為μ型，含有4個(gè)CH結構域，一個(gè)額外的CH2代替了鉸鏈區。IgM在體內存在兩種形式：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)補體系統；B細胞膜上IgM以膜結合型的單體形式（分子量約160 kDa）存在，是B細胞識別抗原的主要受體。IgM是迄今為止實(shí)際發(fā)現的在人體循環(huán)系統中的最大抗體，也是接觸抗原首先發(fā)生反應的第一抗體。在體液免疫的早期階段IgG數量不足，主要由IgM發(fā)揮清除病原的作用；當再次遭遇外來(lái)抗原后，IgM在血液中的濃度會(huì )迅速下降。因此，IgM通常作為初次感染的指標。

圖2. 常見(jiàn)抗體類(lèi)型

動(dòng)物特有的抗體

IgY： 可以作為體外診斷（IVD）試劑試紙條獨立C線(xiàn)的原料。卵黃抗體IgY是鳥(niǎo)類(lèi)、爬行類(lèi)和兩棲類(lèi)動(dòng)物的特有抗體，分子量180 kDa，結構和功能上類(lèi)似于哺乳動(dòng)物的IgG。與IgG相比，IgY的重鏈沒(méi)有鉸鏈區，而是由1個(gè)可變區（V區）和4個(gè)恒定區（CH1～CH4）組成。由于結構上的差異，IgY不會(huì )與哺乳動(dòng)物的Fc受體結合，也不會(huì )與哺乳動(dòng)物來(lái)源的其他抗體發(fā)生交叉反應，被廣泛應用于體外診斷領(lǐng)域。

HCAbs和VHH：HCAbs是在駱駝科動(dòng)物中發(fā)現的特殊抗體，結構上缺失輕鏈和重鏈的CH1，僅含有重鏈可變區VHH和CH2、CH3區，被稱(chēng)為重鏈抗體（分子量90 kDa）。單獨克隆并表達出來(lái)的VHH結構具有與原重鏈抗體相當的結構穩定性以及與抗原的結合活性，大小接近納米級別（15 kDa），是已知的可結合目標抗原的最小單位分子，被稱(chēng)為納米抗體。VHH可溶性極高，不易聚集，能耐高溫、強酸、強堿等致變性條件，適合于原核表達和各種真核表達系統，廣泛用于治療性抗體藥物開(kāi)發(fā)、體外診斷（IVD）試劑研發(fā)等領(lǐng)域。

IgNAR：IgNAR在鯊魚(yú)體內被發(fā)現，分子量約130kDa，和HCAbs一樣缺乏輕鏈。和HCAbs不一樣的是，IgNAR有分泌型和膜結合型兩種存在形式，分泌型IgNAR分子的重鏈包含1個(gè)可變區（VNAR）和5個(gè)恒定區（CH1～CH5）。VNAR的分子量12 kDa左右，比VHH小約20%，是目前已知動(dòng)物界最小的天然抗原結合域。IgNAR還具有穩定性好、親和力高、可溶性強、組織穿透能力強、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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