IgG抗體亞型，四種大殺器！

前言：人免疫球蛋白有五大類：IgM、IgD、IgG、IgA和IgE；

這其中IgG 的血清含量最高，也是血清含量最豐富的蛋白之一，約占血漿蛋白10-20%。

IgG又包含高度保守的四個亞型，按豐度遞減順序分別是：IgG1、IgG2、IgG3和IgG4。

盡管這些IgG亞型在氨基酸水平有超90%的相似，但每個亞型在抗原結合、免疫復合物形成、補體激活、效應細胞觸發、半衰期和胎盤轉運方面都有各自獨特的特征。

這一篇，胖貓嘗試把 IgG 的四個亞型的區分，掰扯清楚！

01

不同類型抗原，刺激不同IgG亞型

抗原進入身體的途徑及其化學成分可以使得免疫反應進入不同的類別轉換模式。

蛋白抗原激活B細胞常是T細胞依賴的，那后續的類別轉會產生IgG1或IgG3，但小概率的也可以是IgG4或IgE。

多糖抗原刺激B細胞是非T細胞依賴的，這時多糖抗原可能會誘導類轉換到IgG2。

可溶性蛋白和膜蛋白抗原主要誘導IgG1，但伴有較低水平的其他亞類，如IgG3和IgG4。

而IgG對細菌莢膜多糖抗原的反應幾乎完全是IgG2，所以 IgG2的缺乏可能導致抗碳水化合物抗體幾乎缺失。

IgG3在誘導效應功能方面特別有效，但IgG3單獨主導的免疫反應很少見。病毒感染常會導致IgG1和IgG3亞類的產生，其中IgG3 先出現在感染過程中。

IgG4常是在非感染性環境中反復或長期暴露于抗原后形成，如長期養蜂人和過敏源（除IgE外，過敏還可以誘導IgG1和IgG4）

02

鉸鏈區，IgG亞型的分水嶺

IgG 分子由四條多肽鏈組成，包括兩條相同的50kDa γ重鏈和兩條相同的 25 kDa κ/λ 輕鏈，它們之間通過鏈間二硫鍵連接。

每條重鏈由一個N端可變結構域（VH）和三個恒定結構域（CH1、CH2、CH3）組成，CH1和CH2 間有一個“鉸鏈區域”。

輕鏈由N端可變結構域（VL）和恒定結構域（CL）組成。

四個IgG亞類的整體結構非常相似，但每個間存在重要差異，影響它們與輔助分子和受體的結合，進而影響其功能。

差異最大的地方是鉸鏈區和CH2結構域，而在其他結構域中發現的差異較少。

這些區域參與IgG-Fc 受體 （FcγR）和C1q 的結合。因此，不同的亞類具有不同的效應功能，

鉸鏈區的長度和柔韌性在IgG亞類間差異很大，IgG1鉸鏈包含15個氨基酸，IgG2的鉸鏈比IgG1短，有12個氨基酸，同樣IgG4的鉸鏈區也含有12個氨基酸。

IgG3 的鉸鏈區比其他 IgG 亞類或 Ig 蛋白長得多，約是 IgG1 鉸鏈的四倍，含有多達 62 個氨基酸（包括 21 個脯氨酸和11 個半胱氨酸）。在IgG3中，Fab片段與Fc片段相對較遠，使分子具有更大的靈活性。

鉸鏈柔韌性的差異會影響 IgG 抗體的 Fab 臂和 Fc 尾部的相對方向和運動。C1q 和/或 FcγR 的結合位點可能被 Fab 臂部分或完全屏蔽，從而影響 IgG 與這些分子的結合。

Fab 臂相對于 Fc 的相對靈活：lgG3 > lgG1 > lgG4 > lgG2。

四個IgG亞類在鉸鏈區的重鏈間二硫鍵數量也有所不同。另外，重鏈和輕鏈也通過二硫鍵連接，輕鏈的羧基末端半胱氨酸連接到CH1結構域中220位（IgG1）或131位（IgG2、IgG3和IgG4中）半胱氨酸。

在IgG2中，由于重鏈鉸鏈半胱氨酸參與輕鏈和重鏈間二硫鍵形成的半胱氨酸之間二硫鍵的替代形成，觀察到結構鉸鏈異構體。

這些異構體尤其在具有kappa 輕鏈的 IgG2 抗體中發現，但對于 lamba 輕鏈則少得多。

主要形式是經典的 A 型，在兩條 IgG2 重鏈間有四個二硫鍵，及 B 型，其一個鉸鏈半胱氨酸與輕鏈形成二硫鍵。

還存在其他構型，A/A，B/B,以及A/B亞型。

類似的IgG4也有兩種異構體，由于鉸鏈半胱氨酸的二硫鍵上不同。在IgG4中226位和229位的半胱氨酸間更易形成鏈內二硫鍵。

03

IgG4 Fab臂交換

在體內，可以觀察到IgG4與其他IgG4的其隨機重組，產生單價雙特異性抗體。

在IgG4分子中，約50% 的重鏈通過非共價鍵與輕鏈弱性連接。這導致在不破壞重–輕鏈的二硫鍵的前提下，在鉸鏈區形成新的二硫鍵，非共價鍵的解離會使鏈分離并隨機重新組合（Fab-arm exchange）。

因此，可能存在具有兩個不同抗原結合結構域的非對稱或“混合”IgG，且同一IgG4分子上可能同時存在κ 和 λ 鏈，實際數據也發現混合型IgG4 κ/λ在正常人血清中占有相當的比例。

04

IgG 亞型的同種異型結構

免疫球蛋白的多態性表位在個體和種族群體間可能有所不同。

IgG1的主要等位基因是G1m（z，a），G1m（f）和G1m（f，a）。 G1m （f） 僅存在于白種人中，而 G1m （f，a） 在東方人中很常見，其他變體 G1m （z，a，x） 和 G1m （z，a，v） 也已被描述 。

IgG2 也有幾種等位基因的異型結構。

IgG3的等位基因異構體最多，其同種異型變異可能會產生結構和功能后果，如鉸鏈區域更短和半衰期更長，除IgG3 外，沒有已知的同種異型變異會導致功能差異

對于 IgG4，目前未發現血清學上重要的同種異型，但已經描述了同種異型。

總之，IgG 的大多數遺傳變異可能會對表達水平 、半衰期、FcγR 結合、ADCC、ADCP、形成寡聚物傾向和激活補體及對免疫原性產生功能影響。

05

糖基化

IgG在重鏈的N297位含保守聚糖，另外約 10-20% 的 Fab 在結合區具有N-糖基化位點。

IgG聚糖的核心結構包括N-乙酰氨基葡萄糖（GlcNAc）和甘露糖殘基。隨后通過半乳糖、唾液酸、核心巖藻糖基化和二節GlcNAc進一步擴展。

目前對不同糖型如何影響 IgG 亞型的了解仍處于起步階段。

06

效應分子的結合

與靶分子結合后，IgG1 和 IgG3 可有效觸發經典補體途徑，但 IgG2 和 IgG4的效率要低得多，或僅在某些條件下 IgG2 才有效。

這很大程度上是由于C1q與不同亞類的結合不同。

CH2 區中對 C1q 結合很重要的殘基包括 L235、D270、K322、P329 和 P331。

在 IgG2 中，C1q 結合減少主要是由殘基 A235（其他亞類中的 Leu）引起的。

而在 IgG4 中，P331 至少部分導致 C1q 結合減少或缺失的原因。

鉸鏈區殘基 226-230的結構可影響 C1q 的結合，該區的剛性有利于C1q結合。也有人認為，IgG3 相對較長的鉸鏈使 C1q 結合位點更易接近，從而實現更有效的補體激活。

抗體和FcγR 相互作用的區域包含 CH2 結構域的 N 端，同時三維免疫球蛋白折疊中相鄰鏈氨基酸的延伸對結合很重要，這包括氨基酸 234-239、265-269、297-299和 327-330。

每個IgG亞類對每個FcγR都有獨特的結合譜，且它們的表達譜在不同免疫細胞間差異很大。

與大多數 FcγR 有效相互作用的 IgG1/IgG3 和對許多 FcγR 的親和力降低的 IgG2/IgG4 之間可以有主要區別。

結語：

從結果看，目前，只有 IgG1、IgG2 和 IgG4亞型被考慮用于治療目的的抗體藥物設計。

了解塑造抗體介導功能的關鍵決定因素對于設計更有效的抗體藥物至關重要。因此，探索 IgG 同種異型和/或聚糖譜與效應子功能之間的關聯，就非常的重要了！