人人能看懂的抗體結構

在我們的日常生活中，“抗體”這一名詞或許經常出現，那么，抗體是什么？它具體長什么樣子呢？讓我們一起來了解一下吧。

什么是抗體?

抗體，也叫做免疫球蛋白（Igs），是一類由漿細胞分泌的糖蛋白。抗體能夠特異性識別并結合外來抗原，從而中和病原體，促進吞噬清除，激活補體系統，幫助機體有效抵御各類感染性及非感染性病原體。

抗體從何而來？

抗體主要由B細胞產生。未成熟的B細胞在骨髓中發育成熟，其表面表達膜免疫球蛋白，即B細胞受體（BCR）。當外來抗原進入體內，被抗原呈遞細胞（APCs，如樹突狀細胞）識別后，會刺激B細胞增殖分化。活化的B細胞可分化為漿細胞和記憶B細胞。漿細胞遷移到骨髓或炎癥部位，持續分泌大量高親和力的抗體。

抗體是如何捕捉抗原的？

抗原是能夠被免疫系統識別并觸發免疫反應的分子，多為蛋白質、多糖或脂質。大多數抗原是外來物質，如細菌、病毒、外來蛋白或病原體相關分子模式（PAMPs）。抗原分子中被抗體識別結合的特定區域稱為表位。抗體的可變區內的互補決定區（CDRs）通過非共價相互作用與抗原表位結合，形成抗原-抗體復合物。這種結合通常具有高特異性和可逆性。

抗體長什么“樣子”？

抗體由兩條相同的重鏈（H鏈）和兩條相同的輕鏈（L鏈）組成，通過二硫鍵相連，形成對稱的Y形結構。重鏈分子量約50 kDa，輕鏈約25 kDa，二者均包含可變區（V區）和恒定區（C區）。

重鏈是抗體類別的決定因素，哺乳動物免疫球蛋白重鏈分為μ、γ、α、δ和ε五種類型，分別對應IgM、IgG、IgA、IgD和IgE抗體。μ和ε鏈各含一個可變域（VH）和四個恒定域（CH1-CH4），而γ、α和δ鏈含一個VH和三個恒定域（CH1-CH3）。VH域與輕鏈的可變域（VL）協同形成抗原結合位點。

圖片來源于Abcam網站

輕鏈分為κ和λ兩種類型，每種含一個可變域（VL）和一個恒定域（CL），通過二硫鍵與重鏈的CH1域共價連接。重鏈和輕鏈可變域內的三個互補決定區（CDRs）是表位識別的關鍵結構基礎。

抗體可經蛋白酶酶解為兩個主要功能片段：抗原結合片段（Fab）和可結晶片段（Fc）。

Fab：Fab片段由一個完整輕鏈與重鏈的VH和CH1域組成，負責抗原結合，一個IgG分子有兩個Fab片段，可結合兩個相同或不同的表位。Fab區域包含抗體的可變區，是決定抗體特異性的核心因素。

Fc：Fc片段由重鏈的CH2和CH3域（對于IgG、IgA和IgD）或CH2-CH4域（對于IgM和IgE）組成。與Fab不同，Fc不直接結合抗原，而是通過與細胞表面Fc受體（如FcγR、FcεR）或補體蛋白相互作用，介導抗體效應功能，如抗體依賴性細胞毒性（ADCC）、補體依賴性細胞毒性（CDC）和調理吞噬作用。Fc區域的結構和糖基化模式顯著影響抗體的體內半衰期、生物分布和效應機制，Fc工程已成為治療性抗體開發中的關鍵技術。

抗體的用處有哪些？

Fab區域負責：

• 抗原識別與結合：Fab片段內的CDRs特異性結合病原體表面的抗原，包括細菌、病毒和環境抗原。

• 病原體中和：抗體通過阻斷病原體表面蛋白與宿主細胞受體之間的相互作用，或阻斷毒素的活性位點，防止細胞入侵，為感染和毒素介導損傷提供即時細胞外防御。

Fc區域負責：

• 效應細胞激活：Fc區域與免疫細胞上的Fc受體（FcRs）結合，觸發吞噬作用、脫顆粒和細胞毒性反應，直接清除抗體包被的病原體或感染細胞。

• 補體系統激活：抗原-抗體復合物通過Fc區域招募補體成分C1q，啟動經典補體激活途徑及其相關級聯反應。

• 調理吞噬作用：抗體通過其Fc區域“錨定”在病原體表面，隨后Fc域與吞噬細胞（如巨噬細胞和中性粒細胞）上的FcRs結合，顯著增強調理病原體的識別和吞噬清除效率。

抗體的同種型有哪些？

在哺乳動物中，免疫球蛋白根據其重鏈的恒定區分為五種主要類型：IgG、IgA、IgM、IgD和IgE。每種抗體類別在結構、聚合狀態和效應功能上都有顯著差異，這種多樣性由B細胞成熟過程中的類別轉換重組決定。每種抗體同種型的關鍵結構和功能特征如下：

（一）IgG

IgG是血清中最豐富的抗體類別，約占總免疫球蛋白的80%，以單體形式存在，分子量約150 kDa，由兩個相同的γ重鏈（每個約50 kDa）和兩個相同的輕鏈（每個約25 kDa）組成。IgG進一步分為四個亞型（IgG1-IgG4），提供長期保護性免疫，持續數月甚至數年。功能上，IgG能夠中和細菌和病毒病原體及其毒素，激活補體級聯反應，并與Fcγ受體（FcγRs）結合以誘導吞噬作用或ADCC。此外，其Fc區域促進胎盤轉移，為胎兒和新生兒提供被動免疫保護。

（二）IgA

IgA主要以單體形式存在于血液中，濃度相對較低，但在胃腸道、呼吸道和母乳等黏膜分泌物中是主要免疫球蛋白，主要以分泌型IgA（SIgA）形式存在。SIgA由兩個IgA單體通過共價鍵與黏膜上皮細胞合成的分泌成分連接而成的二聚體，形成黏膜表面的關鍵免疫屏障。IgA有兩個亞型，IgA1和IgA2，其中IgA1約占總IgA的85%。其主要功能是在抗原和微生物入侵下層組織之前結合并聚集它們，在黏液層中捕獲病原體，促進在黏膜分泌物被排出時將其清除。

（三）IgM

IgM是在初次免疫應答中產生的第一種抗體，以五聚體或六聚體形式存在，由IgM單體通過二硫鍵和J鏈交聯而成，分子量約900 kDa。五聚體結構賦予IgM10個抗原結合位點，使其具有非常高的抗原結合親和力。IgM能夠高效激活補體系統，通過結合C1q蛋白啟動經典補體途徑，在感染的早期階段發揮關鍵的防御作用。

（四）IgE

IgE是血清中濃度最低的抗體，以單體形式存在，具有ε重鏈。其Fc區域包含一個高親和力結合位點，能夠牢固地結合到肥大細胞和嗜堿細胞表面的FcεRI受體。特定抗原與IgE的交聯會觸發脫顆粒，釋放組胺等炎癥介質，從而引發I型超敏反應和抗寄生蟲反應。

（五）IgD

IgD在血清中的濃度非常低，以單體形式存在，具有δ重鏈。IgD具有較長的鉸鏈區，使其容易受到蛋白酶的水解，導致其半衰期較短。血清IgD的功能尚不清楚，但膜結合型IgD（mIgD）與IgM共同表達在成熟B細胞的表面，形成B細胞受體（BCR），參與調節幼稚B細胞的激活。在抗原刺激后，B細胞表面的IgD表達會下調。

五類抗體在血液中的動態分布是怎樣的呢？

（一）動態變化

• IgM：合成始于胎兒晚期，出生后迅速增加，是早期感染的診斷標志物。

• IgG：合成始于出生后約3個月，到3-5歲時達到成人水平。

• IgA：產生從出生后4-6個月開始，逐漸增加。

（二）代謝差異

• IgG：半衰期最長（20-23天），提供持續保護。

• IgA：半衰期約6天。

• IgM：半衰期5-10天。

• IgD：半衰期約3天。

• IgE：半衰期較短，具體因個體差異而異。

參考資料來源：

Janeway：The Immune System in Health and Disease. 5th edition.

https://doi.org/10.18231/j.achr.2021.001

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