抗体基础知识介绍
2023-03-30
抗体基础知识介绍
2023-03-30
抗体（antibody，Ab）是机体在体内存在的外来分子、微生物等抗原物质刺激下，由B淋巴细胞或记忆细胞增殖分化成的浆细胞所产生的、可与相应抗原发生特异性结合的免疫球蛋白（immunoglobulins，Ig），主要分布在血清中，也分布于组织液及外分泌液中。
1 抗体的发展历程
抗体技术是免疫学领域的一个重要方面，在生命科学和医学各学科得到了广泛应用。随着生物学技术的不断发展，抗体技术也经历了三个发展阶段。
第一代抗体——血清多克隆抗体（PcAb）,早在20世纪初期已发现血清抗体和细菌毒素的作用，并用于多种疾病的治疗。虽然免疫动物制备的血清抗体的免疫原性和非均质性给抗体的研究和应用造成困难，但由于血清多克隆抗体识别抗原的广谱性和识别不同表位的各种抗体或识别同种抗原表位的不同克隆的抗体可协同作用，因而能高效地识别抗原和阻断抗原对机体的危害，所以血清抗体至今仍不失为一种诊治疾病和生命科学研究的有效制剂。
1975年德国学者Köhler和英国学者Milstein合作研究，创立了杂交瘤技术，使第一代抗体发展到第二代抗体——单克隆抗体（McAb）。该研究在仙台病毒介导下，将经绵阳红细胞免疫后的小鼠脾细胞与小鼠骨髓瘤细胞（P3-X63/Ag8）融合，融合的细胞既获得了亲代脾细胞分泌特异性抗体的特性，又具有骨髓瘤细胞大量繁殖的能力，成为了一种既能分泌特异性抗体又能长命的杂交瘤细胞。这一具有划时代意义的新技术，为抗体的分子生物学研究提供了一个新的手段，同时也为所有需要制备和应用抗体的领域提供了一个全新的方法，极大的促进了免疫学、遗传学、微生物学、分子生物学和基础与临床医学等学科的发展，受到全世界学者的极大关注。
20世纪80年代，在充分认识免疫球蛋白（Ig）基因结构和功能的基础上，人们利用DNA重组技术和蛋白质工程技术，对Ig分子进行基因水平的切割、拼接或修饰，重新组装成新型的抗体分子，成为了继多克隆抗体、单克隆抗体之后的第三代抗体——基因工程抗体（GEAb）。基因工程抗体保留了天然抗体的特异性和主要的生物学活性，去除或减少了无关结构，是目前抗体应用研究的首选技术，且使得抗体的人源化以及制备人抗体成为可能，大大促进了抗体技术领域的发展。
2 抗体分子的基本结构
2.1 重链和轻链
抗体由四条多肽链组成，即两条相同的相对分子质量较小的轻链（light chain，L链）和两条相同的相对分子质量较大的重链（heavy chain，H链）借二硫键连接组成的对称结构。
轻链由214个氨基酸残基组成，分子质量约25kDa。根据轻链氨基酸组成和排列顺序不同（抗原性的差异），可将轻链分为两种类型，即kappa（k）链和lambda（λ）链，故免疫球蛋白也可分为两种类型，即k型和λ型。同一个天然Ig分子上轻链的类型是相同的，但同一机体内可存在两种类型的抗体分子。每条轻链含有两个由链内二硫键组成的环肽。
重链大小约为轻链的2倍，含450~550个氨基酸残基，分子质量约为55~75 kDa。不同的H链由于氨基酸组成和排列顺序以及二硫键的数目和位置不同，其抗原性也不同，根据H链抗原性的差异可将其分为5类，即μ链、γ链、α链、δ链和ε链。每条H链含有4~5个链内二硫键组成的环肽，其中γ链、α链和δ链上含有4个环肽，μ链和ε链含有5个环肽。
图1 抗体结构示意图
2.2 恒定区和可变区
通过对不同免疫球蛋白H链和L链的氨基酸序列比较发现，其氨基端（N端）约110个氨基酸序列变化很大，称为可变区（variable region，V区），而羧基末端（C端）则相对稳定，变化很小，称为恒定区（constant region，C区）（见图2）。
图2 抗体分子的基本结构
可变区位于L链靠近N端的1/2（含108~111个氨基酸残基）和H链靠近N端的1/5（γ、α和δ）或1/4（μ和ε）。L链和H链的V区分别为VL和VH。在每个V区中均有一个由链内二硫键连接形成的肽环，每个肽环含67~75个氨基酸残基。VL和VH中某些局部区域的氨基酸组成和排列顺序具有更高的变异程度，称为高变区（hypervariable region，HVR）。VL和VH中的高变区各有三个，分别称为HVR1、HVR2和HVR3，也可称为CDR1、CDR2和CDR3，一般CDR3具有更高的变异程度。在V区中非HVR部分的氨基酸组成和排列相对比较保守，称为骨架区（framework region，FR），VL和VH中的骨架区各有4个，分别用FR1、FR2、FR3和FR4表示。骨架区对于维持CDR的空间构型具有重要作用。V区氨基酸的组成和排列随抗体结合抗原的特异性不同有较大的变异。由于V区中氨基酸组成和排列顺序千变万化，故可形成许多种具有不同结合抗原特异性的抗体。
恒定区位于L链靠近C端1/2和H链靠近C端3/4（γ、α和δ）区域或4/5（μ和ε）区域。L链和H链的C区分别为CL和CH。H链每个功能区含110多个氨基酸残基，含有一个由二硫键连接的50~60个氨基酸残基组成的肽环。这个区域氨基酸的组成和排列在同一种属动物所有个体的同一类免疫球蛋白具有相同的抗原特异性。不同抗原的IgG类抗体其可变区不同，但恒定区相同。同一抗原的不同类型抗体，其可变区形同，但恒定区不相同，表现为类、亚类或型、亚型的差别。
故根据抗体与抗原的结合位置，抗体结构可分为两部分（见图3）：即“Y”字型头部的特异性结合抗原位点的Fab段和尾部相对保守的Fc段。抗体的特异性体现在Fab段，Fab段的抗原结合位点可与细胞上的抗原决定簇发生特异性的结合反应。
图3 抗体分子的基本结构
3 抗体的种类和特性
抗体是具有共同结构和功能形式的一大类糖蛋白。根据重链类型不同，可将抗体分成五类，即IgG、IgM、IgA、IgE和IgD，见表1和图4。
表1 不同抗体类型特点比较表
图4 不同类型抗体结构图
4 IPHASE抗体产品
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CD分子抗体 CD3、CD4、CD8、CD11、CD19、CD20、CD34、CD45、CD56、CD138、CD271等
细胞因子抗体 IL-6、IL-17A、TSLP等
受体抗体 IL-4R、IL-6R、VEGFR2等
免疫检查点蛋白抗体 B7H3、PD-1、PD-L1等
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