人人能看懂的抗体结构

在我们的日常生活中，“抗体”这一名词或许经常出现，那么，抗体是什么？它具体长什么样子呢？让我们一起来了解一下吧。

什么是抗体?

抗体，也叫做免疫球蛋白（Igs），是一类由浆细胞分泌的糖蛋白。抗体能够特异性识别并结合外来抗原，从而中和病原体，促进吞噬清除，激活补体系统，帮助机体有效抵御各类感染性及非感染性病原体。

抗体从何而来？

抗体主要由B细胞产生。未成熟的B细胞在骨髓中发育成熟，其表面表达膜免疫球蛋白，即B细胞受体（BCR）。当外来抗原进入体内，被抗原呈递细胞（APCs，如树突状细胞）识别后，会刺激B细胞增殖分化。活化的B细胞可分化为浆细胞和记忆B细胞。浆细胞迁移到骨髓或炎症部位，持续分泌大量高亲和力的抗体。

抗体是如何捕捉抗原的？

抗原是能够被免疫系统识别并触发免疫反应的分子，多为蛋白质、多糖或脂质。大多数抗原是外来物质，如细菌、病毒、外来蛋白或病原体相关分子模式（PAMPs）。抗原分子中被抗体识别结合的特定区域称为表位。抗体的可变区内的互补决定区（CDRs）通过非共价相互作用与抗原表位结合，形成抗原-抗体复合物。这种结合通常具有高特异性和可逆性。

抗体长什么“样子”？

抗体由两条相同的重链（H链）和两条相同的轻链（L链）组成，通过二硫键相连，形成对称的Y形结构。重链分子量约50 kDa，轻链约25 kDa，二者均包含可变区（V区）和恒定区（C区）。

重链是抗体类别的决定因素，哺乳动物免疫球蛋白重链分为μ、γ、α、δ和ε五种类型，分别对应IgM、IgG、IgA、IgD和IgE抗体。μ和ε链各含一个可变域（VH）和四个恒定域（CH1-CH4），而γ、α和δ链含一个VH和三个恒定域（CH1-CH3）。VH域与轻链的可变域（VL）协同形成抗原结合位点。

图片来源于Abcam网站

轻链分为κ和λ两种类型，每种含一个可变域（VL）和一个恒定域（CL），通过二硫键与重链的CH1域共价连接。重链和轻链可变域内的三个互补决定区（CDRs）是表位识别的关键结构基础。

抗体可经蛋白酶酶解为两个主要功能片段：抗原结合片段（Fab）和可结晶片段（Fc）。

Fab：Fab片段由一个完整轻链与重链的VH和CH1域组成，负责抗原结合，一个IgG分子有两个Fab片段，可结合两个相同或不同的表位。Fab区域包含抗体的可变区，是决定抗体特异性的核心因素。

Fc：Fc片段由重链的CH2和CH3域（对于IgG、IgA和IgD）或CH2-CH4域（对于IgM和IgE）组成。与Fab不同，Fc不直接结合抗原，而是通过与细胞表面Fc受体（如FcγR、FcεR）或补体蛋白相互作用，介导抗体效应功能，如抗体依赖性细胞毒性（ADCC）、补体依赖性细胞毒性（CDC）和调理吞噬作用。Fc区域的结构和糖基化模式显著影响抗体的体内半衰期、生物分布和效应机制，Fc工程已成为治疗性抗体开发中的关键技术。

抗体的用处有哪些？

Fab区域负责：

• 抗原识别与结合：Fab片段内的CDRs特异性结合病原体表面的抗原，包括细菌、病毒和环境抗原。

• 病原体中和：抗体通过阻断病原体表面蛋白与宿主细胞受体之间的相互作用，或阻断毒素的活性位点，防止细胞入侵，为感染和毒素介导损伤提供即时细胞外防御。

Fc区域负责：

• 效应细胞激活：Fc区域与免疫细胞上的Fc受体（FcRs）结合，触发吞噬作用、脱颗粒和细胞毒性反应，直接清除抗体包被的病原体或感染细胞。

• 补体系统激活：抗原-抗体复合物通过Fc区域招募补体成分C1q，启动经典补体激活途径及其相关级联反应。

• 调理吞噬作用：抗体通过其Fc区域“锚定”在病原体表面，随后Fc域与吞噬细胞（如巨噬细胞和中性粒细胞）上的FcRs结合，显著增强调理病原体的识别和吞噬清除效率。

抗体的同种型有哪些？

在哺乳动物中，免疫球蛋白根据其重链的恒定区分为五种主要类型：IgG、IgA、IgM、IgD和IgE。每种抗体类别在结构、聚合状态和效应功能上都有显著差异，这种多样性由B细胞成熟过程中的类别转换重组决定。每种抗体同种型的关键结构和功能特征如下：

（一）IgG

IgG是血清中最丰富的抗体类别，约占总免疫球蛋白的80%，以单体形式存在，分子量约150 kDa，由两个相同的γ重链（每个约50 kDa）和两个相同的轻链（每个约25 kDa）组成。IgG进一步分为四个亚型（IgG1-IgG4），提供长期保护性免疫，持续数月甚至数年。功能上，IgG能够中和细菌和病毒病原体及其毒素，激活补体级联反应，并与Fcγ受体（FcγRs）结合以诱导吞噬作用或ADCC。此外，其Fc区域促进胎盘转移，为胎儿和新生儿提供被动免疫保护。

（二）IgA

IgA主要以单体形式存在于血液中，浓度相对较低，但在胃肠道、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由两个IgA单体通过共价键与黏膜上皮细胞合成的分泌成分连接而成的二聚体，形成黏膜表面的关键免疫屏障。IgA有两个亚型，IgA1和IgA2，其中IgA1约占总IgA的85%。其主要功能是在抗原和微生物入侵下层组织之前结合并聚集它们，在黏液层中捕获病原体，促进在黏膜分泌物被排出时将其清除。

（三）IgM

IgM是在初次免疫应答中产生的第一种抗体，以五聚体或六聚体形式存在，由IgM单体通过二硫键和J链交联而成，分子量约900 kDa。五聚体结构赋予IgM10个抗原结合位点，使其具有非常高的抗原结合亲和力。IgM能够高效激活补体系统，通过结合C1q蛋白启动经典补体途径，在感染的早期阶段发挥关键的防御作用。

（四）IgE

IgE是血清中浓度最低的抗体，以单体形式存在，具有ε重链。其Fc区域包含一个高亲和力结合位点，能够牢固地结合到肥大细胞和嗜碱细胞表面的FcεRI受体。特定抗原与IgE的交联会触发脱颗粒，释放组胺等炎症介质，从而引发I型超敏反应和抗寄生虫反应。

（五）IgD

IgD在血清中的浓度非常低，以单体形式存在，具有δ重链。IgD具有较长的铰链区，使其容易受到蛋白酶的水解，导致其半衰期较短。血清IgD的功能尚不清楚，但膜结合型IgD（mIgD）与IgM共同表达在成熟B细胞的表面，形成B细胞受体（BCR），参与调节幼稚B细胞的激活。在抗原刺激后，B细胞表面的IgD表达会下调。

五类抗体在血液中的动态分布是怎样的呢？

（一）动态变化

• IgM：合成始于胎儿晚期，出生后迅速增加，是早期感染的诊断标志物。

• IgG：合成始于出生后约3个月，到3-5岁时达到成人水平。

• IgA：产生从出生后4-6个月开始，逐渐增加。

（二）代谢差异

• IgG：半衰期最长（20-23天），提供持续保护。

• IgA：半衰期约6天。

• IgM：半衰期5-10天。

• IgD：半衰期约3天。

• IgE：半衰期较短，具体因个体差异而异。

参考资料来源：

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

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

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