抗體基礎(chǔ)知識介紹

抗體（antibody，Ab）是機體在體內(nèi)存在的外來分子、微生物等抗原物質(zhì)刺激下，由B淋巴細胞或記憶細胞增殖分化成的漿細胞所產(chǎn)生的、可與相應(yīng)抗原發(fā)生特異性結(jié)合的免疫球蛋白（immunoglobulins，
Ig），主要分布在血清中，也分布于組織液及外分泌液中。

1    抗體的發(fā)展歷程

抗體技術(shù)是免疫學(xué)領(lǐng)域的一個重要方面，在生命科學(xué)和醫(yī)學(xué)各學(xué)科得到了廣泛應(yīng)用。隨著生物學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，抗體技術(shù)也經(jīng)歷了三個發(fā)展階段。

第一代抗體——血清多克隆抗體（PcAb）,早在20世紀初期已發(fā)現(xiàn)血清抗體和細菌毒素的作用，并用于多種疾病的治療。雖然免疫動物制備的血清抗體的免疫原性和非均質(zhì)性給抗體的研究和應(yīng)用造成困難，但由于血清多克隆抗體識別抗原的廣譜性和識別不同表位的各種抗體或識別同種抗原表位的不同克隆的抗體可協(xié)同作用，因而能高效地識別抗原和阻斷抗原對機體的危害，所以血清抗體至今仍不失為一種診治疾病和生命科學(xué)研究的有效制劑。

1975年德國學(xué)者Köhler和英國學(xué)者Milstein合作研究，創(chuàng)立了雜交瘤技術(shù)，使第一代抗體發(fā)展到第二代抗體——單克隆抗體（McAb）。該研究在仙臺病毒介導(dǎo)下，將經(jīng)綿陽紅細胞免疫后的小鼠脾細胞與小鼠骨髓瘤細胞（P3-X63/Ag8）融合，融合的細胞既獲得了親代脾細胞分泌特異性抗體的特性，又具有骨髓瘤細胞大量繁殖的能力，成為了一種既能分泌特異性抗體又能長命的雜交瘤細胞。這一具有劃時代意義的新技術(shù)，為抗體的分子生物學(xué)研究提供了一個新的手段，同時也為所有需要制備和應(yīng)用抗體的領(lǐng)域提供了一個全新的方法，極大的促進了免疫學(xué)、遺傳學(xué)、微生物學(xué)、分子生物學(xué)和基礎(chǔ)與臨床醫(yī)學(xué)等學(xué)科的發(fā)展，受到全世界學(xué)者的極大關(guān)注。

20世紀80年代，在充分認識免疫球蛋白（Ig）基因結(jié)構(gòu)和功能的基礎(chǔ)上，人們利用DNA重組技術(shù)和蛋白質(zhì)工程技術(shù)，對Ig分子進行基因水平的切割、拼接或修飾，重新組裝成新型的抗體分子，成為了繼多克隆抗體、單克隆抗體之后的第三代抗體——基因工程抗體（GEAb）�；�因工程抗體保留了天然抗體的特異性和主要的生物學(xué)活性，去除或減少了無關(guān)結(jié)構(gòu)，是目前抗體應(yīng)用研究的首選技術(shù)，且使得抗體的人源化以及制備人抗體成為可能，大大促進了抗體技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展。

2    抗體分子的基本結(jié)構(gòu)

2.1 重鏈和輕鏈

抗體由四條多肽鏈組成，即兩條相同的相對分子質(zhì)量較小的輕鏈（light chain，L鏈）和兩條相同的相對分子質(zhì)量較大的重鏈（heavy chain，H鏈）借二硫鍵連接組成的對稱結(jié)構(gòu)。

輕鏈由214個氨基酸殘基組成，分子質(zhì)量約25kDa。根據(jù)輕鏈氨基酸組成和排列順序不同（抗原性的差異），可將輕鏈分為兩種類型，即kappa（k）鏈和lambda（λ）鏈，故免疫球蛋白也可分為兩種類型，即k型和λ型。同一個天然Ig分子上輕鏈的類型是相同的，但同一機體內(nèi)可存在兩種類型的抗體分子。每條輕鏈含有兩個由鏈內(nèi)二硫鍵組成的環(huán)肽。

重鏈大小約為輕鏈的2倍，含450~550個氨基酸殘基，分子質(zhì)量約為55~75 kDa。不同的H鏈由于氨基酸組成和排列順序以及二硫鍵的數(shù)目和位置不同，其抗原性也不同，根據(jù)H鏈抗原性的差異可將其分為5類，即μ鏈、γ鏈、α鏈、δ鏈和ε鏈。每條H鏈含有4~5個鏈內(nèi)二硫鍵組成的環(huán)肽，其中γ鏈、α鏈和δ鏈上含有4個環(huán)肽，μ鏈和ε鏈含有5個環(huán)肽。
2.2 恒定區(qū)和可變區(qū)

通過對不同免疫球蛋白H鏈和L鏈的氨基酸序列比較發(fā)現(xiàn)，其氨基端（N端）約110個氨基酸序列變化很大，稱為可變區(qū)（variable region，V區(qū)），而羧基末端（C端）則相對穩(wěn)定，變化很小，稱為恒定區(qū)（constant region，C區(qū)）（見圖2）。
 
可變區(qū)位于L鏈靠近N端的1/2（含108~111個氨基酸殘基）和H鏈靠近N端的1/5（γ、α和δ）或1/4（μ和ε）。L鏈和H鏈的V區(qū)分別為VL和VH。在每個V區(qū)中均有一個由鏈內(nèi)二硫鍵連接形成的肽環(huán)，每個肽環(huán)含67~75個氨基酸殘基。VL和VH中某些局部區(qū)域的氨基酸組成和排列順序具有更高的變異程度，稱為高變區(qū)（hypervariable region，HVR）。VL和VH中的高變區(qū)各有三個，分別稱為HVR1、HVR2和HVR3，也可稱為CDR1、CDR2和CDR3，一般CDR3具有更高的變異程度。在V區(qū)中非HVR部分的氨基酸組成和排列相對比較保守，稱為骨架區(qū)（framework region，F(xiàn)R），VL和VH中的骨架區(qū)各有4個，分別用FR1、FR2、FR3和FR4表示。骨架區(qū)對于維持CDR的空間構(gòu)型具有重要作用。V區(qū)氨基酸的組成和排列隨抗體結(jié)合抗原的特異性不同有較大的變異。由于V區(qū)中氨基酸組成和排列順序千變?nèi)f化，故可形成許多種具有不同結(jié)合抗原特異性的抗體。

恒定區(qū)位于L鏈靠近C端1/2和H鏈靠近C端3/4（γ、α和δ）區(qū)域或4/5（μ和ε）區(qū)域。L鏈和H鏈的C區(qū)分別為CL和CH。H鏈每個功能區(qū)含110多個氨基酸殘基，含有一個由二硫鍵連接的50~60個氨基酸殘基組成的肽環(huán)。這個區(qū)域氨基酸的組成和排列在同一種屬動物所有個體的同一類免疫球蛋白具有相同的抗原特異性。不同抗原的IgG類抗體其可變區(qū)不同，但恒定區(qū)相同。同一抗原的不同類型抗體，其可變區(qū)形同，但恒定區(qū)不相同，表現(xiàn)為類、亞類或型、亞型的差別。

故根據(jù)抗體與抗原的結(jié)合位置，抗體結(jié)構(gòu)可分為兩部分（見圖3）：即“Y”字型頭部的特異性結(jié)合抗原位點的Fab段和尾部相對保守的Fc段�？贵w的特異性體現(xiàn)在Fab段，F(xiàn)ab段的抗原結(jié)合位點可與細胞上的抗原決定簇發(fā)生特異性的結(jié)合反應(yīng)。
 
3    抗體的種類和特性

抗體是具有共同結(jié)構(gòu)和功能形式的一大類糖蛋白。根據(jù)重鏈類型不同，可將抗體分成五類，即IgG、IgM、IgA、IgE和IgD，見表1和圖4。
 
目前可用于多個領(lǐng)域的研究，如免疫組化、免疫熒光、免疫印記、酶聯(lián)免疫、流式細胞術(shù)、免疫細胞化學(xué)、免疫沉淀和細胞分選等。

CD分子抗體  CD3、CD4、CD8、CD11、CD19、CD20、CD34、CD45、CD56、CD138、CD271等

細胞因子抗體 IL-6、IL-17A、TSLP等

受體抗體 IL-4R、IL-6R、VEGFR2等

免疫檢查點蛋白抗體  B7H3、PD-1、PD-L1等

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