什么是抗體

日期：2023-07-26 09:34:18

抗體是我們健康所必需的一類特殊蛋白質(zhì)。例如，抗體幫助我們的身體擺脫病原體（如病毒、細(xì)菌和寄生蟲），以保持健康。當(dāng)提到“抗體”時(shí)，通常也會提到“抗原”這個(gè)術(shù)語。但是，究竟什么是抗體？什么是抗原？以及抗體與其他類型的蛋白質(zhì)有何區(qū)別？本文將按照由淺入深的原則回答這些問題。您將全面了解抗體的各個(gè)方面，包括其化學(xué)性質(zhì)、與抗原的相互作用、生物學(xué)功能、分類、產(chǎn)生和應(yīng)用。

1. 化學(xué)性質(zhì)

1. 化學(xué)性質(zhì)

首先，讓我們來看一下抗體的化學(xué)性質(zhì)。

從化學(xué)的角度來看，抗體（Ab）是由四個(gè)多肽鏈組成的蛋白質(zhì)，包括兩個(gè)輕鏈和兩個(gè)重鏈。這四條鏈共同形成一個(gè)“Y”形結(jié)構(gòu)，如圖1所示。

圖1. Y形狀的抗體

（根據(jù)圖片作者Immcarle70的作品修改，CC BY-SA 4.0，來源：https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=67143770）

兩條重鏈通過二硫鍵連接在一起，而每條重鏈則通過一條二硫鍵與一條輕鏈相連。每條重鏈和輕鏈都由一個(gè)可變區(qū)（V）和一個(gè)恒定區(qū)（C）組成。可變區(qū)在每種抗體類型中是獨(dú)特的，并且與特定抗原結(jié)合。相比之下，恒定區(qū)在同一類別（IgG、IgM、IgA、IgD或IgE）的所有抗體分子中基本相同。

Y形結(jié)構(gòu)的頂端是抗原結(jié)合片段（Fab），Y形結(jié)構(gòu)的尾部是結(jié)晶片段（Fc）。因此，一個(gè)抗體具有兩個(gè)抗原結(jié)合位點(diǎn)，如圖1所示。

總之，抗體是由四個(gè)部分組成并相互結(jié)合的分子，其中Fab片段負(fù)責(zé)與抗原結(jié)合。圖1是一個(gè)簡單的圖像，幫助您理解抗體的四個(gè)部分結(jié)構(gòu)。抗體的三維結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜。

2. 抗原-抗體相互作用

抗原（Ag）是一種具有在宿主生物體中誘導(dǎo)免疫反應(yīng)（產(chǎn)生抗體）能力的分子。

抗原通常是蛋白質(zhì)、肽或多糖。脂質(zhì)和核酸可以與這些分子結(jié)合形成更復(fù)雜的抗原。細(xì)菌、病毒和其他微生物的部分結(jié)構(gòu)也可以作為抗原。當(dāng)外來抗原進(jìn)入體內(nèi)時(shí)，它會刺激免疫系統(tǒng)產(chǎn)生抗體。這些抗體分子具有保護(hù)作用，幫助身體抵抗抗原。

有時(shí)，抗原是宿主自身的一部分。這些抗原被稱為自身抗原。針對自身抗原的抗體被稱為自身抗體。某些自身免疫疾病涉及自身抗原和自身抗體的存在。

抗體根據(jù)抗原的結(jié)構(gòu)和內(nèi)容進(jìn)行識別（通常是蛋白質(zhì)），并且只結(jié)合到抗原的一個(gè)小部分，稱為表位或抗原決定簇。每種類型的抗體只結(jié)合到一個(gè)獨(dú)特的表位，這是由于抗體的獨(dú)特的抗原結(jié)合位點(diǎn)。簡言之，抗體特異性地結(jié)合到特定的抗原上。圖2展示了表位和抗體的結(jié)構(gòu)，將幫助您更好地理解抗原-抗體相互作用的特異性。

圖2. 抗原-抗體特異性結(jié)合

在自然界中，大多數(shù)抗原具有與多種抗體結(jié)合的潛力。當(dāng)寄主生物暴露于抗原時(shí)，它會產(chǎn)生一系列抗體，每個(gè)抗體都能與抗原的不同表位結(jié)合，因此這些抗體在特異性上有所差異，能更有效地抵抗抗原。

抗體對抗原的高度特異性結(jié)合是許多有用的實(shí)驗(yàn)技術(shù)的基礎(chǔ)，例如免疫印跡（WB）、免疫組織化學(xué)（IHC）、流式細(xì)胞術(shù)（FC）、酶聯(lián)免疫吸附試驗(yàn)（ELISA）、免疫沉淀（IP）等。這些技術(shù)在科學(xué)研究、疾病診斷和其他行業(yè)中被廣泛應(yīng)用。

3. 生物學(xué)功能

從生物學(xué)角度來看，抗體是免疫系統(tǒng)針對抗原存在而產(chǎn)生的一種保護(hù)性蛋白質(zhì)。更具體地說，抗體是由B細(xì)胞（或稱為B淋巴細(xì)胞，一種白細(xì)胞）發(fā)展而來的漿細(xì)胞產(chǎn)生的。當(dāng)某個(gè)特定抗原刺激B細(xì)胞被激活時(shí)，它會分化為分泌抗體的細(xì)胞，即漿細(xì)胞。漿細(xì)胞釋放出能與相應(yīng)抗原特異結(jié)合的抗體。

抗體在機(jī)體中具有廣泛的功能，可以依賴效應(yīng)細(xì)胞或效應(yīng)分子，也可以獨(dú)立發(fā)揮作用。以下是一些例子：

中和作用

在免疫學(xué)中，中和作用指的是抗體阻斷病原體（如病毒、細(xì)菌、寄生蟲和真菌）的感染性或致病性的過程。抗體可以特異性地與病原體上對應(yīng)的抗原結(jié)合，使其失去感染性。這些抗體被稱為中和抗體（NAb）。

抗體可以在病原體的生命周期的不同階段對其進(jìn)行中和。例如，一些抗體已被證明可以使病原體固定和/或破壞，干擾病原體與宿主細(xì)胞的附著和進(jìn)入，促進(jìn)蛋白酶體降解病原體，抑制病原體在宿主細(xì)胞內(nèi)的復(fù)制，或抑制病原體從感染細(xì)胞中釋放。

凝集作用

凝集作用是一種反應(yīng)，在該反應(yīng)中，抗體與細(xì)胞等大型、易于沉積的顆粒表面上的對應(yīng)抗原結(jié)合，使這些顆粒聚集成塊。正如前面提到的，抗體具有兩個(gè)抗原結(jié)合位點(diǎn)。這使得抗體能夠交聯(lián)特定抗原。因此，被抗體包被的抗原會聚集在一起，變得不可移動且易于破壞。

調(diào)理素作用

在調(diào)理化過程中，像細(xì)菌這樣的粒子會被調(diào)理素(如抗體)標(biāo)記，并被稱為吞噬細(xì)胞的免疫細(xì)胞通過吞噬作用破壞。抗體與病原體上的特定抗原結(jié)合后，吞噬細(xì)胞被病原體吸引。在這個(gè)過程中，抗體的Fab區(qū)與抗原結(jié)合，而抗體的Fc區(qū)與吞噬細(xì)胞上的Fc受體結(jié)合，參與吞噬作用。

總體而言，抗體通過多種方式發(fā)揮作用。簡單來說，抗體的生物學(xué)功能是與病原體及其產(chǎn)物結(jié)合，并促進(jìn)其從體內(nèi)清除。除了中和、凝集和促進(jìn)吞噬外，抗體還可以激活補(bǔ)體系統(tǒng)、調(diào)節(jié)免疫反應(yīng)、參與細(xì)胞毒性、調(diào)節(jié)細(xì)胞增殖和分化等。這些功能共同協(xié)作，使抗體成為免疫系統(tǒng)中重要的防御工具，幫助身體抵御感染和疾病。

4. 分類

抗體也被稱為免疫球蛋白(Ig)。在人體中，有五種主要的抗體，每一類抗體在免疫反應(yīng)中起著不同的作用。這些類別被鑒定為IgM, IgG, IgA, IgE和IgD，它們在重鏈的恒定區(qū)域有所不同，如圖3所示

五種免疫球蛋白（Ig）類
	IgM pentamer	IgG monomer	Secretory IgA dimer	IgE monomer	IgD monomer

重鏈	μ	γ	α	ε	δ
抗原結(jié)合位點(diǎn)數(shù)	10	2	4	2	2

圖3. 五種免疫球蛋白（Ig）類

IgM：在五種免疫球蛋白類別中，IgM是最龐大的一種，由五個(gè)Y形結(jié)構(gòu)的部分組成。每個(gè)Y形部分通過二硫鍵與一個(gè)稱為J鏈的連接單元連接在一起。IgM是胎兒產(chǎn)生的第一種免疫球蛋白，也是對抗原作出初次反應(yīng)時(shí)首先產(chǎn)生的免疫球蛋白。

IgG：IgM在循環(huán)中占據(jù)最大比例，約占血清中所有免疫球蛋白的75%。IgM能夠穿過血管甚至胎盤，為胎兒提供保護(hù)。IgG也被認(rèn)為是最多功能的免疫球蛋白，承擔(dān)其他所有免疫球蛋白類別的功能。

IgA：在血清中發(fā)現(xiàn)的IgA是單體，但在分泌物中發(fā)現(xiàn)的IgA是含有J鏈的二聚體。圖3僅顯示了分泌型IgA。IgA是淚液、唾液、初乳和粘液等分泌物中主要的免疫球蛋白類別，是黏膜免疫的重要組成部分。

IgE：IgE是血清中最不常見的免疫球蛋白，因其與嗜堿性粒細(xì)胞和肥大細(xì)胞等免疫細(xì)胞上的Fc受體結(jié)合能力非常強(qiáng)。IgE主要存在于唾液和粘液中。IgE的主要功能是在過敏反應(yīng)中識別抗原。

IgD：IgD主要存在于B細(xì)胞表面，作為抗原的受體，并向B細(xì)胞發(fā)出激活信號。迄今為止，對IgD的功能了解相對較少。

總之，人類的五種免疫球蛋白類別通過其重鏈的類型進(jìn)行區(qū)分，它們的功能并不完全相同。

5. 生產(chǎn)

抗體的特殊性質(zhì)使其成為科學(xué)研究、疾病診斷和治療等領(lǐng)域的有用工具。由于其廣泛的應(yīng)用，對抗體的需求不斷增長。人工合成的抗體主要分為兩種類型：單克隆抗體（mAb）和多克隆抗體（pAb）。隨著技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了一種新型的人工合成抗體，即重組抗體（rAb）。

單克隆抗體

單克隆抗體的生產(chǎn)主要使用雜交瘤技術(shù)。該技術(shù)涉及將免疫原（抗原或能引發(fā)免疫反應(yīng)的任何物質(zhì)）注入宿主動物體內(nèi)以觸發(fā)免疫反應(yīng)，從脾臟中分離激活的B細(xì)胞，將分離的B細(xì)胞與骨髓瘤細(xì)胞融合以產(chǎn)生雜交瘤細(xì)胞，篩選雜交瘤上清以選擇能產(chǎn)生所需抗體的成功雜交瘤，克隆或擴(kuò)增選擇的雜交瘤以產(chǎn)生更多的抗體，然后對抗體進(jìn)行純化和測試。通過這個(gè)過程制備的抗體被稱為單克隆抗體，只能識別抗原上的一個(gè)表位。

多克隆抗體

多克隆抗體的生產(chǎn)與單克隆抗體不同，但同樣涉及對動物進(jìn)行免疫注射。具體步驟如下：將免疫原注入宿主動物體內(nèi)以觸發(fā)免疫反應(yīng)，從免疫動物的全血中取得血清，將血清與抗體分離和純化，然后對得到的抗體進(jìn)行測試。相比單克隆抗體的生產(chǎn)，這個(gè)過程更快且成本較低。多克隆抗體能夠識別抗原上的多個(gè)表位。

重組抗體

重組抗體的生產(chǎn)與單克隆抗體或多克隆抗體的生產(chǎn)有很大不同，而更類似于重組蛋白的生產(chǎn)。重組抗體的生產(chǎn)依賴于重組DNA技術(shù)，該技術(shù)涉及使用基因重組將來自多個(gè)來源的基因材料組合在一起，創(chuàng)建在基因組中自然不存在的DNA序列，以產(chǎn)生具有設(shè)計(jì)特性的抗體。

6. 應(yīng)用

抗體能夠與獨(dú)特的抗原高度特異地結(jié)合。這種特異性是各種實(shí)驗(yàn)方法的重要基礎(chǔ)。抗體生產(chǎn)的進(jìn)展使得大規(guī)模生產(chǎn)抗體成為可能。目前，抗體主要用于以下領(lǐng)域：

科學(xué)研究

抗體在免疫分析中得到廣泛應(yīng)用，如ELISA（酶聯(lián)免疫吸附實(shí)驗(yàn)）、Western blotting（蛋白質(zhì)印跡）、免疫組化（Immunohistochemistry）、免疫熒光（Immunofluorescence）、染色質(zhì)免疫共沉淀（Chromatin immunoprecipitation）、免疫細(xì)胞化學(xué)（Immunocytochemistry）、流式細(xì)胞術(shù)（Flow cytometry）等。這些方法有助于檢測和表征蛋白質(zhì)。此外，抗體還用于純化蛋白質(zhì)，促進(jìn)重組蛋白的生產(chǎn)。

疾病診斷

一些免疫分析方法也用于診斷目的。通過免疫分析檢測特定蛋白質(zhì)或抗體有助于確定疾病或感染的存在。例如，建議通過檢測抗HCV抗體來初步確定是否存在HCV感染。

抗體療法

單克隆抗體已成為治療各種疾病的重要手段，包括癌癥、慢性炎癥性疾病、自身免疫性疾病和感染等。治療性抗體通過多種方式發(fā)揮作用。例如，一些治療性抗體通過與特定分子結(jié)合，刺激患者的免疫系統(tǒng)攻擊患病細(xì)胞，而另一些抗體則阻斷癌細(xì)胞用來逃避免疫攻擊并生存的關(guān)鍵分子。

總之，抗體是生物體內(nèi)一類重要的保護(hù)性蛋白質(zhì)，具有與對應(yīng)抗原高度特異性地結(jié)合的能力。這些保護(hù)性蛋白質(zhì)由一類名為漿細(xì)胞的免疫細(xì)胞產(chǎn)生。在人體內(nèi)，存在著五類主要的抗體，每一類抗體都具有不同的重鏈和功能。由于抗體與抗原之間的相互作用高度特異，因此抗體被用于許多領(lǐng)域，包括科學(xué)研究、疾病診斷和抗體療法。