什么是抗體？從基礎(chǔ)知識(shí)到實(shí)際應(yīng)用，全面解析

  抗體是一種對(duì)我們的健康至關(guān)重要的特殊蛋白質(zhì)。例如，抗體可以幫助我們的身體清除病毒、細(xì)菌和寄生蟲等病原體，從而保持健康。當(dāng)提到“抗體”時(shí)，常常相應(yīng)地提到另一個(gè)術(shù)語(yǔ)“抗原”。但是，抗體到底是什么？什么是抗原？而且，抗體與其他類型蛋白質(zhì)的區(qū)別是什么？上海通蔚生物將遵循由淺入深的原則來回答這些問題。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、生產(chǎn)和應(yīng)用。

  一、化學(xué)性質(zhì)

  首先，讓我們看一下抗體的化學(xué)性質(zhì)。

  從化學(xué)角度來看，抗體（Ab）是由4條多肽鏈組成的蛋白質(zhì)，其中包括兩條輕鏈和兩條重鏈。四根鏈條共同形成“Y”形結(jié)構(gòu)，如圖1所示。

  

圖1 Y型抗體（Antigen Binding Site 抗原結(jié)合位點(diǎn) heavy chain（重鏈） light chain （輕鏈））

  兩條重鏈通過二硫鍵彼此連接，并且每條重鏈通過二硫鍵與輕鏈連接。每條重鏈和輕鏈均由一個(gè)可變區(qū) (V) 和一個(gè)恒定區(qū) (C) 組成。可變區(qū)在每種抗體類型中都是獨(dú)特的，并且與特定抗原結(jié)合。相比之下，同一類的所有抗體分子（IgG、IgM、IgA、IgD 或 IgE）中的恒定區(qū)基本上相同。

  Y形的頂部是片段抗原結(jié)合區(qū)（Fab）。Y形的尾部是碎片可結(jié)晶區(qū)（Fc）。因此，抗體具有兩個(gè)抗原結(jié)合位點(diǎn)，如圖1所示。

  總而言之，抗體是由四個(gè)相互結(jié)合的部分組成的分子，抗體的 Fab 片段負(fù)責(zé)與抗原結(jié)合。圖 1 是一個(gè)簡(jiǎn)單的圖像，可幫助您了解抗體的四部分結(jié)構(gòu)。抗體的三維結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜。

  二、抗原抗體相互作用

  抗原 (Ag) 是一種能夠在宿主生物體中誘導(dǎo)免疫反應(yīng)（產(chǎn)生抗體）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可以是抗原。當(dāng)外來抗原進(jìn)入體內(nèi)時(shí)，它會(huì)刺激免疫系統(tǒng)產(chǎn)生抗體。保護(hù)性抗體分子幫助身體對(duì)抗抗原。

  有時(shí)抗原是宿主本身的一部分。這些抗原稱為自身抗原。針對(duì)自身抗原的抗體被稱為自身抗體。一些自身免疫性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)容識(shí)別抗原（通常是蛋白質(zhì)），并僅與抗原的一小部分（稱為表位或抗原決定簇）結(jié)合。由于抗體具有獨(dú)特的抗原結(jié)合位點(diǎn)，每種類型的抗體都結(jié)合一個(gè)獨(dú)特的表位。簡(jiǎn)而言之，抗體與特定抗原特異性結(jié)合。圖2顯示了表位和抗體的結(jié)構(gòu)，這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（Antigen(抗原)、Epitope(表位)和Antibody（抗體））

  在自然界中，大多數(shù)抗原都有可能被多種抗體結(jié)合，如果宿主生物體暴露于抗原，宿主會(huì)產(chǎn)生一系列抗體，每個(gè)抗體與抗原的單獨(dú)表位結(jié)合，因此這些抗體會(huì)有所不同特異性并更有效地對(duì)抗抗原。

  抗體與抗原的高度特異性結(jié)合是許多有用實(shí)驗(yàn)技術(shù)的支柱，例如WB、IHC、FC、ELISA、IP等。這些技術(shù)廣泛應(yīng)用于科學(xué)研究、疾病診斷和其他行業(yè)。

  三. 生物學(xué)功能

  從生物學(xué)角度來看，抗體是免疫系統(tǒng)響應(yīng)抗原的存在而產(chǎn)生的保護(hù)性蛋白質(zhì)。更具體地說，抗體是由 B 細(xì)胞或 B 淋巴細(xì)胞（白細(xì)胞的一種）發(fā)育而來的漿細(xì)胞產(chǎn)生的。當(dāng) B 細(xì)胞因特定抗原而被激活時(shí)，它會(huì)分化為抗體分泌細(xì)胞、漿細(xì)胞。漿細(xì)胞釋放特異性結(jié)合相應(yīng)抗原的抗體。

  抗體在體內(nèi)具有廣泛的功能，依賴于或獨(dú)立于效應(yīng)細(xì)胞或效應(yīng)分子。這里有些例子：

  中和作用

  在免疫學(xué)中，中和是指抗體阻斷病原體（例如病毒、細(xì)菌、寄生蟲和真菌）的感染性或發(fā)病機(jī)制的過程?？贵w可以特異性地與病原體上的相應(yīng)抗原結(jié)合，使它們不具有傳染性。這些抗體稱為中和抗體 (NAb)。

  病原體可以在其生命周期的不同階段被抗體中和。例如，一些抗體已被證明可以固定病原體和/或使其不穩(wěn)定，干擾病原體附著和進(jìn)入宿主細(xì)胞，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，或抑制病原體的釋放。來自受感染細(xì)胞的病原體。

  凝集

  凝集是一種反應(yīng)，其中抗體與大的、容易沉降的顆粒（例如細(xì)胞）表面上的相應(yīng)抗原結(jié)合，并導(dǎo)致這些顆粒形成團(tuán)塊。如上所述，抗體具有兩個(gè)抗原結(jié)合位點(diǎn)。這種性質(zhì)允許抗體交聯(lián)特定抗原。因此，涂有抗體的抗原聚集在一起，變得不可移動(dòng)并且容易被破壞。

  調(diào)理作用

  在調(diào)理作用中，諸如細(xì)菌之類的顆粒將被諸如抗體之類的調(diào)理素標(biāo)記，并通過稱為吞噬作用的過程被稱為吞噬細(xì)胞的免疫細(xì)胞靶向破壞?？贵w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。在此過程中，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，有助于吞噬作用。

  總體而言，抗體以多種方式發(fā)揮其功能。簡(jiǎn)單來說，抗體的生物學(xué)功能就是與病原體及其產(chǎn)物結(jié)合并促進(jìn)其排出體外。

  四. 分類

  抗體也稱為免疫球蛋白 (Ig)。在人類中，有五種主要類型的抗體，每一類在免疫反應(yīng)中發(fā)揮著獨(dú)特的作用。這些類別被確定為 IgM、IgG、IgA、IgE 和 IgD，它們的重鏈恒定區(qū)不同，如圖 3 所示。

圖 3 五種免疫球蛋白 (Ig) 類別

  IgM：在五種 Ig 類別中，IgM 的質(zhì)量最大，因?yàn)樗怯晌鍌€(gè) Y 形部分組成的五聚體。每個(gè) Y 形部分通過二硫鍵連接到稱為 J 鏈的連接單元。IgM 是胎兒產(chǎn)生的第一個(gè) Ig，也是對(duì)抗原的初級(jí)反應(yīng)中產(chǎn)生的第一個(gè) Ig。

  IgG： IgM 是循環(huán)中最豐富的，占血清中所有 Ig 的 75%。IgM 可以穿過血管甚至胎盤，為胎兒提供保護(hù)。IgG 也被認(rèn)為是最通用的，可以執(zhí)行所有其他 Ig 類別的功能。

  IgA：血清中發(fā)現(xiàn)的 IgA 是單體，但分泌物中發(fā)現(xiàn)的 IgA 是含有 J 鏈的二聚體。圖3僅顯示分泌型IgA。IgA是眼淚、唾液、初乳和粘液等分泌物中Ig的主要類別，是粘膜免疫的重要組成部分。

  IgE： IgE 是最不常見的血清 Ig，因?yàn)樗c免疫細(xì)胞（包括嗜堿性粒細(xì)胞和肥大細(xì)胞）上的 Fc 受體緊密結(jié)合。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)期間識(shí)別抗原。

  IgD： IgD 主要存在于 B 細(xì)胞表面，充當(dāng)抗原受體并向 B 細(xì)胞發(fā)出激活信號(hào)。迄今為止，對(duì)于IgD的功能知之甚少。

  總而言之，五種人類 Ig 類別通過重鏈類型進(jìn)行區(qū)分，并且它們的功能并不完全相同。

  五. 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。由于抗體的廣泛應(yīng)用，對(duì)抗體的需求不斷增長(zhǎng)。人造抗體主要分為兩種類型：?jiǎn)慰寺】贵w（mAb）和多克隆抗體（pAb）。隨著技術(shù)的發(fā)展，新型的人造抗體出現(xiàn)了；這就是重組抗體（rAb）。

  單克隆抗體

  單克隆抗體的生產(chǎn)主要采用雜交瘤技術(shù)，將免疫原（抗原或任何能夠引發(fā)免疫反應(yīng)的物質(zhì)）注射到宿主動(dòng)物體內(nèi)引發(fā)免疫反應(yīng)，從脾臟中分離出活化的B細(xì)胞，融合分離B細(xì)胞與骨髓瘤細(xì)胞以產(chǎn)生雜交瘤，篩選雜交瘤上清液以選擇能夠產(chǎn)生所需抗體的成功雜交瘤，克隆或擴(kuò)增所選擇的雜交瘤以產(chǎn)生更大量的抗體，并純化和測(cè)試抗體。通過這一過程產(chǎn)生的抗體稱為單克隆抗體，僅識(shí)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，還涉及對(duì)動(dòng)物的免疫，具體如下：將免疫原注射到宿主動(dòng)物體內(nèi)引發(fā)免疫反應(yīng)，抽取免疫動(dòng)物的全血，從全血中分離血清，分離并純化。從血清中純化抗體，并測(cè)試所得抗體。與單克隆抗體的生產(chǎn)相比，這個(gè)過程更快、更便宜。多克隆抗體可識(shí)別抗原上的多個(gè)表位。

  重組抗體

  重組抗體的生產(chǎn)與單克隆或多克隆抗體的生產(chǎn)有很大不同，但與重組蛋白的生產(chǎn)相似。重組抗體的生產(chǎn)依賴于重組DNA技術(shù)，該技術(shù)涉及利用基因重組將多個(gè)來源的遺傳物質(zhì)匯集在一起，創(chuàng)建基因組中天然不存在的DNA序列，從而生產(chǎn)具有設(shè)計(jì)特性的抗體。

  六、應(yīng)用

  抗體可以高度特異性地結(jié)合獨(dú)特的抗原。特異性是各種實(shí)驗(yàn)方法的支柱?？贵w生產(chǎn)的進(jìn)步使得抗體的高產(chǎn)率生產(chǎn)成為可能。目前，抗體主要應(yīng)用于：

  研究

  抗體用于免疫測(cè)定，例如 ELISA（酶聯(lián)免疫吸附測(cè)定）、WB（蛋白質(zhì)印跡）、IHC（免疫組織化學(xué)）、IF（免疫熒光）、ChIP（染色質(zhì)免疫沉淀）、ICC（免疫細(xì)胞化學(xué)）、FC（流式細(xì)胞術(shù)）、等等。這些方法有助于蛋白質(zhì)的檢測(cè)和表征。此外，抗體還用于純化蛋白質(zhì)，促進(jìn)重組蛋白質(zhì)的生產(chǎn)。

  疾病診斷

  一些免疫測(cè)定也用于診斷目的。通過免疫分析檢測(cè)特定蛋白質(zhì)或抗體有助于確定疾病或感染的存在。例如，建議檢測(cè)是否存在 HCV 抗體，以初步識(shí)別 HCV 感染者。

  抗體治療

  單克隆抗體已成為多種疾病的重要治療方法，例如癌癥、慢性炎癥性疾病、自身免疫性疾病和感染。治療性抗體以多種方式發(fā)揮作用。例如，一些治療性抗體通過與特定分子結(jié)合來刺激患者的免疫系統(tǒng)攻擊患病細(xì)胞，而另一些則阻斷癌細(xì)胞用來逃避免疫攻擊以生存的關(guān)鍵分子。

  總之，抗體是生物體中重要的蛋白質(zhì)保護(hù)基團(tuán)，能夠高度特異性地結(jié)合相應(yīng)的抗原。這些保護(hù)性蛋白質(zhì)是由一組稱為漿細(xì)胞的免疫細(xì)胞產(chǎn)生的。人體內(nèi)有五類主要的抗體，每種抗體都有不同的重鏈和功能。由于抗體和抗原之間的相互作用具有高度特異性，因此抗體可用于多種目的，包括研究、疾病診斷和抗體治療。

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