抗体的类型与功能：从结构到应用

  什么是抗体？抗体是在体液免疫过程中发挥关键作用的蛋白质，当病原细菌或病毒侵入人体时，它们会作为异物进行攻击或消除。它们的生产和释放来自B细胞，它们是参与免疫系统的淋巴细胞，也称为免疫球蛋白。当提到抗体会想到“抗原”术语，那么，究竟什么是抗原？什么是抗体？本身深入浅出为您介绍抗体结构、功能、类型和抗体在生物医学领域的应用。

  1、抗体结构

  2、抗体功能

  3、抗体的类型

  4、抗体在生物医学领域的应用

  1、抗体结构

  抗体由四种多肽组成蛋白质，具有两条相同的轻链和两条相同的重链。这四条链共同形成一个Y型结构，这种结构使抗体分子能够发挥其双重功能：抗原结合和生物活性介导。如图1所示：

  图1为抗体结构（图片来源维基百科）

  每种功能由抗体的不同部分执行：抗原结合片段（Fab片段）和片段可结晶区（Fc区）。

  Fab片段是抗体上与抗原结合的区域。它由重链和轻链各一个恒定结构域和一个可变结构域组成。这些结构域在单体的氨基末端形成互补位（抗原结合位点）。

  Fc区是抗体的尾部区域，可与称为Fc受体的细胞表面受体和补体系统的一些蛋白质相互作用。这种特性允许抗体激活免疫系统。免疫球蛋白G的Fc区具有高度保守的N-糖基化位点。

  2、抗体功能

  术语“抗原”源自抗体生成，指能够引发免疫反应（例如，产生特定抗体分子）的任何物质。根据定义，抗原（Ag）能够与其存在时形成的特异性抗体结合。抗原通常具有高分子量，并且通常是蛋白质或多糖。多肽、脂质、核酸和许多其他材料也可以充当抗原。

  抗原结合：抗体通过其可变区与抗原上的特定区域（抗原决定簇）结合，形成抗原-抗体复合物。这种特异性结合就像一把钥匙对应一把锁，确保抗体能够精确地识别并结合特定的抗原。

  抗体结合抗原后，会触发一系列的效应功能，旨在消除或中和抗原。这些效应功能包括：

  激活补体系统：补体系统是一组在血液中循环的蛋白质，它们可以被抗原-抗体复合物激活，从而导致一系列的免疫反应，包括炎症反应、吞噬作用和细胞裂解等。

  促进吞噬作用：抗体可以作为吞噬细胞（如巨噬细胞和中性粒细胞）的“标签”，帮助它们识别和吞噬抗原。

  抗体依赖性细胞介导的细胞毒性(ADCC)：抗体可以与自然杀伤细胞(NK细胞)结合，引导它们杀死被抗体标记的靶细胞。

  中和毒素和病毒：抗体可以结合毒素和病毒，阻止它们与细胞结合或进入细胞，从而中和它们的毒性。

  抗体对抗原的高度特异性结合是许多有用的实验技术的基础，例如免疫印迹（WB）、免疫组织化学（IHC）、流式细胞术（FC）、酶联免疫吸附试验（ELISA）、免疫沉淀（IP）等。这些技术在科学研究、疾病诊断和其他行业中被广泛应用。

  3、抗体的类型

  血清中有五类免疫球蛋白抗体分子：IgG、IgM、IgA、IgE和IgD。它们通过所含重链的类型来区分。

图2 免疫球蛋白的五种类型

  免疫球蛋白G(IgG)抗体是由4条肽链组成的分子量约为150kDa的大球蛋白。它含有两条约50kDa的相同γ(gamma)重链和两条约25kDa的相同轻链，因此是四聚体四级结构。

  IgG抗体的结构和功能

  IgG可提供长期保护，因为在触发其产生的抗原出现后，它仍能持续数月甚至数年。IgG可防御细菌、病毒，中和细菌毒素，触发补体蛋白系统并结合抗原以增强吞噬作用的有效性。

  IgM抗体的结构和功能

  免疫球蛋白M(IgM)抗体由5或6个单元构成（即大部分为五聚体，但也有六聚体），每个单元由两条重链（μ链）和两条轻链组成，通过二硫键和硫键结合在一起。-称为J链。

  IgM参与红细胞表面的ABO血型抗原。IgM通过吞噬作用增强细胞的摄取。

  IgA抗体的结构和功能

  免疫球蛋白A(IgA)抗体由重链(H)和轻链(L)组成。每条H链均由恒定区（Cα1、Cα2、Cα3）、铰链区和可变(V)区组成。轻链由CL和Vκ或Vλ元件组成。

  IgA的主要功能是在微生物侵入组织之前与微生物上的抗原结合。它聚集抗原并将其保留在分泌物中，因此当分泌物被排出时，抗原也被排出。IgA也是肠、鼻和肺等粘膜表面的第一道防御。

  IgE抗体的结构和功能

  免疫球蛋白E(IgE)抗体仅在哺乳动物中发现。IgE由浆细胞合成。IgE单体由两条重链（ε链）和两条轻链组成，ε链包含4个Ig样恒定结构域（Cε1-Cε4）。

  IgE与参与免疫反应的肥大细胞和嗜碱性粒细胞结合。一些科学家认为IgE的作用是阻止寄生虫。

  IgD抗体的结构和功能

  免疫球蛋白D(IgD)抗体在未成熟B淋巴细胞的质膜中表达。IgD也以分泌形式产生，在血清中存在少量。IgD在诱导抗体产生中发挥作用。

  抗体在生物医学领域的应用

  抗体具有高特异性和敏感性的试剂，使其成为许多研究应用中非常有用的工具。抗体在不同领域的广泛应用中是不可或缺的，包括：

  抗体在医学中的应用——抗体用于医学诊断、免疫缺陷和某些类型癌症的治疗以及产前治疗，特别是为了最大限度地降低新生儿溶血病的风险。

  抗体在生物医学研究中的应用——抗体卓越的敏感性和特异性使其在生物医学研究应用中非常有价值。抗体是蛋白质印迹、酶联免疫吸附测定(ELISA)、免疫沉淀测定、免疫组织化学和免疫细胞化学的关键组成部分。

  抗体的体内应用——在免疫学研究中，抗体在体内用于中和细胞表面受体，以促进与可溶性因子的结合。它们还可在体内用于减少特定细胞以进行功能分析。

  抗体在流式细胞术中的应用——在流式细胞术中，抗体广泛用于细胞内分析。