什么是抗體？從基礎知識到實際應用，全面解析

  抗體是一種對我們的健康至關(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、細菌和寄生蟲等病原體，從而保持健康。當提到“抗體”時，常常相應地提到另一個術(shù)語“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方面，包括其化學性質(zhì)、與抗原的相互作用、生物學功能、分類、生產(chǎn)和應用。

  一、化學性質(zhì)

  首先，讓我們看一下抗體的化學性質(zhì)。

  從化學角度來看，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 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可變區(qū) (V) 和一個恒定區(qū) (C) 組成。可變區(qū)在每種抗體類型中都是獨特的，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，抗體具有兩個抗原結(jié)合位點，如圖1所示。

  總而言之，抗體是由四個相互結(jié)合的部分組成的分子，抗體的 Fab 片段負責與抗原結(jié)合。圖 1 是一個簡單的圖像，可幫助您了解抗體的四部分結(jié)構(gòu)?？贵w的三維結(jié)構(gòu)更為復雜。

  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免疫反應（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)合形成更復雜的抗原。細菌、病毒和其他微生物的部分可以是抗原。當外來抗原進入體內(nèi)時，它會刺激免疫系統(tǒng)產(chǎn)生抗體。保護性抗體分子幫助身體對抗抗原。

  有時抗原是宿主本身的一部分。這些抗原稱為自身抗原。針對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。由于抗體具有獨特的抗原結(jié)合位點，每種類型的抗體都結(jié)合一個獨特的表位。簡而言之，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，宿主會產(chǎn)生一系列抗體，每個抗體與抗原的單獨表位結(jié)合，因此這些抗體會有所不同特異性并更有效地對抗抗原。

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

  三. 生物學功能

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

  抗體在體內(nèi)具有廣泛的功能，依賴于或獨立于效應細胞或效應分子。這里有些例子：

  中和作用

  在免疫學中，中和是指抗體阻斷病原體（例如病毒、細菌、寄生蟲和真菌）的感染性或發(fā)病機制的過程。抗體可以特異性地與病原體上的相應抗原結(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入宿主細胞，促進蛋白酶體降解病原體，抑制病原體在宿主細胞內(nèi)的復制，或抑制病原體的釋放。來自受感染細胞的病原體。

  凝集

  凝集是一種反應，其中抗體與大的、容易沉降的顆粒（例如細胞）表面上的相應抗原結(jié)合，并導致這些顆粒形成團塊。如上所述，抗體具有兩個抗原結(jié)合位點。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，變得不可移動并且容易被破壞。

  調(diào)理作用

  在調(diào)理作用中，諸如細菌之類的顆粒將被諸如抗體之類的調(diào)理素標記，并通過稱為吞噬作用的過程被稱為吞噬細胞的免疫細胞靶向破壞?？贵w與病原體上的特定抗原結(jié)合后，吞噬細胞被病原體吸引。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。簡單來說，抗體的生物學功能就是與病原體及其產(chǎn)物結(jié)合并促進其排出體外。

  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，每一類在免疫反應中發(fā)揮著獨特的作用。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，因為它是由五個 Y 形部分組成的五聚體。每個 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 Ig，也是對抗原的初級反應中產(chǎn)生的第一個 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。IgG 也被認為是最通用的，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，因為它與免疫細胞（包括嗜堿性粒細胞和肥大細胞）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期間識別抗原。

  IgD： IgD 主要存在于 B 細胞表面，充當抗原受體并向 B 細胞發(fā)出激活信號。迄今為止，對于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。由于抗體的廣泛應用，對抗體的需求不斷增長。人造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，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)免疫反應的物質(zhì)）注射到宿主動物體內(nèi)引發(fā)免疫反應，從脾臟中分離出活化的B細胞，融合分離B細胞與骨髓瘤細胞以產(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，克隆或擴增所選擇的雜交瘤以產(chǎn)生更大量的抗體，并純化和測試抗體。通過這一過程產(chǎn)生的抗體稱為單克隆抗體，僅識別抗原上的一個表位。

  多克隆抗體

  多克隆抗體的生產(chǎn)與單克隆抗體不同，還涉及對動物的免疫，具體如下：將免疫原注射到宿主動物體內(nèi)引發(fā)免疫反應，抽取免疫動物的全血，從全血中分離血清，分離并純化。從血清中純化抗體，并測試所得抗體。與單克隆抗體的生產(chǎn)相比，這個過程更快、更便宜。多克隆抗體可識別抗原上的多個表位。

  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)具有設計特性的抗體。

  六、應用

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

  研究

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

  疾病診斷

  一些免疫測定也用于診斷目的。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，建議檢測是否存在 HCV 抗體，以初步識別 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)攻擊患病細胞，而另一些則阻斷癌細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)保護基團，能夠高度特異性地結(jié)合相應的抗原。這些保護性蛋白質(zhì)是由一組稱為漿細胞的免疫細胞產(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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