免疫球蛋白Ig由4條多肽鏈通過鏈間和鏈內二硫鍵連接組成:兩條相同的相對分子質量較大的肽鏈(稱為重鏈,heavychain,H鏈,相對分子質量約為55000或70000)和兩條相同的相對分子質量較小的肽鏈(稱為輕鏈,light chain,L鏈,相對分子質量約為24000)組成。讓我們把抗體想象成在人的血液里飄浮著的成千上萬個雙齒的小叉。每個小叉的每個齒都可以黏結一個特定抗原的一個特定部位,這樣一個雙齒叉可以結合兩個同樣的抗原。抗原則可以是外來或病變的蛋白,甚至包括入侵病原體(真菌、細菌、病毒等)的RNA、DNA或多聚糖。

用雙齒叉打比方只是一個簡化的模型。實際上,抗體分子是很有彈性和柔性的,形狀也不是明顯的“Y”形。在電子顯微鏡下它看起來更像三個球堆成的“品”字。抗體是比較大的分子,分子量約在150KD左右,是水分子的8千多倍。它寬約4納米,長約11納米。如果把一個血小板細胞想象成一個西瓜那么大的話,那一個抗體分子只有西瓜籽那么大。                    

1．抗體的類型

抗體重鏈類型直接決定了抗體的類型,哺乳動物抗體重鏈可分為五類,分別以希臘字母γ、α、μ、δ、和ε表示,據(jù)此將抗體相應地分為IgG、 IgA、 IgM、IgD和IgE。α和γ大約含有450個氨基酸,μ和ε約含550個氨基酸;同時μ鏈和ε鏈含有5個肽環(huán),γ鏈、α鏈、δ鏈含有4個肽環(huán)。

--IgG是血清中一種主要的Ig,含量占總Ig的65—75%左右。廣泛分布于組織液中,血管內、外間隙中分布量大體相當。是機體抗感染的一種重要物質。

--IgM是成熟胎兒合成的第一類Ig,也是在感染或免疫后最早產生的Ig,5類Ig中IgM最強,故其細胞毒活性和細胞溶解活性也最強。天然的血型抗體是IgM,有些自身抗體如抗磷脂抗體、RF等也屬于IgM。胎兒臍血中IgM抗體升高,是胎兒遭受感染的標志。

--IgA在血清和組織液中的含量相對較少,血清型IgA含量占總Ig的15—25%,但在外分泌液如初乳、唾液、眼淚、腸道分泌液和支氣管分泌液中含量較高。由于IgA主要存在于外分泌液中,故在第一線抗感染防御中起重要作用。

--IgE為單體結構,是正常人血清中含量最少的Ig。IgE在血清和組織液中含量極微,其主要生物學功能是與組織肥大細胞、嗜堿粒細胞表面的特異受體結合。IgE不能激活補體。IgE含量在正常人群波動較大,在特異性過敏反應和寄生蟲早期感染患者血清中可升高。當變態(tài)反應原與結合在受體上的IgE反應時,可引起肥大細胞、嗜堿粒細胞脫顆粒,釋放出組織胺、5—羥色胺等生物活性物質。

--IgD在正常人血清中IgD濃度很低,幾乎檢測不到。IgD主要存在于人B淋巴細胞表面作為抗原的細胞受體,在血清中IgD含量極微且與膜結合的IgD有不同結構。B細胞上IgD的可變區(qū)與該細胞將分泌的IgG、IgA、IgM的可變區(qū)相同,當抗原與IgD受體結合時,刺激B細胞繁殖、分化、并分泌對抗原特異的其他類抗體

哺乳動物抗體輕鏈大約由211–217個氨基酸殘基組成,共有兩型:kappa(κ)與lambda(λ),同一個天然Ig分子上輕鏈的類型總是相同。但在同一個體內可存在分別帶有κ或λ鏈的抗體分子。不同種屬生物體內兩型輕鏈的比例不同,正常人血清免疫球蛋白κ鏈:λ鏈約為2:1,而在小鼠的比例為20:1。其他低等脊椎動物中存在iota (I)亞型輕鏈,如軟骨魚類和真骨魚類。

2．抗體的結構

2．1可變區(qū)(Variable Region,V區(qū))

抗體小叉與小叉之間在結構上的主要差異是位于齒端的可變區(qū)——這些可變區(qū)決定著抗體的抗原特異性。H鏈可變區(qū)約含118個氨基酸殘基和L鏈可變區(qū)約含108～111個氨基酸殘基�？勺儏^(qū)是抗體結合抗原的位置,其氨基酸的組成和排列決定抗體的抗原結合特異性。可變區(qū)存在一些氨基酸能夠高頻變化組合的區(qū)域,這些區(qū)域稱為超變區(qū)(hypervariable region,HVR),超變區(qū)又稱為互補決定區(qū)(complementarity-determining region, CDR),超變區(qū)決定了抗體的獨特型(抗獨特型抗體表達)。可變區(qū)中非HVR部位的氨基酸組成和排列相對比較保守,稱為骨架區(qū)(framework region,FR區(qū))。VL中的CDR有三個,通常分別位于第24～34,89～97位氨基酸殘基,其中CDR3超變程度更高,抗體的特異性和親和力成熟主要涉及到該區(qū)域的改造。

2．2 恒定區(qū)(Constant Region, C區(qū))

抗體小叉的柄部由一系列氨基酸序列基本不變的區(qū)域組成——我們稱之為恒定區(qū)。恒定區(qū)可以與細胞表面受體或補體系統(tǒng)蛋白相互作用,從而觸發(fā)宿主效應功能(effector function),比如裂解入侵細胞或吞噬外來病原�？贵w恒定區(qū)域位于H鏈靠近C端的3/4或4/5(約從119位氨基酸至C末端) 和L鏈靠近C端的1/2(約含105個氨基酸殘基)區(qū)域�？贵w重鏈恒定區(qū)分為CH1,CH2和CH3,其中CH3區(qū)域涉及到細胞膜表面受體結合,CH2涉及補體激活途徑,是補體結合位點。簡單來說,叉齒負責識別抗原,而叉柄則幫助宿主決定如何處置抗原。

2．3 抗體Fab段和Fc段

IgG經木瓜蛋白酶酶切后裂解為2個完全相同的Fab段和1個Fc段,每個Fab段都為單價,可與抗原結合但不會再發(fā)生凝集反應;經胃蛋白酶酶切后裂解為1個完整F(ab)2片段和碎片化的Fc片段,F(ab’)2片段為雙價,可同時結合兩個抗原表位。Fab段為抗原結合片段(fragment of antigen binding,Fab),相當于抗體分子的兩個臂,由一個完整的輕鏈和重鏈的VH和CH1結構域組成。Fc段為可結晶段(fragmentcrystallizable,Fc)相當于Ig的CH2和CH3結構域,是Ig與效應分子或者細胞相互作用的部位。Fab段包含完整的可變區(qū),以及恒定區(qū)的CH1區(qū)域。Fc段僅指Ig恒定區(qū)CH2和CH3的區(qū)域,相當于Y字結構下面那一部分。

2．4重鏈抗體的結構

駱駝類和軟骨魚類中天然缺失輕鏈的抗體又被稱為重鏈抗體,存在于亞洲的西亞駱駝(Camelusbactrianus)、非洲的單峰駝(C．dromedarius)和南美的大羊駝(Lama glama)、原駝(L．guanicoe)、羊駝(Vicugna pacos)和小羊駝(V．vicugna)等駱駝科中。

1995年又在護士鯊(Ginglymostoma cirratum)、斑紋須鯊(Oretolobus maculatus)、銀鮫等軟骨魚中發(fā)現(xiàn)了無輕鏈或其他蛋白分子伴隨的類似于重鏈抗體的抗原受體(new or nurse shark antigen receptor,NAR)。由于NAR分子與Ig亞型在跨膜和分泌方式等幾個功能特征方面近似,因此也被稱為免疫球蛋白新抗原受體(Ig new antigen receptor,IgNAR)。重鏈抗體具有廣泛應用價值的是單域重鏈抗體(single domainantibody,sdAb)部分。單域重鏈抗體是指僅由重鏈抗體可變區(qū)(Variable region)組成的基因工程抗體,又稱為VHH抗體(variable domain of heavy chain of heavy-chain antibody,VHH antibody)或納米抗體(Nanobody,Nb),分子量為12-15 kD。