抗體（Antibody），又稱免疫球蛋白（immunoglobulins ,Ig），是機體免疫細胞被抗原激活后，B細胞分化成熟為漿細胞后所合成、分泌的一類能與相應抗原特異性結合的具有免疫功能的球蛋白。免疫球蛋白是化學結構上的概念，而抗體是生物學功能上的概念，免疫球蛋白并不都具有抗體活性，而所有抗體的化學基礎都是免疫球蛋白。我們要研究抗體，首先需要對抗體的結構有清晰的認識，那么，抗體有哪些基本結構呢？

抗體分子是機體內(nèi)最復雜的分子，它可以特異性地識別各種不同抗原，這個特性決定了抗體一級結構無限的多樣性。

對抗體分子結構的分析發(fā)現(xiàn)，Ig分子的基本結構是由四條多肽鏈組成的。即由兩條相同的相對分子質(zhì)量較大的肽鏈（稱為重鏈，heavy chain，H鏈，相對分子質(zhì)量約為55000或70000）和兩條相同的相對分子質(zhì)量較小的肽鏈（稱為輕鏈，light chain，L鏈，相對分子質(zhì)量約為24000）組成(圖1)。輕鏈與重鏈由二硫鍵連接形成一個稱為Ig分子的四肽鏈分子單體，它是構成免疫球蛋白分子的基本結構。Ig單體中四條肽鏈兩端游離的氨基或羧基的方向是一致的，分別命名為氨基端（N端）和羧基端（C端）。

 
圖1  抗體分子的四肽鏈結構
1. 抗體的重鏈和輕鏈 

每條重鏈內(nèi)部、每條輕鏈內(nèi)部、每一條重鏈與一條輕鏈之間以及兩條重鏈之間都存在二硫鍵；重鏈與輕鏈之間還存在非共價鍵作用，主要是疏水性作用。輕鏈與重鏈都含有一系列重復的、同源性的單元，每一單元大約有110個氨基酸殘基，它們獨立折疊成球狀，稱為球蛋白功能區(qū)（domain）。所有的Ig都含有兩層帶有3~5股反平行的多肽鏈的β折疊。抗體的基本結構如圖2。

圖2  抗體的基本結構

重鏈大約含450~550個氨基酸殘基。每條重鏈含有4~5個鏈內(nèi)二硫鍵所組成的肽環(huán)。由于氨基酸組成的排列順序以及二硫鍵的位置、數(shù)目等的不同，因此不同重鏈的抗原性也不同，根據(jù)重鏈抗原性的不同可將其分為五類，分別以希臘字母γ、α、μ、δ、和ε表示，并以此將免疫球蛋白相應地分為IgG、 IgA、 IgM、IgD和IgE。其中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)。而五類不同的免疫球蛋白可以通過重鏈恒定區(qū)（CH）一段決定了這些免疫球蛋白結構和功能特異性的獨特氨基酸序列來進行區(qū)分（圖3）。

 
圖3  免疫球蛋白的五種類型

輕鏈大小約為重鏈的一半，大約由214個氨基酸殘基組成，通常不含碳水化合物。每條輕鏈含有兩個由鏈內(nèi)二硫鍵所組成的環(huán)肽。輕鏈共有兩型：kappa(κ)與lambda(λ)，同一個天然Ig分子上輕鏈的類型總是相同的。

 
圖4  抗體重鏈和輕鏈具體結構示意圖
2. 可變區(qū)和恒定區(qū) 
(1) 可變區(qū)（variable region，V區(qū)）

位于H鏈靠近N端的1/5或1/4（約含118個氨基酸殘基）和L鏈靠近N端的1/2（約含108~111個氨基酸殘基）區(qū)域。每個V區(qū)中均有一個由鏈內(nèi)二硫鍵連接形成的肽環(huán)，每個肽環(huán)約含67~75個氨基酸殘基。V區(qū)氨基酸的組成和排列決定抗體的抗原結合特異性。由于V區(qū)中氨基酸的種類和排列順序千變?nèi)f化，故可形成許多種具有不同結合抗原特異性的抗體。

L鏈和H鏈的V區(qū)分別稱為VL和VH。在VL和VH中某些局部區(qū)域的氨基酸組成和排列順序具有更高的變化程度，這些區(qū)域稱為超變區(qū)(hypervariable region，HVR)。在V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）。VL中的超變區(qū)有三個，通常分別位于第24~34，89~97位氨基酸殘基。VL和VH的這三個HVR分別稱為HVR1，HVR2和HVR3。經(jīng)X射線結晶衍射的研究分析證明，超變區(qū)確實為抗體抗原結合的地方，因此稱為互補決定區(qū)（complementarity-determining region,CDR）。VL和VH的HVR1，HVR2和HVR3又可分別稱為CDR1，CDR2和CDR3，一般CDR3超變程度更高。超變區(qū)也是Ig分子獨特性決定簇（idiotypic determinants）主要存在的部位。在大多數(shù)情況下H鏈在與抗原結合中起更重要的作用。

 
圖5  可變區(qū)結構圖
（2）恒定區(qū)（constant region，C區(qū)）

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。H鏈每個功能區(qū)約含110多個氨基酸殘基，含有一個由二硫鍵連接的50~60個氨基酸殘基組成的肽環(huán)。這個區(qū)域氨基酸組成和排列在同一種屬動物Ig同型L鏈和同一類H鏈中都比較恒定，如人抗白喉外毒素的抗毒素IgG與人抗破傷風外毒素的抗毒素IgG，它們的V區(qū)不相同，只能與相應的抗原發(fā)生特異性的結合，但其C區(qū)的結構是相同的，即具有相同的抗原性，應用馬抗人IgG第二抗體（或稱抗抗體）均能與這兩種抗不同外毒素的抗體（IgG）發(fā)生結合反應。這是制備第二抗體，應用熒光素、同位素、酶等標記抗體的重要基礎。

3. 抗體分子的功能區(qū) 

在抗體的每個區(qū)域內(nèi)都各有一個鏈內(nèi)二硫鍵，并以此維系折疊成一個個彼此類似的、致密的球形結構，它是抗體的基本結構單位，行使自己獨特的免疫學功能，稱其為“功能區(qū)”或“結構域”。每一個Ig分子的H鏈與L鏈可通過鏈內(nèi)二硫鍵折疊成若干球形功能區(qū)，每一功能區(qū)(domain)約由110個氨基酸組成。在功能區(qū)中氨基酸序列有高度同源性。

（1）L鏈功能區(qū)　分為L鏈可變區(qū)(VL)和L鏈恒定區(qū)(CL)兩功能區(qū)。

（2）H鏈功能區(qū)　IgG、IgA和IgD的H鏈各有一個可變區(qū)(VH)和三個恒定區(qū)(CH1、CH2和CH3)共四個功能區(qū)。IgM和IgE的H鏈各有一個可變區(qū)(VH)和四個恒定區(qū)(CH1、CH2、CH3和CH4)共五個功能區(qū)。如要表示某一類免疫蛋白H鏈恒定區(qū)，可在C(表示恒定區(qū))后加上相應重鏈名稱(希臘字母)和恒定區(qū)的位置(阿拉伯數(shù)字)，例如IgG重鏈CH1、CH2和CH3可分別用Cγ1、Cγ2和Cγ3來表示。

IgL鏈和H鏈中V區(qū)或C區(qū)每個功能區(qū)各形成一個免疫球蛋白折疊(immunoglobulin fold,Ig fold),每個Ig折疊含有兩個大致平行、由二硫連接的β片層結構(betapleated sheets)，每個β片層結構由3至5股反平行的多肽鏈組成?？勺儏^(qū)中的高變區(qū)在Ig折疊的一側形成高變區(qū)環(huán)(hypervariable loops)，是與抗原結合的位置。

4. 抗體分子的酶切片段 
1. 木瓜蛋白酶(papain)酶切片段

木瓜蛋白酶能將IgG分子從鉸鏈區(qū)二硫鍵的N端切斷，得到三個片段，其中兩個完全相同的具有抗原結合能力的片段稱為Fab段（antigen-binding fragment）。另一個不能結合抗原，但能與細胞表面的抗體受體結合，在低溫和低離子強度下容易形成結晶的片段，稱為Fc段。

2. 胃蛋白酶（pepsin）酶切片段

胃蛋白酶能將IgG分子從鉸鏈區(qū)二硫鍵的C端切斷，得到一個大分子片段和若干小分子多肽碎片。其中大分子片段為Fab雙體，具有雙價抗體活性，能與兩個相應的抗原決定簇結合，稱為F（ab'）2 段。小分子多肽碎片無生物活性，稱為pFc'段(圖6)。馬血清抗毒素經(jīng)胃蛋白酶處理后可去除大部分Fc段，降低Ig的免疫原性，給人注射減少過敏反應。

 
圖6  免疫球蛋白的酶切片段

本文主要介紹了抗體分子的基本結構，包括抗體的重鏈和輕鏈，可變區(qū)和恒定區(qū)，抗體的功能區(qū)以及酶切片段等，當然抗體復雜的分子結構還有許多需要去進一步了解和學習的。目前，抗體測序 技術應用越來越廣泛，如安必奇采用世界先進的DASS（Database Assisted Shotgun Sequencing ) 技術，可以對目標抗體進行序列分析，并且可根據(jù)客戶需求定制抗體片段測序，可選擇只測定抗體的輕鏈、重鏈或者可變區(qū)等。安必奇提供的以上介紹希望能讓客戶朋友們對抗體結構有更清晰的認識，同時能更好地理解抗體測序技術，在其他的抗體專題中，安必奇還對抗體抗原的其他知識以及技術進行了闡述。