抗體（Antibody），又稱免疫球蛋白（immunoglobulins ,Ig），是機體免疫細(xì)胞被抗原激活后，B細(xì)胞分化成熟為漿細(xì)胞后所合成、分泌的一類能與相應(yīng)抗原特異性結(jié)合的具有免疫功能的球蛋白。免疫球蛋白是化學(xué)結(jié)構(gòu)上的概念，而抗體是生物學(xué)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(xué)基礎(chǔ)都是免疫球蛋白。我們要研究抗體，首先需要對抗體的結(jié)構(gòu)有清晰的認(rèn)識，那么，抗體有哪些基本結(jié)構(gòu)呢？

抗體分子是機體內(nèi)最復(fù)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(jié)構(gòu)無限的多樣性。

對抗體分子結(jié)構(gòu)的分析發(fā)現(xiàn)，Ig分子的基本結(jié)構(gòu)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(gòu)成免疫球蛋白分子的基本結(jié)構(gòu)。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(jié)構(gòu)
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(fù)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(jié)構(gòu)如圖2。

圖2  抗體的基本結(jié)構(gòu)

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(yīng)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)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(jié)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(jié)晶衍射的研究分析證明，超變區(qū)確實為抗體抗原結(jié)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(jié)合中起更重要的作用。

 
圖5  可變區(qū)結(jié)構(gòu)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(fēng)外毒素的抗毒素IgG，它們的V區(qū)不相同，只能與相應(yīng)的抗原發(fā)生特異性的結(jié)合，但其C區(qū)的結(jié)構(gòu)是相同的，即具有相同的抗原性，應(yīng)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(jié)合反應(yīng)。這是制備第二抗體，應(yīng)用熒光素、同位素、酶等標(biāo)記抗體的重要基礎(chǔ)。

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(jié)構(gòu)，它是抗體的基本結(jié)構(gòu)單位，行使自己獨特的免疫學(xué)功能，稱其為“功能區(qū)”或“結(jié)構(gòu)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(yīng)重鏈名稱(希臘字母)和恒定區(qū)的位置(阿拉伯?dāng)?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(jié)構(gòu)(betapleated sheets)，每個β片層結(jié)構(gòu)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(cè)形成高變區(qū)環(huán)(hypervariable loops)，是與抗原結(jié)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(jié)合能力的片段稱為Fab段（antigen-binding fragment）。另一個不能結(jié)合抗原，但能與細(xì)胞表面的抗體受體結(jié)合，在低溫和低離子強度下容易形成結(jié)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(yīng)的抗原決定簇結(jié)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(yīng)。

 
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(jié)構(gòu)，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(dāng)然抗體復(fù)雜的分子結(jié)構(gòu)還有許多需要去進一步了解和學(xué)習(xí)的。目前，抗體測序 技術(shù)應(yīng)用越來越廣泛，如安必奇采用世界先進的DASS（Database Assisted Shotgun Sequencing ) 技術(shù)，可以對目標(biāo)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(jié)構(gòu)有更清晰的認(rèn)識，同時能更好地理解抗體測序技術(shù)，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(shù)進行了闡述。