单克隆抗体结构详解

抗体,也叫免疫球蛋白 (Ig),是一种能特异性结合抗原的糖蛋白。

常规的抗体制备是通过动物免疫并采集抗血清的方法产生的，因而抗血清通常含有针对其他无关抗原的抗体和血清中其他蛋白质成分。一般的抗原分子大多含有多个不同的抗原决定簇，所以常规抗体也是针对多个不同抗原决定簇抗体的混合物。即使是针对同一抗原决定簇的常规血清抗体，仍是由不同B细胞克隆产生的异质的抗体组成。因而，常规血清抗体又称多克隆抗体（polyclonal antibody），简称多抗。

单克隆抗体（monoclonal antibody）是由单一B细胞克隆产生的高度均一、仅针对某一特定抗原表位的抗体。通常采用杂交瘤（hybridoma）技术来制备——杂交瘤抗体技术是在细胞融合技术的基础上，将具有分泌特异性抗体能力的B细胞和具有无限生长能力的骨髓瘤细胞融合为B细胞杂交瘤。这种杂交瘤细胞具有双亲细胞的特征，既像骨髓瘤细胞一样在体外培养中能无限地快速增殖且永生不死，又能像脾淋巴细胞那样合成和分泌特异性抗体。通过克隆化可得到来自单个杂交瘤细胞的单克隆系，即杂交瘤细胞系，它所产生的抗体是针对同一抗原决定簇的高度同质的抗体，即单抗。

抗体以一个或者多个 Y 字形单体存在（即单抗或多抗）,每个 Y 字形单体由 4 条多肽链组成,包含两条相同的重链和两条相同的轻 链。轻链和重链是根据它们的分子量大小来命名的。Y 字形结构的顶端是可变区,为抗原结合部位。

抗体结构

重链

哺乳动物 Ig 的重链一共有五种,分别用希腊字母α、δ、ε、γ和 μ 来命名,相对应组成的抗体就称为 IgA、IgD、IgE、IgG 和 IgM 五种抗 体。不同的重链在大小和组成上有所区别,α和γ包含大约 450 个氨基酸,而 μ 和ε则有大约 550 个氨基酸。

每个重链有两个区:恒定区和可变区。所有同一型的抗体其恒定区都是相同的,不同型的抗体之间则存在差异。重链γ、α和δ的恒定区的 组成为 3 个前后串联的 Ig 结构域,并有一个铰链区增加它的灵活性;重链 μ 和ε的恒定区则由 4 个 Ig 结构域组成。不同 B 细胞产生的抗体 其重链的可变区不同,但同一种 B 细胞或细胞克隆产生的抗体其可变区则是相同的,每一个重链的可变区都是大约 110 个氨基酸长度,并组 成一个单独的 Ig 结构域。

轻链

哺乳动物只有两种轻链:λ型和κ型,每条轻链有两个前后相连的结构域:一个恒定区和一个可变区。轻链的长度大约为 211~217 个氨基酸, 每个抗体包含的两条轻链总是相同的,对哺乳动物来说每一个抗体中的轻链只有一个型:κ或λ型。在一些低等的脊椎动物中,像软骨鱼类 (软骨鱼)和硬骨鱼类体内也会发现其他型的轻链如ι(iota) 型。

Fab和Fc段

Fc 段可以直接结合酶或荧光染料来标记抗体,是在 ELISA 过程中抗体铆钉在板上的部位,也是在免疫沉淀、免疫印迹和免疫组化中识别并结 合二抗的部位。抗体可以被蛋白水解酶如木瓜蛋白酶水解成 2 个 F(ab) 段和一个 Fc 段,或者被胃蛋白酶从铰链区断开,水解成一个 F(ab)2 段 和一个 Fc 段。IgG 抗体片段有时是非常有用的,由于缺少 Fc 段,F(ab) 段即不会和抗原发生沉淀,也不会在活体研究中被免疫细胞捕获。因 为分子片段较小,且缺乏交联功能(由于 Fc 段的缺失),Fab 段通常用于功能性研究中的放射性标记,Fc 段则主要用做组化染色中的阻断剂。

可变区与恒定区

可变区（V区）位于H链靠近N端的1/5或1/4（约含118个氨基酸残基）和L链靠近N端的1/2（约含108~111个氨基酸残基）区域。每个V区中均有一个由链内二硫键连接形成的肽环，每个肽环约含67~75个氨基酸残基。V区氨基酸的组成和排列决定抗体的抗原结合特异性。由于V区中氨基酸的种类和排列顺序千变万化，故可形成许多种具有不同结合抗原特异性的抗体。 L链和H链的V区分别称为VL和VH。在VL和VH中某些局部区域的氨基酸组成和排列顺序具有更高的变化程度，这些区域称为超变区(hypervariable region，HVR)。在V区中非HVR部位的氨基酸组成和排列相对比较保守，称为骨架区（framework region）。VL中的超变区有三个，通常分别位于第24~34，89~97位氨基酸残基。VL和VH的这三个HVR分别称为HVR1，HVR2和HVR3。经X射线结晶衍射的研究分析证明，超变区确实为抗体抗原结合的地方，因此称为互补决定区（complementarity-determining region,CDR）。VL和VH的HVR1，HVR2和HVR3又可分别称为CDR1，CDR2和CDR3，一般CDR3超变程度更高。超变区也是Ig分子独特性决定簇（idiotypic determinants）主要存在的部位。在大多数情况下H链在与抗原结合中起更重要的作用。

恒定区（C区）位于H链靠近C端的3/4或4/5(约从119位氨基酸至C末端) 和L链靠近C端的1/2(约含105个氨基酸残基)区域。H链每个功能区约含110多个氨基酸残基，含有一个由二硫键连接的50~60个氨基酸残基组成的肽环。这个区域氨基酸组成和排列在同一种属动物Ig同型L链和同一类H链中都比较恒定，如人抗白喉外毒素的抗毒素IgG与人抗破伤风外毒素的抗毒素IgG，它们的V区不相同，只能与相应的抗原发生特异性的结合，但其C区的结构是相同的，即具有相同的抗原性，应用马抗人IgG第二抗体（或称抗抗体）均能与这两种抗不同外毒素的抗体（IgG）发生结合反应。这是制备第二抗体，应用荧光素、同位素、酶等标记抗体的重要基础。