【原】抗体的结构

一、抗体的基本结构

抗体（单体）是由两条相同的重链（heavy chain, H链）和两条相同的轻链（light chain, L链）通过链间二硫键连接组成的一个四肽链分子。

1.重链和轻链

抗体重链分子量为50～75KD，由450～550个氨基酸残基组成。

根据抗体重链结构组成和抗原性的不同，分为μ、γ、α、δ和 ε五种链，这五种链与轻链组成的抗体分别称为 IgM、IgG、IgA、IgD和IgE。

抗体轻链分子量约为25KD，由214个氨基酸残基组成。

根据轻链结构组成和抗原性的不同，可分为 κ 型和 λ 型。

2.可变区和恒定区

抗体重链近氨基端（N端）1/4或1/5区段内和轻链近 N端1/2区段内，约110个氨基酸残基的组成和排列顺序多变，称为可变区（variable region, V区）；其余近羧基端（C端）的氨基酸残基组成和排列顺序相对稳定，称为恒定区（constant region, C区）。

重链和轻链可变区肽链通过链内二硫键连接折叠各形成一个球形结构域（功能区），分别以VH和VL表示。

重链和轻链恒定区肽链通过链内二硫键连接折叠可形成3个或4个球形结构域（功能区）:

① γ、α和 δ重链恒定区内形成3个功能区，分别用 CH1、CH2和 CH3表示；

② μ和 ε重链恒定区内除有上述3个功能区外，还有一个 CH4功能区；

③轻链恒定区内只有一个功能区，用 CL表示。

3.超变区和互补结合区

重链和轻链可变区结构域中，3个特定区段内的氨基酸组成和排列顺序有更大的变异性称为超变区（hypervariable region, HVR），或高变区，分别以 HVR1、HVR2和 HVR3表示。

上述超变区分别位于重链可变区内第30～36、49～65、95～103位氨基酸以及轻链可变区内第28～35、49～59、92～103位氨基酸区域内。

重链和轻链可变区内3个 HVR共同组成抗体分子的抗原结合部位（antigen binding site），该部位能与相应抗原表位互补结合，故又称互补决定区（complementarity determining region, CDR），分别用CDR1、CDR2和CDR3表示，其中 CDR3变化程度更高。

不同抗体的 CDR序列不同，因此决定了抗体与相应抗原表位结合的高度特异性特征。

4.骨架区和铰链区

抗体可变区中 HVR以外的氨基酸组成和排列顺序相对稳定，称为骨架区（framework region,FR）。

VH和VL内各有4个骨架区，分别用 FR1、FR2、 FR3和 FR4表示。铰链区（hinge region）位于 CH1与 CH2功能区之间，由于该区域富含脯氨酸，故有较好的柔韧性，易于调节抗体与抗原表位之间的结合，也有利于抗体分子补体结合点的暴露。

5类抗体中IgG、IgA和IgD的CH1与 CH2之间有铰链区，IgM和 IgE无铰链区。

铰链区也对蛋白酶敏感，经蛋白酶处理的免疫球蛋白多在此处被切断。

二、抗体的功能区及其主要功能

抗体分子重链或轻链各功能区（VH、CH、VL、CL）氨基酸组成和排列顺序有所不同，但其二级结构相似。以抗体轻链为例，其可变区和恒定区二级结构是由几股多肽链折叠形成的两个反向平行的 b片层（antip—arallel b sheet）通过两者间一个链内二硫键垂直连接形成的一个构象稳定的 “b桶状”（b—barrel）结构。

抗体轻链有 VL和 CL两个功能区；IgG、IgA和 IgD的重链有 VH、CH1、CH2和 CH3四个功能区（图4-3）;IgM和IgE的重链有5个功能区，即比 IgG、IgA和IgD多一个 CH4功能区。

各功能区的主要作用如下：

① VH和 VL中的 HVR（CDR）是与抗原表位特异性结合的区域；

② CH和 CL具有抗体同种异型遗传标志；

③ IgG的 CH2和 IgM的 CH3具有补体 C1q结合点，可参与补体经典途径的激活；

④ IgG的 CH2可介导 IgG通过胎盘；

⑤ IgG的 CH3和 IgE的 CH2/CH3能与具有相应 Fc受体的吞噬细胞、NK细胞、肥大细胞和嗜碱性粒细胞结合，介导产生各种不同的生物学效应。

1.J链（joining chain）

是一条由浆细胞合成的、富含半胱氨酸的多肽链，其主要功能是将某些类别抗体单体分子连接成为二聚体或多聚体。

血液中 IgM是由 IgM单体通过二硫键和 J链连接组成的五聚体；分泌型 IgA（secretory IgA, SIgA）是由两个单体 IgA通过 J链相连，并与分泌片非共价结合组成。IgG、IgD、IgE和血清型 IgA为单体分子，不含 J链。

2.分泌片（secretory piece, SP）

是由黏膜上皮细胞合成分泌的一种糖肽链，又称分泌成分（secretory component,SC）。

分泌片是分泌型 IgA（SIgA）的一个重要组成部分，可介导 IgA二聚体从黏膜下转运至黏膜表面，并保护 SIgA不被蛋白酶水解。

1.木瓜蛋白酶水解片段

木瓜蛋白酶（papain）可在 IgG重链铰链区链间二硫键近氨基端，将其分解为3个片段，即两个完全相同的抗原结合片段（fragment of antigen binding, Fab）和一个可结晶片段（fragment crystallizable, Fc）。

每个 Fab由一条完整的轻链和部分重链（VH和 CH1）组成，该片段单体具有单价抗体活性，与相应抗原结合后不能形成大分子免疫复合物。

Fc是由 Ig断裂后剩余两条重链（包括 CH2和 CH3功能区）通过铰链区链间二硫键连接组成，其中 CH2和 CH3功能区是区别抗体与补体以及效应细胞（吞噬细胞、NK细胞）结合相互作用的主要部位。

IgG同种型抗原表位主要存在于可结晶片段（Fc），用人 IgG免疫动物可获得抗人 IgG Fc特异性抗体，此类抗体又称第二抗体。

2.胃蛋白酶水解片段

胃蛋白酶（pepsin）可在 IgG重链铰链区链间二硫键近羧基端，将其断裂为一个大分子片段和若干小分子片段。

大分子片段是由铰链区链间二硫键连接的两个 Fab组成，故称为 F（ab′）2片段。

该片段具有双价抗体活性，与相应抗原结合后可形成大分子复合物发生凝集或沉淀反应。小分子片段称为 pFc′，无生物学活性。

根据上述酶解特性，用胃蛋白酶水解破伤风抗毒素等抗体制剂，使其具有同种型抗原表位的 Fc裂解，可大大减少临床使用时可能引起的超敏反应。