什么是抗体？从基础知识到实际应用，全面解析

  抗体是一种对我们的健康至关重要的特殊蛋白质。例如，抗体可以帮助我们的身体清除病毒、细菌和寄生虫等病原体，从而保持健康。当提到“抗体”时，常常相应地提到另一个术语“抗原”。但是，抗体到底是什么？什么是抗原？而且，抗体与其他类型蛋白质的区别是什么？上海通蔚生物将遵循由浅入深的原则来回答这些问题。您将全面了解抗体的各个方面，包括其化学性质、与抗原的相互作用、生物学功能、分类、生产和应用。

  一、化学性质

  首先，让我们看一下抗体的化学性质。

  从化学角度来看，抗体（Ab）是由4条多肽链组成的蛋白质，其中包括两条轻链和两条重链。四根链条共同形成“Y”形结构，如图1所示。

  

图1 Y型抗体（Antigen Binding Site 抗原结合位点 heavy chain（重链） light chain （轻链））

  两条重链通过二硫键彼此连接，并且每条重链通过二硫键与轻链连接。每条重链和轻链均由一个可变区 (V) 和一个恒定区 (C) 组成。可变区在每种抗体类型中都是独特的，并且与特定抗原结合。相比之下，同一类的所有抗体分子（IgG、IgM、IgA、IgD 或 IgE）中的恒定区基本上相同。

  Y形的顶部是片段抗原结合区（Fab）。Y形的尾部是碎片可结晶区（Fc）。因此，抗体具有两个抗原结合位点，如图1所示。

  总而言之，抗体是由四个相互结合的部分组成的分子，抗体的 Fab 片段负责与抗原结合。图 1 是一个简单的图像，可帮助您了解抗体的四部分结构。抗体的三维结构更为复杂。

  二、抗原抗体相互作用

  抗原 (Ag) 是一种能够在宿主生物体中诱导免疫反应（产生抗体）的分子。

  抗原通常是蛋白质、肽或多糖。脂质和核酸可以与这些分子结合形成更复杂的抗原。细菌、病毒和其他微生物的部分可以是抗原。当外来抗原进入体内时，它会刺激免疫系统产生抗体。保护性抗体分子帮助身体对抗抗原。

  有时抗原是宿主本身的一部分。这些抗原称为自身抗原。针对自身抗原的抗体被称为自身抗体。一些自身免疫性疾病涉及自身抗原和自身抗体的存在。

  抗体根据抗原的结构和内容识别抗原（通常是蛋白质），并仅与抗原的一小部分（称为表位或抗原决定簇）结合。由于抗体具有独特的抗原结合位点，每种类型的抗体都结合一个独特的表位。简而言之，抗体与特定抗原特异性结合。图2显示了表位和抗体的结构，这将帮助您更好地理解抗原抗体相互作用的特异性。

图2 抗原抗体特异性结合（Antigen(抗原)、Epitope(表位)和Antibody（抗体））

  在自然界中，大多数抗原都有可能被多种抗体结合，如果宿主生物体暴露于抗原，宿主会产生一系列抗体，每个抗体与抗原的单独表位结合，因此这些抗体会有所不同特异性并更有效地对抗抗原。

  抗体与抗原的高度特异性结合是许多有用实验技术的支柱，例如WB、IHC、FC、ELISA、IP等。这些技术广泛应用于科学研究、疾病诊断和其他行业。

  三. 生物学功能

  从生物学角度来看，抗体是免疫系统响应抗原的存在而产生的保护性蛋白质。更具体地说，抗体是由 B 细胞或 B 淋巴细胞（白细胞的一种）发育而来的浆细胞产生的。当 B 细胞因特定抗原而被激活时，它会分化为抗体分泌细胞、浆细胞。浆细胞释放特异性结合相应抗原的抗体。

  抗体在体内具有广泛的功能，依赖于或独立于效应细胞或效应分子。这里有些例子：

  中和作用

  在免疫学中，中和是指抗体阻断病原体（例如病毒、细菌、寄生虫和真菌）的感染性或发病机制的过程。抗体可以特异性地与病原体上的相应抗原结合，使它们不具有传染性。这些抗体称为中和抗体 (NAb)。

  病原体可以在其生命周期的不同阶段被抗体中和。例如，一些抗体已被证明可以固定病原体和/或使其不稳定，干扰病原体附着和进入宿主细胞，促进蛋白酶体降解病原体，抑制病原体在宿主细胞内的复制，或抑制病原体的释放。来自受感染细胞的病原体。

  凝集

  凝集是一种反应，其中抗体与大的、容易沉降的颗粒（例如细胞）表面上的相应抗原结合，并导致这些颗粒形成团块。如上所述，抗体具有两个抗原结合位点。这种性质允许抗体交联特定抗原。因此，涂有抗体的抗原聚集在一起，变得不可移动并且容易被破坏。

  调理作用

  在调理作用中，诸如细菌之类的颗粒将被诸如抗体之类的调理素标记，并通过称为吞噬作用的过程被称为吞噬细胞的免疫细胞靶向破坏。抗体与病原体上的特定抗原结合后，吞噬细胞被病原体吸引。在此过程中，抗体的 Fab 区与抗原结合，而抗体的 Fc 区与吞噬细胞上的 Fc 受体结合，有助于吞噬作用。

  总体而言，抗体以多种方式发挥其功能。简单来说，抗体的生物学功能就是与病原体及其产物结合并促进其排出体外。

  四. 分类

  抗体也称为免疫球蛋白 (Ig)。在人类中，有五种主要类型的抗体，每一类在免疫反应中发挥着独特的作用。这些类别被确定为 IgM、IgG、IgA、IgE 和 IgD，它们的重链恒定区不同，如图 3 所示。

图 3 五种免疫球蛋白 (Ig) 类别

  IgM：在五种 Ig 类别中，IgM 的质量最大，因为它是由五个 Y 形部分组成的五聚体。每个 Y 形部分通过二硫键连接到称为 J 链的连接单元。IgM 是胎儿产生的第一个 Ig，也是对抗原的初级反应中产生的第一个 Ig。

  IgG： IgM 是循环中最丰富的，占血清中所有 Ig 的 75%。IgM 可以穿过血管甚至胎盘，为胎儿提供保护。IgG 也被认为是最通用的，可以执行所有其他 Ig 类别的功能。

  IgA：血清中发现的 IgA 是单体，但分泌物中发现的 IgA 是含有 J 链的二聚体。图3仅显示分泌型IgA。IgA是眼泪、唾液、初乳和粘液等分泌物中Ig的主要类别，是粘膜免疫的重要组成部分。

  IgE： IgE 是最不常见的血清 Ig，因为它与免疫细胞（包括嗜碱性粒细胞和肥大细胞）上的 Fc 受体紧密结合。IgE 主要存在于唾液和粘液中。IgE 的主要功能是在过敏反应期间识别抗原。

  IgD： IgD 主要存在于 B 细胞表面，充当抗原受体并向 B 细胞发出激活信号。迄今为止，对于IgD的功能知之甚少。

  总而言之，五种人类 Ig 类别通过重链类型进行区分，并且它们的功能并不完全相同。

  五. 生产

  抗体的特殊性质使其成为科学研究、疾病诊断和治疗等领域的有用工具。由于抗体的广泛应用，对抗体的需求不断增长。人造抗体主要分为两种类型：单克隆抗体（mAb）和多克隆抗体（pAb）。随着技术的发展，新型的人造抗体出现了；这就是重组抗体（rAb）。

  单克隆抗体

  单克隆抗体的生产主要采用杂交瘤技术，将免疫原（抗原或任何能够引发免疫反应的物质）注射到宿主动物体内引发免疫反应，从脾脏中分离出活化的B细胞，融合分离B细胞与骨髓瘤细胞以产生杂交瘤，筛选杂交瘤上清液以选择能够产生所需抗体的成功杂交瘤，克隆或扩增所选择的杂交瘤以产生更大量的抗体，并纯化和测试抗体。通过这一过程产生的抗体称为单克隆抗体，仅识别抗原上的一个表位。

  多克隆抗体

  多克隆抗体的生产与单克隆抗体不同，还涉及对动物的免疫，具体如下：将免疫原注射到宿主动物体内引发免疫反应，抽取免疫动物的全血，从全血中分离血清，分离并纯化。从血清中纯化抗体，并测试所得抗体。与单克隆抗体的生产相比，这个过程更快、更便宜。多克隆抗体可识别抗原上的多个表位。

  重组抗体

  重组抗体的生产与单克隆或多克隆抗体的生产有很大不同，但与重组蛋白的生产相似。重组抗体的生产依赖于重组DNA技术，该技术涉及利用基因重组将多个来源的遗传物质汇集在一起，创建基因组中天然不存在的DNA序列，从而生产具有设计特性的抗体。

  六、应用

  抗体可以高度特异性地结合独特的抗原。特异性是各种实验方法的支柱。抗体生产的进步使得抗体的高产率生产成为可能。目前，抗体主要应用于：

  研究

  抗体用于免疫测定，例如 ELISA（酶联免疫吸附测定）、WB（蛋白质印迹）、IHC（免疫组织化学）、IF（免疫荧光）、ChIP（染色质免疫沉淀）、ICC（免疫细胞化学）、FC（流式细胞术）、等等。这些方法有助于蛋白质的检测和表征。此外，抗体还用于纯化蛋白质，促进重组蛋白质的生产。

  疾病诊断

  一些免疫测定也用于诊断目的。通过免疫分析检测特定蛋白质或抗体有助于确定疾病或感染的存在。例如，建议检测是否存在 HCV 抗体，以初步识别 HCV 感染者。

  抗体治疗

  单克隆抗体已成为多种疾病的重要治疗方法，例如癌症、慢性炎症性疾病、自身免疫性疾病和感染。治疗性抗体以多种方式发挥作用。例如，一些治疗性抗体通过与特定分子结合来刺激患者的免疫系统攻击患病细胞，而另一些则阻断癌细胞用来逃避免疫攻击以生存的关键分子。

  总之，抗体是生物体中重要的蛋白质保护基团，能够高度特异性地结合相应的抗原。这些保护性蛋白质是由一组称为浆细胞的免疫细胞产生的。人体内有五类主要的抗体，每种抗体都有不同的重链和功能。由于抗体和抗原之间的相互作用具有高度特异性，因此抗体可用于多种目的，包括研究、疾病诊断和抗体治疗。

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