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什么是抗體?從基礎(chǔ)知識到實際應(yīng)用,全面解析

發(fā)布時間:2024-03-01     發(fā)布作者:通蔚生物

  抗體是一種對我們的健康至關(guān)重要的特殊蛋白質(zhì)。例如,抗體可以幫助我們的身體清除病毒、細菌和寄生蟲等病原體,從而保持健康。當(dāng)提到“抗體”時,常常相應(yīng)地提到另一個術(shù)語“抗原”。但是,抗體到底是什么?什么是抗原?而且,抗體與其他類型蛋白質(zhì)的區(qū)別是什么?上海通蔚生物將遵循由淺入深的原則來回答這些問題。您將全面了解抗體的各個方面,包括其化學(xué)性質(zhì)、與抗原的相互作用、生物學(xué)功能、分類、生產(chǎn)和應(yīng)用。


  一、化學(xué)性質(zhì)


  首先,讓我們看一下抗體的化學(xué)性質(zhì)。


  從化學(xué)角度來看,抗體(Ab)是由4條多肽鏈組成的蛋白質(zhì),其中包括兩條輕鏈和兩條重鏈。四根鏈條共同形成“Y”形結(jié)構(gòu),如圖1所示。


  

圖1 Y型抗體(Antigen Binding Site 抗原結(jié)合位點 heavy chain(重鏈) light chain (輕鏈))


  兩條重鏈通過二硫鍵彼此連接,并且每條重鏈通過二硫鍵與輕鏈連接。每條重鏈和輕鏈均由一個可變區(qū) (V) 和一個恒定區(qū) (C) 組成。可變區(qū)在每種抗體類型中都是獨特的,并且與特定抗原結(jié)合。相比之下,同一類的所有抗體分子(IgGIgMIgAIgD IgE)中的恒定區(qū)基本上相同。


  Y形的頂部是片段抗原結(jié)合區(qū)(Fab)。Y形的尾部是碎片可結(jié)晶區(qū)(Fc)。因此,抗體具有兩個抗原結(jié)合位點,如圖1所示。


  總而言之,抗體是由四個相互結(jié)合的部分組成的分子,抗體的 Fab 片段負責(zé)與抗原結(jié)合。圖 1 是一個簡單的圖像,可幫助您了解抗體的四部分結(jié)構(gòu)。抗體的三維結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜。


  二、抗原抗體相互作用


  抗原 (Ag) 是一種能夠在宿主生物體中誘導(dǎo)免疫反應(yīng)(產(chǎn)生抗體)的分子。


  抗原通常是蛋白質(zhì)、肽或多糖。脂質(zhì)和核酸可以與這些分子結(jié)合形成更復(fù)雜的抗原。細菌、病毒和其他微生物的部分可以是抗原。當(dāng)外來抗原進入體內(nèi)時,它會刺激免疫系統(tǒng)產(chǎn)生抗體。保護性抗體分子幫助身體對抗抗原。


  有時抗原是宿主本身的一部分。這些抗原稱為自身抗原。針對自身抗原的抗體被稱為自身抗體。一些自身免疫性疾病涉及自身抗原和自身抗體的存在。


  抗體根據(jù)抗原的結(jié)構(gòu)和內(nèi)容識別抗原(通常是蛋白質(zhì)),并僅與抗原的一小部分(稱為表位或抗原決定簇)結(jié)合。由于抗體具有獨特的抗原結(jié)合位點,每種類型的抗體都結(jié)合一個獨特的表位。簡而言之,抗體與特定抗原特異性結(jié)合。圖2顯示了表位和抗體的結(jié)構(gòu),這將幫助您更好地理解抗原抗體相互作用的特異性。

圖2 抗原抗體特異性結(jié)合(Antigen(抗原)、Epitope(表位)和Antibody(抗體))


  在自然界中,大多數(shù)抗原都有可能被多種抗體結(jié)合,如果宿主生物體暴露于抗原,宿主會產(chǎn)生一系列抗體,每個抗體與抗原的單獨表位結(jié)合,因此這些抗體會有所不同特異性并更有效地對抗抗原。


  抗體與抗原的高度特異性結(jié)合是許多有用實驗技術(shù)的支柱,例如WBIHCFCELISAIP等。這些技術(shù)廣泛應(yīng)用于科學(xué)研究、疾病診斷和其他行業(yè)。


  三. 生物學(xué)功能


  從生物學(xué)角度來看,抗體是免疫系統(tǒng)響應(yīng)抗原的存在而產(chǎn)生的保護性蛋白質(zhì)。更具體地說,抗體是由 B 細胞或 B 淋巴細胞(白細胞的一種)發(fā)育而來的漿細胞產(chǎn)生的。當(dāng) B 細胞因特定抗原而被激活時,它會分化為抗體分泌細胞、漿細胞。漿細胞釋放特異性結(jié)合相應(yīng)抗原的抗體。


  抗體在體內(nèi)具有廣泛的功能,依賴于或獨立于效應(yīng)細胞或效應(yīng)分子。這里有些例子:


  中和作用


  在免疫學(xué)中,中和是指抗體阻斷病原體(例如病毒、細菌、寄生蟲和真菌)的感染性或發(fā)病機制的過程。抗體可以特異性地與病原體上的相應(yīng)抗原結(jié)合,使它們不具有傳染性。這些抗體稱為中和抗體 (NAb)


  病原體可以在其生命周期的不同階段被抗體中和。例如,一些抗體已被證明可以固定病原體和/或使其不穩(wěn)定,干擾病原體附著和進入宿主細胞,促進蛋白酶體降解病原體,抑制病原體在宿主細胞內(nèi)的復(fù)制,或抑制病原體的釋放。來自受感染細胞的病原體。


 凝集


  凝集是一種反應(yīng),其中抗體與大的、容易沉降的顆粒(例如細胞)表面上的相應(yīng)抗原結(jié)合,并導(dǎo)致這些顆粒形成團塊。如上所述,抗體具有兩個抗原結(jié)合位點。這種性質(zhì)允許抗體交聯(lián)特定抗原。因此,涂有抗體的抗原聚集在一起,變得不可移動并且容易被破壞。


  調(diào)理作用


  在調(diào)理作用中,諸如細菌之類的顆粒將被諸如抗體之類的調(diào)理素標(biāo)記,并通過稱為吞噬作用的過程被稱為吞噬細胞的免疫細胞靶向破壞。抗體與病原體上的特定抗原結(jié)合后,吞噬細胞被病原體吸引。在此過程中,抗體的 Fab 區(qū)與抗原結(jié)合,而抗體的 Fc 區(qū)與吞噬細胞上的 Fc 受體結(jié)合,有助于吞噬作用。


  總體而言,抗體以多種方式發(fā)揮其功能。簡單來說,抗體的生物學(xué)功能就是與病原體及其產(chǎn)物結(jié)合并促進其排出體外。


  四. 分類


  抗體也稱為免疫球蛋白 (Ig)。在人類中,有五種主要類型的抗體,每一類在免疫反應(yīng)中發(fā)揮著獨特的作用。這些類別被確定為 IgMIgGIgAIgE IgD,它們的重鏈恒定區(qū)不同,如圖 3 所示。

圖 3 五種免疫球蛋白 (Ig) 類別

  IgM:在五種 Ig 類別中,IgM 的質(zhì)量最大,因為它是由五個 Y 形部分組成的五聚體。每個 Y 形部分通過二硫鍵連接到稱為 J 鏈的連接單元。IgM 是胎兒產(chǎn)生的第一個 Ig,也是對抗原的初級反應(yīng)中產(chǎn)生的第一個 Ig


  IgG IgM 是循環(huán)中最豐富的,占血清中所有 Ig 75%IgM 可以穿過血管甚至胎盤,為胎兒提供保護。IgG 也被認為是最通用的,可以執(zhí)行所有其他 Ig 類別的功能。


  IgA:血清中發(fā)現(xiàn)的 IgA 是單體,但分泌物中發(fā)現(xiàn)的 IgA 是含有 J 鏈的二聚體。圖3僅顯示分泌型IgAIgA是眼淚、唾液、初乳和粘液等分泌物中Ig的主要類別,是粘膜免疫的重要組成部分。


  IgE IgE 是最不常見的血清 Ig,因為它與免疫細胞(包括嗜堿性粒細胞和肥大細胞)上的 Fc 受體緊密結(jié)合。IgE 主要存在于唾液和粘液中。IgE 的主要功能是在過敏反應(yīng)期間識別抗原。


  IgD IgD 主要存在于 B 細胞表面,充當(dāng)抗原受體并向 B 細胞發(fā)出激活信號。迄今為止,對于IgD的功能知之甚少。


  總而言之,五種人類 Ig 類別通過重鏈類型進行區(qū)分,并且它們的功能并不完全相同。


  五. 生產(chǎn)


  抗體的特殊性質(zhì)使其成為科學(xué)研究、疾病診斷和治療等領(lǐng)域的有用工具。由于抗體的廣泛應(yīng)用,對抗體的需求不斷增長。人造抗體主要分為兩種類型:單克隆抗體(mAb)和多克隆抗體(pAb)。隨著技術(shù)的發(fā)展,新型的人造抗體出現(xiàn)了;這就是重組抗體(rAb)。


  單克隆抗體


  單克隆抗體的生產(chǎn)主要采用雜交瘤技術(shù),將免疫原(抗原或任何能夠引發(fā)免疫反應(yīng)的物質(zhì))注射到宿主動物體內(nèi)引發(fā)免疫反應(yīng),從脾臟中分離出活化的B細胞,融合分離B細胞與骨髓瘤細胞以產(chǎn)生雜交瘤,篩選雜交瘤上清液以選擇能夠產(chǎn)生所需抗體的成功雜交瘤,克隆或擴增所選擇的雜交瘤以產(chǎn)生更大量的抗體,并純化和測試抗體。通過這一過程產(chǎn)生的抗體稱為單克隆抗體,僅識別抗原上的一個表位。


  多克隆抗體


  多克隆抗體的生產(chǎn)與單克隆抗體不同,還涉及對動物的免疫,具體如下:將免疫原注射到宿主動物體內(nèi)引發(fā)免疫反應(yīng),抽取免疫動物的全血,從全血中分離血清,分離并純化。從血清中純化抗體,并測試所得抗體。與單克隆抗體的生產(chǎn)相比,這個過程更快、更便宜。多克隆抗體可識別抗原上的多個表位。


  重組抗體


  重組抗體的生產(chǎn)與單克隆或多克隆抗體的生產(chǎn)有很大不同,但與重組蛋白的生產(chǎn)相似。重組抗體的生產(chǎn)依賴于重組DNA技術(shù),該技術(shù)涉及利用基因重組將多個來源的遺傳物質(zhì)匯集在一起,創(chuàng)建基因組中天然不存在的DNA序列,從而生產(chǎn)具有設(shè)計特性的抗體。


  六、應(yīng)用


  抗體可以高度特異性地結(jié)合獨特的抗原。特異性是各種實驗方法的支柱。抗體生產(chǎn)的進步使得抗體的高產(chǎn)率生產(chǎn)成為可能。目前,抗體主要應(yīng)用于:


  研究


  抗體用于免疫測定,例如 ELISA(酶聯(lián)免疫吸附測定)、WB(蛋白質(zhì)印跡)、IHC(免疫組織化學(xué))、IF(免疫熒光)、ChIP(染色質(zhì)免疫沉淀)、ICC(免疫細胞化學(xué))、FC(流式細胞術(shù))、等等。這些方法有助于蛋白質(zhì)的檢測和表征。此外,抗體還用于純化蛋白質(zhì),促進重組蛋白質(zhì)的生產(chǎn)。


  疾病診斷


  一些免疫測定也用于診斷目的。通過免疫分析檢測特定蛋白質(zhì)或抗體有助于確定疾病或感染的存在。例如,建議檢測是否存在 HCV 抗體,以初步識別 HCV 感染者。


  抗體治療


  單克隆抗體已成為多種疾病的重要治療方法,例如癌癥、慢性炎癥性疾病、自身免疫性疾病和感染。治療性抗體以多種方式發(fā)揮作用。例如,一些治療性抗體通過與特定分子結(jié)合來刺激患者的免疫系統(tǒng)攻擊患病細胞,而另一些則阻斷癌細胞用來逃避免疫攻擊以生存的關(guān)鍵分子。


  總之,抗體是生物體中重要的蛋白質(zhì)保護基團,能夠高度特異性地結(jié)合相應(yīng)的抗原。這些保護性蛋白質(zhì)是由一組稱為漿細胞的免疫細胞產(chǎn)生的。人體內(nèi)有五類主要的抗體,每種抗體都有不同的重鏈和功能。由于抗體和抗原之間的相互作用具有高度特異性,因此抗體可用于多種目的,包括研究、疾病診斷和抗體治療。


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