抗體簡介：抗原、表位和抗體

在20世紀上半葉，一系列科學發現解析了抗體介導的免疫是特異性免疫反應的基石。自 20 世紀 70 年代初首次使用抗體作為免疫標示研究工具以來，抗體技術得到了巨大的改進，抗體已經成為生命科學研究中大多數領域的關鍵工具。任何免疫化學技術的基本原理都是，特定的抗體會與其特定的抗原結合，產生專屬的抗體-抗原複合物。在接下來的幾頁中，我們將討論這種結合的本質，以及如何利用這種堅固且特異的結合作為分子標籤來進行研究。

• Antigens
• Epitopes
。
• 抗體子類別

抗原

抗原（antigen）一詞源自於抗體的產生，指的是任何能夠引起免疫反應（例如，產生特定抗體分子）的物質。

一般而言，抗原是透過感染進入宿主體內的外來蛋白質或其片段。然而，在某些情況下，人體自身的蛋白質也可能充當抗原，誘發自身免疫反應。細菌和病毒的表面或內部都含有抗原。

抗原一般具有高分子量，通常是蛋白質或多醣體。多肽、脂質、核酸和許多其他物質也可以作為抗原。如果較小的物質（稱為抗原）與較大的載體蛋白（如牛血清白蛋白、匙孔帽形血藍蛋白 (Keyhole limpet hemocyanin, KLH) 或其他合成基質）化學結合，也可能產生針對這些物質的免疫反應。藥物、單糖、胺基酸、小肽、磷脂或甘油三酸脂等多種分子都可以作為觸媒。因此，只要有足夠的時間，任何外來物質都會被免疫系統識別，並誘發特異性抗體的產生。然而，這種特異性免疫反應變化很大，部分取決於抗原的大小、結構和組成。蛋白質或糖蛋白被認為是最適合的抗原，因為它們能產生強烈的免疫反應；換句話說，它們具有強免疫原性。抗原經由兩個不同的過程被宿主體識別：(1) B 細胞及其表面抗體 (sIgM)；(2) T 細胞上的 T 細胞受體。雖然 B 細胞和 T 細胞都對相同的抗原有反應，但它們對相同分子的不同部分有反應。B 細胞表面的抗體可辨識蛋白質的第三層結構。另一方面，T 細胞需要已被抗原呈現細胞攝取並降解成可辨識片段的抗原。常用的抗原呈递细胞是巨噬细胞和树突状细胞。免疫反應如圖 1 所示。如需更多關於抗體產生的自然過程的詳細資訊，請參考合適的免疫學教科書。

圖 1. 免疫反應。

表位

互補抗體可能特異性結合的抗原上的小位點稱為表位或抗原決定子。這通常是抗原表面的一到六個單糖或五到八個胺基酸殘基。由於抗原分子存在於空間中，抗體識別的表位可能取決於特定三維抗原構象的存在（例如，兩個原生蛋白質環或亞基相互作用形成的獨特位點）。這稱為構象表位。

靶分子（抗原）上可能存在的結合位點範圍非常廣泛，每個潛在的結合位點都有自己的結構特性，這些特性來自共價鍵、離子鍵、親水性和疏水性互作。事實上，這對抗體的選擇和效能有重要的影響。

如果目標分子變性，例如通過固定、還原、pH 值改變或在準備凝膠電泳過程中，表位可能會改變，這可能會影響其與抗體相互作用的能力。

在變性蛋白質中，只有線性表位可能被識別。因此，在使用變性蛋白質的方案中，例如在 Western 印跡中，最好使用可辨識線性表位的抗體。有時，表位位於折疊蛋白質的內部。在免疫沉淀等非变性方案中，抗体无法接触到表位。根據定義，構象表位位於折疊蛋白質的外部。

最理想的情況是，能辨識正常折疊蛋白表面的線性表位的抗體在非變性和變性方案中都能很好地工作。因此，表位可能存在於抗原的原生細胞環境中，也可能只在變性時才暴露。抗原的天然形式可能是細胞質（可溶）、膜結合或分泌。表位的數量、位置和大小取決於抗體製造過程中抗原的呈現程度。

了解目標蛋白、抗體識別的表位、序列保存和技術原理對於做出好的抗體和方案選擇很有價值。實際的表位圖或序列資料儘管有用，但不需要對抗體的特異性有信心。

圖 2. 組成蛋白質的胺基酸。

抗體

抗體的定義是「能夠與在易感動動物體中導致其產生的抗原特異性結合的免疫球蛋白」。抗體是在人體受到外來分子入侵時產生的。抗體簡稱為 Ab，通常被稱為免疫球蛋白或 Ig。人類免疫球蛋白是一組在結構和功能上相似的糖蛋白（82-96% 的蛋白質和 4-18% 的碳水化合物），可產生體液免疫。

結構

抗體以一個或多個 Y 形單元副本的形式存在，由四條多肽鏈組成。每個 Y 包含兩份相同的重鏈和兩份相同的輕鏈，以相對分子量命名。這個 Y 型單元由兩個可變的抗原特異性 F(ab) 臂和固定的 Fc「尾部」組成，前者對於實際的抗原結合至關重要，後者則可結合免疫細胞的 Fc 受體，同時也是在大多數免疫化學程序中操控抗體的有用「把手」。抗體上 F(ab) 區域的數量與其亞類（見下文）相對應，並決定了抗體的效價（粗略地說，抗體可與其抗原結合的 「臂 」的數量）。

圖 3. 抗體結構。

這三個區域可以用蛋白水解酶木瓜蛋白酶裂解成兩個F(ab)和一個Fc片段，或者用胃蛋白酶裂解成兩部分：一個F(ab')2和一個鉸鏈區域的Fc。將 IgG 抗體片段化有時會很有用，因為 F(ab) 片段不會沉澱抗原，而且在活體研究中不會被免疫細胞結合，因為缺乏 Fc 區域。

Class/Subclass	Heavy Chain<	Light Chain	MW (kDa)	功能
IgA1	��1 ��2	�� 或 ��；	150至600	單聚體或四聚體	製造最多的Ig；保護黏膜表面； 耐消化；分泌於牛奶中
IgD	�；�	�� 或 ��	150	單分子	功能不清楚；在B細胞 發育中與IgM一起作用；大部分與B細胞結合
��	�� or ��	190	單體	防寄生蟲；引起過敏反應
��1 �；�2 ��2 ��3 ��4	��；或��	150	單體	血清中的主要 Ig；良好的疏松劑；中度 補體固定器(IgG3)；可穿透胎盤
IgM	�；�	�� 或 ��	900	Pentamer	第一反應抗體；強補體固定器； 良好的疏松劑

抗體子類

抗體可分為五類：IgG、IgM、IgA、IgD 和 IgE，以 Y 單位的數量和重鏈的類型為基礎。IgG、IgM、IgA、IgD 和 IgE 的重鏈分別稱為 g、µ、a、d 和 e。任何抗體的輕鏈都可以分為 kappa（κ）或 lambda（λ）型（基於小的  多肽結構差異）；然而，重鏈決定了每種抗體的亞類。

抗體的亞類在二硫鍵的數量和鉸鏈區的長度上有所不同。

IgA

在血液中，IgA以單體形式低水平存在。它們在黏膜表面最活躍，以二聚體形式存在，提供黏膜表面的主要防禦。黏膜內膜所產生的 IgA 比所有其他類型抗體的總和還要多。其主要功能是作為中和抗體。唾液、淚液和母乳中含有大量的 IgA。人類已知有兩種 IgA 亞型，而小鼠則只有一種。IgA1 可佔血清中總 IgA 的 85%。選擇性 IgA 缺乏症是最常見的免疫缺陷疾病之一，會增加對感染的敏感性。IgA 缺乏常見於自體免疫疾病和過敏性疾病患者。IgA 的半衰期約為 5 天。

IgD

它是一種具有兩個表位結合位點的單體抗體，存在於大多數 B 淋巴細胞表面。它的確切功能仍有爭議，但被認為是 B 細胞活化所需的抗原受體。據報導，IgD 也會與嗜碱性粒細胞和肥大細胞結合，並激活它們產生抗菌因子。它也被認為在消除產生自我反應性自身抗體的 B 淋巴細胞中扮演一定的角色。IgD 也會以分泌型態產生，少量存在於血清中，包含兩條 δ 類重鏈和兩條輕鏈。IgD 的半衰期約為 3 天。

IgE

這組抗體對黏膜表面、血液和組織有效。它是由兩條重鏈（ε鏈）和兩條輕鏈組成的單體。ε鏈包含 4 個 Ig 類常數結構域。在血清中，它的濃度很低，只佔血清抗體總數的 0.002%。大部分 IgE 經由 Fc 區域與肥大細胞和嗜基細胞上的受體緊密結合。IgE 在超敏反應中扮演重要角色，其產生會受到細胞激素的嚴格控制。IgE 的半衰期約為 2 天。

IgG

這是血液中最豐富的抗體類別，佔血清抗體總量的 80%。它以單體形式存在。根據其豐富度，IgG 已經被描述為四個亞類（IgG1>IgG2>IgG3>IgG4），而產生的亞類取決於存在的細胞因子類型。

IgG1和IgG3對吞噬細胞上的Fc受體有很高的親和力，而IgG2對Fc受體的親和力很低，IgG4對Fc受體有中等親和力。IgG1、IgG3 和 IgG4 可穿透胎盤屏障，為新生兒提供保護。IgG 能有效活化補體系統，並利用吞噬細胞上的 Fc 受體進行蛋白質溶解。透過其 Fc 區域，IgG 也能與自然殺傷細胞結合，並參與抗體依賴性細胞毒性。

IgM

這類免疫球蛋白最先在感染時產生，可在 B 細胞的膜上找到，或以漿細胞分泌的 5 個亞單位的大分子形式存在。它也是新生兒合成的第一類免疫球蛋白。表面 IgM 與分泌型的差異在於其 Fc 區域。表面型 IgM 直接以完整膜蛋白的形式結合，而非與 IgM Fc 受體結合。分泌型 IgM 是五聚體分子，其中多種免疫球蛋白以二硫鍵共價連結。這種結構提供了多個結合位點。每個單體由兩條輕鏈（κ 或 λ）和兩條重鏈組成。由於其五聚體的特性，IgM 特別適合活化補體並導致凝集。IgM 的半衰期約為 5 天。

圖 4. 純重鏈抗體。

重鏈鯊魚抗體 (IgNAR) 和重鏈駱駝抗體 (hclgG) 與普通抗體 (IgG) 的比較。重鏈以較深的陰影顯示，輕鏈以較淺的陰影顯示。