第一节
抗体的结构

一、抗体的基本结构

X射线晶体衍射结构分析发现，抗体的基本结构是由两条完全相同的重链和两条完全相同的轻链，通过链间二硫键连接而成的“Y”型结构。每条肽链分别通过链内二硫键连接成不同结构域（图4-1），具有不同的功能，故又称功能区。

（一）四肽链结构

抗体的单体分子由两条完全相同的重链和两条完全相同的轻链通过链间二硫键连接而成。

1．重链（heavy chain，H链） 两条完全相同的H链通过链间二硫键相连。H链分子量为50～75kD，由450～550个氨基酸残基组成。根据H链恒定区的氨基酸残基序列不同分为μ、γ、α、δ和ε五种H链，不同H链的链内二硫键数目和位置、连接寡糖数量、结构域的数目及铰链区长度等方面，均不完全相同。

依据抗体分子H链（μ、γ、α、δ和ε链）不同（即H链恒定区的抗原性不同），将其分为五类（class），依次对应称为IgM、IgG、IgA、IgD和IgE。同一类别抗体，在铰链区氨基酸组成和二硫键数目与位置也可存在差异，据此再分亚类（subclass）。如人IgG可分为IgG1、IgG2、IgG3、IgG4；IgA分为IgA1和IgA2；IgM、IgD、IgE尚未发现有亚类。不同类别抗体具有不同生物学特征（见本章第四节）。

2．轻链（light chain，L链） 两条完全相同的L链通过链间二硫键分别连在H链靠近N端的两侧。L链分子量约25kD，由214个氨基酸残基组成。根据其恒定区的氨基酸残基序列不同分为κ（kappa）链和λ（lambda）链。五类抗体中每类均有κ链或λ链，不同种属抗体带有两型轻链的比例不同，κ与λ比例的异常可反映免疫系统的异常。如正常人血清中κ型和λ型Ig含量之比约为2∶1，λ型过多，提示可能有产生λ链的B细胞肿瘤。

根据抗体分子所带的κ链或λ链恒定区抗原性不同，可将其分型（type）。所有κ链恒定区的结构基本相同，不分亚型；λ链恒定区个别氨基酸残基组成有所差异，可再分为λ1、λ2、λ3和λ4四个亚型（subtype）。两型抗体的功能无差异。

（二）结构域与功能区

抗体分子的每条肽链通过链内二硫键连接成数个环状结构域（domain），构成不同的功能区（domain）。每个结构域约由110个氨基酸残基组成。其序列具有相似性或同源性。二级结构是由多肽链折叠一起形成的两个反向平行的β片层（anti-parallel β sheet），因而形成一个“β桶状结构”（β barrelstructure）或“β三明治”（β sandwich）结构。把抗体肽链的这种折叠方式称为免疫球蛋白折叠（immunoglobulin folding）（图4-2）。

通过分析不同抗原特异性抗体的氨基酸残基序列，位于H链和L链N端的结构域氨基酸残基序列差异很大，故称可变区（variable region，V区），其余的氨基酸序列相对稳定，故称恒定区（constant region，C区）。H链和L链的V区分别称为VH和VL；H链和L链的C区分别称为CH和CL。

1．可变区（V区） H链和L链的V区构成抗体的VH-VL功能区。它是抗体与抗原表位结合的部位。通过比较许多不同抗体V区的氨基酸残基序列，发现VH和VL各有三个区域的氨基酸组成和排列顺序差异性特别大，故将其称为高变区（hypervariable region，HVR），分别用HVR1、HVR2和HVR3表示。V区中HVR之外区域的氨基酸组成和排列顺序相对稳定，称为骨架区（framework region，FR），VH或VL各有四个骨架区，分别用FR1、FR2、FR3和FR4表示（图4-1）。

HVR与抗原的B细胞表位呈互补对称结构，故又将HVR称为互补决定区（complementaritydetermining region，CDR），分别用CDR1、CDR2和CDR3表示。针对不同抗原表位，抗体的CDR序列不同，因此CDR决定了抗体的特异性。

由于组成抗体的两条H链和两条L链完全相同，因此，一个抗体的单体分子含有两个完全相同的抗原结合点，可与2个相同的B细胞表位结合，即抗原结合价为2价。

2．恒定区（C区） 包括由H链CH1和L链CL构成CH1-CL功能区，两条H链的CH2～CH4分别构成CH2、CH3或CH4功能区。IgM、IgE的H链较长，含有CH4区；IgG、IgA和IgD的H链较短，没有CH4区。

抗体与抗原结合后，抗体构型发生改变，暴露其功能区，发挥各种免疫效应。

（三）铰链区

铰链区（hinge region）是位于CH1与CH2之间的区域，含有丰富的脯氨酸，不易形成氢键，但易形成链间二硫键（2～5个），妨碍螺旋结构形成而呈伸展状态，具有相当的柔韧性。它与抗体的变型有关：①在抗体与抗原结合时，通过铰链区变化，使抗体的两个抗原结合部位之间距离尽量达到能同时与两个抗原B细胞表位结合的程度。②抗体与抗原结合后，通过铰链区使抗体结构变型，暴露抗体恒定区的CH2、CH3或CH4功能区，使其发挥效应。

不同抗体的铰链区不尽相同，IgG、IgA、IgD含有铰链区（IgG1、IgG2、IgG4和IgA的铰链区较短，IgG3和IgD的铰链区较长）；IgM和IgE无铰链区。

（四）抗体的水解片段

铰链区易与蛋白酶接近，且对蛋白酶敏感，故易在铰链区发生水解。木瓜蛋白酶、胃蛋白酶等均可水解抗体。

1．木瓜蛋白酶（papain）水解片段 木瓜蛋白酶水解抗体的部位在H链铰链区近N端的链间二硫键上方，裂解后可得到2个完全相同Fab段和1个Fc段（图4-3）。①Fab段即抗原结合片段（fragment antigen binding，Fab）：含有完整的VH-VL区和CH1-CL区结构，仍能与抗原结合，但Fab段的抗原结合价为单价，不能出现凝集反应或沉淀反应。②Fc段即结晶片段（fragment crystallizable，Fc）：含有完整的CH2、CH3或CH4区，无抗原结合活性，理论上可以保留CH2、CH3或CH4区的功能活性。但是Fc段形成后易于结晶而活性丧失。依据木瓜蛋白酶水解片段，定义抗体分子Fab段和Fc段的结构名称。

2．胃蛋白酶（pepsin）水解片段 胃蛋白酶在H链铰链区近N端的链间二硫键下方，裂解后可得到1个仍有链间二硫键连接的F（ab） ₂ '片段和Fc'与若干小分子片段（pFc'）（图4-3）。F（ab） ₂ '片段的抗原结合价为双价，与抗原结合可发生凝集反应和沉淀反应。pFc'段CH2、CH3或CH4区结构被酶破坏，因此失去了相应的生物学活性。

二、抗体的辅助结构

除L链和H链组成的基本结构外，某些类别抗体还含有其他辅助成分，如J链和分泌片（图4-4）。

1．J链（joining chain） J链是由浆细胞合成，富含半胱氨酸的一条多肽链。J链可连接抗体单体形成二聚体、五聚体或多聚体。两个单体IgA由J链连接形成二聚体，五个单体IgM通过J链和二硫键连接形成五聚体。IgG、IgD、IgE为单体，无J链。

2．分泌片（secretory piece，SP） 是二聚体IgA在穿越黏膜上皮细胞过程中，由黏膜上皮细胞合成的含糖肽链，以非共价键形式与IgA二聚体连接，使其成为分泌型IgA（SIgA），并分泌到黏膜表面的外分泌液当中。分泌片的作用：①介导IgA二聚体向黏膜表面主动转运，故又称多聚免疫球蛋白受体（polymeric Ig receptor，pIgR）。②保护SIgA免受黏膜表面的蛋白酶降解。