抗體(Antibody)這個詞首次出現(xiàn)在保羅·埃爾利希1891年10月公布的《免疫力的試驗性研究》這篇文章中,德語的抗體“Antik?rper”出現(xiàn)在該文章的結(jié)論部分。其中指出了“如果兩種物質(zhì)導(dǎo)致兩種不同抗體的產(chǎn)生,那么這兩種物質(zhì)必然是不同的”。然而這一術(shù)語并沒有立即被接受,還有被建議使用的其它幾個術(shù)語,如:免疫體(Immunk?rper)、介體受體(Amboceptor)、介體(Zwischenk?rper)、物質(zhì)敏感體(substance sensibilisatrice)、連接體(copula)、德氏體(Desmon)、白細胞素(philocytase)、介體固定體(fixateur)以及免疫素(Immunisin)等。抗體和抗毒素(Antitoxin)字面結(jié)構(gòu)相似,概念則和免疫體(Immunk?rper)類似。
根據(jù)E. Padlan公布的抗體結(jié)構(gòu)圖,朱利·安沃斯-安德烈*為斯克里普斯研究所佛羅里達分部創(chuàng)作了雕塑《西方天使》(2008年)塑像仿照列奧納多·達·芬奇的維特魯威人,將抗體放置到一個圓環(huán)的中間,寓意其對于人類的重要意義。
針對抗體的研究始于1890年,埃米爾·阿道夫·馮·貝林及北里柴三郎首次描述了抗體對白喉及破傷風(fēng)痙攣毒素的抵抗作用。他們兩人將體液免疫理論往前推進了一步,提出了血清中存在一種可以與外來抗原相反應(yīng)的某種介質(zhì)的假設(shè)。保羅·埃爾利希受到了他們的這一想法的啟發(fā),于1897年提出了抗體與抗原互動的側(cè)鏈理論假說。他假設(shè)道,在細胞的表面存在能和特定毒素發(fā)生一把鑰匙對應(yīng)一把鎖類似的特異結(jié)合作用的感受器,而結(jié)合反應(yīng)則會進一步導(dǎo)致相關(guān)抗體的生產(chǎn)。其他研究人員在之后的研究中認為,抗體可以在血液中穩(wěn)定獨立存在。在1904年,奧姆羅斯·萊特進一步提出通過可溶性抗體在細菌的表面包裹標(biāo)識,使其成為吞噬作用的目標(biāo),并最終被消滅。這一過程被他命名為調(diào)理作用。
到了二十世紀(jì)二十年代,邁克爾·海德堡和奧斯瓦爾德·埃弗里觀察到抗原可以被抗體所凝結(jié),并進一步發(fā)現(xiàn)抗體是一種蛋白質(zhì)。在三十年代,約翰·馬拉克對抗原-抗體結(jié)合活動的生物化學(xué)性質(zhì)做了更詳盡的實驗。接下來的一次重大突破發(fā)生在四十年代,萊納斯·鮑林通過抗體抗原的互動能力取決于各自的形狀而不是其化學(xué)成分,證明了埃爾利希所提出的一把鑰匙配一把鎖的免疫學(xué)理論。1948年,阿斯特麗德·法戈瑞奧司發(fā)現(xiàn)B細胞的其中一種形式漿細胞就是負責(zé)生產(chǎn)抗體的工廠。
此后,研究工作的重點轉(zhuǎn)向了識別抗體蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)中各部分的作用。二十世紀(jì)六十年代,杰拉爾德·埃德爾曼和約瑟夫·蓋里發(fā)現(xiàn)了抗體的輕鏈,并且發(fā)現(xiàn)這和1845年由亨利·本冊·瓊斯所發(fā)現(xiàn)的本周氏蛋白質(zhì)是同一種物質(zhì),這是一項重大的突破。緊接著,埃德爾曼在進一步發(fā)現(xiàn)抗體中的重鏈和輕鏈?zhǔn)怯呻p硫鍵連接在一起的。與此同時,羅德尼·羅伯特·波特識別出了免疫球蛋白的抗體結(jié)合區(qū)(Fab)及抗體尾部的可結(jié)晶區(qū)。根據(jù)這些發(fā)現(xiàn),科學(xué)家們對免疫球蛋白的結(jié)構(gòu)進行了推測,并描述了IgG蛋白質(zhì)的完整氨基酸序列。
抗體,又稱為免疫球蛋白(immunoglobulin,簡稱Ig),是一種主要由漿細胞分泌,被免疫系統(tǒng)用來鑒別與中和外來物質(zhì)如細菌、病毒等病原體的大型Y形蛋白質(zhì),僅被發(fā)現(xiàn)存在于脊椎動物的血液等體液中,及其B細胞的細胞膜表面。抗體能通過其可變區(qū)唯一識別特定外來物的一個獨特特征,該外來目標(biāo)被稱為抗原(Antigen)。蛋白上Y形的其中兩個分叉頂端都有一被稱為互補位(抗原結(jié)合位)的鎖狀結(jié)構(gòu),該結(jié)構(gòu)僅針對一種特定的抗原表位。這就像一把鑰匙只能開一把鎖一般,使得一種抗體僅能和其中一種抗原相結(jié)合。 抗體和抗原的結(jié)合完全依靠非共價鍵的相互作用,這些非共價鍵的相互作用包括氫鍵、范德華力、電荷作用和疏水作用。這些相互作用可以發(fā)生在側(cè)鏈或者多肽主干之間。正因這種特異性的結(jié)合機制,抗體可以“標(biāo)記”外來微生物以及受感染的細胞,以誘導(dǎo)其他免疫機制對其進行攻擊,又或直接中和其目標(biāo),例如通過與入侵和生存至關(guān)重要的部分相結(jié)合而阻斷微生物的感染能力等。針對不同的抗原,抗體的結(jié)合可能阻斷致病的生化過程,或者召喚巨噬細胞消滅外來物質(zhì)。而抗體能夠與免疫系統(tǒng)的其它部分交互的能力,是通過其Fc區(qū)底部所保留的一個糖基化座實現(xiàn)的。體液免疫系統(tǒng)的主要功能便是制造抗體。抗體也可以與血清中的補體一起直接破壞外來目標(biāo)。
抗體是一種高分子球狀血液蛋白質(zhì),重量約為150kDa。由于在部分氨基酸殘基中含有糖鏈,抗體也是一種糖蛋白。能發(fā)揮功能的基本單位是一個免疫球蛋白單體。在分泌形態(tài)的抗體中包括:二聚體IgA、真骨附類魚的四聚體IgM以及哺乳動物的五聚體IgM。
抗體的單體是一個Y形的分子,有4條多肽鏈組成。其中包括兩條相同的重鏈,以及兩條相同的輕鏈,之間由雙硫鍵連接在一起。每一條鏈均由稱為免疫球蛋白結(jié)構(gòu)域的多個結(jié)構(gòu)域所組成。每一個結(jié)構(gòu)域大約包含70至110個氨基酸,并根據(jù)大小和功能分門別類。例如可變域IgV以及恒定域IgC。它們的折疊方式很特別:通過兩次β折疊將另一條鏈卷入其中形成三明治狀,互相之間通過半胱氨酸和其它帶電荷氨基酸緊密結(jié)合。
哺乳動物的免疫球蛋白重鏈有5種,分別用希臘字母記為:α、δ、ε、γ以及μ。根據(jù)重鏈類型的不同,抗體被分為不同的種型,它們被發(fā)現(xiàn)依序分別存在于抗體IgA、IgD、IgE、IgG以及IgM中。不同的重鏈其大小和組成各不相同:α和γ大約有450個氨基酸組成,而μ和ε大約有550個氨基酸組成。
1. 抗原結(jié)合區(qū)(Fab)
2. 抗原結(jié)晶區(qū)(Fc)
3. 藍色的重鏈有一個可變區(qū)(VH),緊隨其后的一個恒定區(qū)(CH1),一個樞紐區(qū),以及另兩個恒定區(qū)(CH2 and CH3)組成
4. 綠色的輕鏈包含一個可變區(qū)(VL)以及一個恒定區(qū)(CL)
5. 抗原結(jié)合點
6. 樞紐區(qū).
在鳥類的血液和蛋清中,還發(fā)現(xiàn)了被稱為IgY的血清抗體種型。這種抗體種型和哺乳動物的IgG有很大的區(qū)別。然而在一些舊資料,甚至是生命科學(xué)商業(yè)產(chǎn)品的網(wǎng)站上,仍然稱之為IgG。這是錯誤的,并且容易引起混淆。
每一條重鏈有兩個區(qū)域:恒定區(qū)與可變區(qū)。同種型的抗體,其恒定區(qū)都是一樣的,但不同種型之間該區(qū)域是不相同的。例如:γ、α以及δ型重鏈由三個免疫球蛋白結(jié)構(gòu)域串聯(lián)而成,并且還有一個用于增加彈性的鉸鏈區(qū);而μ及ε型重鏈則包括四個免疫球蛋白結(jié)構(gòu)域。不同B細胞所生產(chǎn)抗體的重鏈可變區(qū)是不同的,但是同一個B細胞及其克隆體所生產(chǎn)的不同種型抗體的可變區(qū)則是完全相同的。重鏈的可變區(qū)由一個結(jié)構(gòu)域組成,包含大110個氨基酸。
免疫球蛋白輕鏈由大約211至217個氨基酸組成,分為兩個結(jié)構(gòu)域,分別是恒定區(qū)和可變區(qū)。哺乳動物的輕鏈有兩種,分別命名為λ(lambda)和κ(kappa)。每一個抗體的兩個輕鏈的恒定區(qū)永遠是完全相同的,例如對于哺乳動物而言,同一個抗體要么是λ型,要么是κ,不會同時存在。在如軟骨魚綱(鯊魚)及真骨下綱的低級脊椎動物中,還可發(fā)現(xiàn)其它類型的輕鏈,如ι(iota)型。
抗體的某些部分具有獨特的功能。比如說Y形的臂區(qū),包含了兩個可以結(jié)合抗原的位點,是識別外來物的關(guān)鍵所在。該區(qū)域被稱為Fab區(qū),即抗原結(jié)合區(qū)段(fragment, antigen binding)。無論是重鏈還是輕鏈,抗原結(jié)合區(qū)段均包括一個可變區(qū)與一個恒定區(qū),其中可變區(qū)的互補位成型于抗體單體氨基酸鏈的末端。可變區(qū)又被稱為Fv區(qū),是與抗體結(jié)合的最關(guān)鍵區(qū)域,無論是輕鏈還是重鏈都包含該區(qū)域。實際上可變區(qū)的變化并非隨機或者均勻散布的。更具體的說,這些變化分布在三個可變的β折疊-轉(zhuǎn)角上,該區(qū)域被稱為互補決定區(qū)(Complementarity Determining Region,CDR),也叫做高變區(qū)。在免疫網(wǎng)絡(luò)理論中,每個抗體的互補決定區(qū)又被稱為獨特型或者基因型。適應(yīng)性免疫系統(tǒng)的適應(yīng)過程,就是依靠有各個獨特型之間的互動來進行調(diào)整的。
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參閱文獻:
1.Rhoades RA, Pflanzer RG (2002). Human Physiology (4th ed.). Thomson Learning. p. 584. ISBN 0-534-42174-1.
2.Charles Janeway (2001). Immunobiology. (5th ed.). Garland Publishing. ISBN 0-8153-3642-X. (electronic full text via NCBI Bookshelf)
3. Pier GB, Lyczak JB, Wetzler LM (2004). Immunology, Infection, and Immunity. ASM Press. ISBN 1-55581-246-5.
4.Borghesi L, Milcarek C (2006). "From B cell to plasma cell: regulation of V(D)J recombination and antibody secretion". Immunol. Res. 36 (1–3): 27–32. doi:10.1385/IR:36:1:27. PMID 17337763
5.參考資料:https://en.wikipedia.org/wiki/Antibody