抗体基础知识（一）：抗体及系列免疫检测技术全解析

来源：

2025-01-02

抗体和免疫，不仅为保证我们机体的健康做出了较大贡献，在生命科研领域更是占据着重要席位。

作为一个生物人，不论研究动物、植物、病毒，还是微生物，关注机理，还是专注应用开发，对于一抗、二抗、中和抗体、ELISA、WB、IHC、IF这些词汇，或多或少、或早或晚都听过。

以上名词，都可以归为抗体和基于抗体的免疫检测技术。可以说了解抗体及免疫检测技术，是进入生物行业的必修课之一。

AlibioBuy将通过系列推文，围绕抗体基础知识、抗体生产、经典免疫检测技术、新兴免疫检测技术等专题给大家系统的介绍抗体及免疫检测相关技术。

第一篇：抗体基础知识与分类

1.1 抗体的定义、结构

抗体（Antibody），也被称为免疫球蛋白（Immunoglobulin，Ig），是一类由B细胞产生的蛋白质,能够与特定抗原（如细菌、病毒、毒素等）结合，具有高度的特异性。

经典的抗体结构，由2条重链（Heavy Chain）和2条轻链（Light Chain）组成。如图中所示，以IgG分子为例，IgG分子的重链，由1个可变区结构域（Fab区），3个恒定区结构域组成（Fc区）。重链决定了抗体的类别（IgG、IgA、IgM等）。

IgG分子的轻链，由1个可变区结构域，1个恒定区结构域组成，分为κ链和λ链。

重链和轻链都包含两个主要的功能区域，其中Fab区又称抗原结合区，这个区域与抗原结合，具有特异性。Fc区又称效应区，这个区域与免疫系统的其他部分相互作用，启动免疫反应。

图1：经典抗体结构

根据重链抗原性的差异，抗体可以分为五大类：IgM、IgG、IgA、IgD和IgE。其中：

● IgM：是初次体液免疫应答早期的主要抗体，以五聚体形式存在；

● IgG：是血清中含量最高的抗体，具有抗菌、抗病毒、抗毒素等多种功能，能够通过胎盘传递给胎儿，提供被动免疫；

● IgA：主要存在于黏膜表面和分泌液中，是抵抗微生物和抗原入侵的第一道防线，母乳中的IgA可以保护新生儿的胃肠道免受病原体侵害；

● IgD：主要在成熟B细胞表面作为BCR表达，与抗原结合后可诱导B细胞活化；

● IgE：是引起Ⅰ型超敏反应的主要变应原，通过与肥大细胞或嗜碱性粒细胞结合，诱发炎症反应。

图2：不同抗体分子的结构

1.2 抗体的主要分类及其特点

根据抗体的结构和功能，抗体可以分为单克隆抗体、多克隆抗体和重组抗体几大类：

单克隆抗体/Monoclonal Antibodies, mAbs

由单一B细胞克隆产生的抗体，具有高度的特异性，通常用于治疗、诊断和科研中，具有更高的亲和力和特异性。

● 特点：高度特异性、单一来源、可大规模生产

● 应用：癌症治疗、免疫学研究、诊断试剂

多克隆抗体/Polyclonal Antibodies, pAbs

由多种B细胞同时产生的抗体群体，这些抗体群体针对抗原的不同表位。

● 特点：针对抗原的多个表位、生产周期短、成本较低

● 应用：抗原检测、免疫沉淀、免疫组化等

重组抗体/Recombinant Antibodies

通过基因工程技术产生的抗体，通常由合成基因编码，能够在体外系统中生产。

● 特点：高可操作性、可定制化、无动物源污染

● 应用：疫苗开发、基因治疗、特定抗原识别

图3：传统抗体、重链抗体与纳米抗体示意图

纳米抗体/Nanobody

除传统抗体外，今年比较火热的就是纳米抗体。纳米抗体不含Fc段，避免了Fc段引起的免疫反应，分子量约为传统抗体的十分之一。

● 特点：特异性强，抗原亲和力高，免疫原性低，高耐热性和稳定性

● 应用：有强大的组织渗透力，肿瘤的诊断与靶向治疗

1.3 抗体的制备方法与技术

抗体的制备是抗体研究和应用的关键环节，目前主要有主要包括多克隆抗体生产，基于杂交瘤的小鼠/兔单抗、噬菌体展示、重组抗体等制备方法。

1.3.1 多克隆抗体生产（Polyclonal Antibody Production）

多克隆抗体就是将带有多种表位的抗原，免疫动物，如兔子、小鼠或大鼠，它们在接种特定抗原后，体内产生多种不同的B细胞克隆，每个克隆产生针对抗原不同表位的抗体。因此最终生成的是针对多种表位的抗体的混合物。

多克隆抗体生产比较快速，但是存在批次间一致性差，纯度较低，可能存在免疫原性等缺点。

1.3.2 杂交瘤法小鼠/兔单克隆抗体制备

与多克隆抗体技术在免疫小鼠或兔子后，收集其脾脏B细胞并与骨髓瘤细胞融合，形成杂交瘤细胞，细胞因此获得永生。通过筛选，可以获得分泌特定抗体的单克隆抗体。

图4：杂交瘤法小鼠/兔单克隆抗体制备

1.3.3 重组抗体生产（Recombinant Antibody Production）

重组抗体生产，就是利用重组DNA技术和合成基因，先构建包含抗体表达基因的质粒/病毒，然后转染细菌/细胞，通过细菌。细胞进行抗体生产的方法。这一过程不需要依赖动物模型，而是通过获取所需抗体的蛋白序列，创建重链和轻链表达质粒，将这些质粒转染入人类细胞，最终纯化抗体。

图5：重组抗体的生产流程

重组抗体的表达体系包括，大肠杆菌的原核表达系统，酵母细胞，昆虫细胞，哺乳动物细胞的真核表达系统，植物细胞表达系统，以及近几年出现的无细胞表达系统。

重组抗体的特点和优势

● 确定化的高特异性和亲和力：重组抗体设计用于对目标抗原具有高度特异性和亲和力，这使得它们能够精确靶向并减少非目标效应。

● 批次间一致性和可放大生产：重组抗体的体外生产方法适合大规模生产，意味着这些抗体的供应不太可能成为限制因素。

● 高度工程化：重组抗体序列可以基于AI和大数据进行调整和优化，提供了许多工程化的机会，包括同种型转换和物种转换，可以扩展多重实验的范围。

● 不需要使用动物：重组抗体生产的一个重要伦理优势是它避免了使用动物。

1.3.4 噬菌体展示技术（Recombinant Antibody Production）

噬菌体展示技术就是提取免疫动物B细胞，并提取抗体RNA，转录成cDNA，克隆到噬菌体载体中，构建噬菌体抗体库。这个库包含了大量的抗体候选基因，它们被插入到噬菌体的外壳蛋白基因中，展示在噬菌体的表面。然后通过亲和筛选，筛选出能够特异性结合抗原的噬菌体。

图6：噬菌体展示技术原理

最后筛选出的噬菌体被感染到大肠杆菌中进行扩增，然后从中提取抗体基因进行序列分析和功能验证，以确定其特异性和亲和力。最后进行大规模培养噬菌体或转染宿主细胞，来生产大量的单克隆抗体。

1.3.5 单B细胞排序（Single B Cell Sorting）

单B细胞排序（Single B Cell Sorting）技术是一种用于生产单克隆抗体的先进方法，它利用每个B细胞只产生一种特异性抗体的特性，从免疫动物的淋巴组织中分离单个B细胞，并通过单克隆化技术扩增这些细胞的重链和轻链可变区基因，最终在哺乳动物细胞内表达获得具有生物活性的单克隆抗体。

单B细胞排序（Single B Cell Sorting）技术流程如下：

动物免疫 → PBMC分离 → 流式分选 → 单B细胞培养筛选 → 阳性克隆测序 → 载体构建、抗体表达纯化

由于直接从免疫动物重获取，且不需要经过多轮次的筛选，因此具有如下特点和优势：

● 高特异性：由于直接从免疫动物体内获取B细胞，保持了抗体的天然特异性。

● 快速生产：相比传统方法，单B细胞排序技术可以更快地生产单克隆抗体。

● 高亲和力：通过体内亲和力成熟过程，获得的抗体具有高亲和力。

● 全天然源性：抗体来源于天然免疫反应，保持了其天然结构和功能。

随着单细胞靳准控制的Beacon仪器，以及微流控技术的发展，单B细胞排序（Single B Cell Sorting）技术用于抗体生产已经在工业领域被很多生产厂家接受，为来有可能加速抗体的发现和生产。

1.4 抗体的应用领域——从科研到体外诊断

单克隆抗体药物已成为癌症、免疫性疾病等治疗的主流手段。例如，抗肿瘤抗体药物如Trastuzumab（Herceptin）靶向HER2受体治疗乳腺癌；抗免疫抑制抗体如Infliximab（Remicade）通过靶向TNF-α治疗类风湿关节炎和克罗恩病等免疫疾病。

但是，抗体不仅用于我们耳熟能详的抗体药物，抗体在医学、科学研究、以及工业领域中都具有多种应用。

1.4.1 抗体与医学诊断

抗体被应用于体外诊断试剂盒中。例如，ELISA技术通过抗原-抗体反应，可以用于病毒感染、肿瘤标志物检测、免疫系统疾病等的诊断。

此外，抗体还被应用于免疫组化、流式细胞术等方法中，用于细胞标记、病理分析等。

1.4.2 抗体与科学研究

在基础研究中，抗体是不可或缺的工具，主要应用于以下几个方面：

抗原识别与定位

通过免疫组化和免疫荧光等技术，抗体可以用于细胞和组织中的抗原识别与定位。例如，利用抗体标记肿瘤组织中的特定标志物，帮助确定肿瘤的类型和分期。

目标蛋白识别

抗体在分子生物学实验中，广泛应用于Western Blot、免疫沉淀（IP）、免疫共沉淀（Co-IP）等技术，帮助识别目标蛋白，并研究其功能和相互作用。

1.4.3 生物技术与工业应用

抗体在生物技术和工业领域的应用逐渐增多，尤其是在蛋白质工程和食品安全方面。

生物制药

抗体被用于生物制药中，例如ADC药物，就是以抗体药物可以作为“载体”药物，将药物或毒素精确输送到目标细胞，达到靶向治疗的效果。重组抗体的生产提高了药物的生产效率。

食品安全

抗体也被用于食品安全检测，通过抗体试剂，可以检测食品中的病原微生物、农药残留物等污染物。

环境监测

在水质监测、土壤污染检测等方面，抗体能够通过与特定污染物结合，检测环境中有害物质的存在和浓度。

以上，我们初步了解了抗体的基础知识。抗体由于其特异性结合和识别的能力，已具备了检测试剂的基础条件之一。但成为检测的另一个关键在于，在特异性识别的同时，能显示易于检测的信号。此部分内容，我们将在下个章节进行分享。

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