什么是抗体?
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2020-07-21 11:51
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火星译客

抗体是Y型蛋白,可与人体的外来入侵者结合,并发出信号通知免疫系统开始起作用。

图片:©Shutterstock)

抗体是一种特殊的y形蛋白质,它像一把锁和一把钥匙一样与体内的外来入侵者结合——无论是病毒、细菌、真菌还是寄生虫。他们是免疫系统的“搜索-摧毁”系统的“搜索”营,任务是找到敌人并标记其进行摧毁。

“他们被从细胞中释放出来,然后出去打猎,”旧金山格莱斯顿研究所(Gladstone Institutes)艾滋病治疗研究中心主任华纳·格林(Warner Greene)博士说。

当抗体找到它们的目标时,它们与目标结合,然后触发一连串的动作来击败入侵者。格林说,抗体是所谓的“适应性”免疫系统的一部分,是免疫系统中学会识别和消除特定病原体的一个分支。

抗体是什么样的?

抗体Y型顶部的两个臂与已知的抗原结合。抗原可以是分子,也可以是分子片段——通常是病毒或细菌的一部分。(例如,新型冠状病毒SARS-CoV-2在外壳上有独特的“刺突”,一些抗体结合并识别这些刺突蛋白。)

Y轴的底部,或柄,与其他几种免疫系统化合物结合,可以帮助杀死抗原或以其他方式调动免疫系统。例如,其中一组会触发互补级联,格林告诉《生活科学》杂志,

格林说:“补体实际上是刽子手。”它在靶细胞(如病毒的细胞膜)上打洞。

加州大学旧金山分校的微生物学和免疫学教授Jason Cyster说,抗体也被称为免疫球蛋白(Ig),都具有相同的基本y形,但在这一主题上有五种变体,分别是IgG、IgM、IgA、IgD和IgE。

每种变异看起来都略有不同,并且在免疫系统中的作用略有不同。例如,免疫球蛋白G或IgG只是一个Y,而IgM看起来有点像10臂的印度教女神杜尔加,有五个Y堆叠在一起,并且每个插脚可以结合一个抗原。

Cyster说,IgG和IgM是在血液中循环并进入实体器官的抗体。Cyster告诉Live Science, IgA会以粘液或分泌物的形式“排出体外”。根据美国过敏、哮喘和免疫学学会的说法,IgE是典型的触发过敏反应的抗体,比如对花粉或花生的过敏反应。IgD在历史上一直是个谜,但它的作用之一是帮助激活产生抗体的细胞。

Y型蛋白质,称为抗体。

抗体是y形蛋白质。Y轴顶端的两臂与侵入分子结合。Y轴的底部,或柄,与其他几种免疫系统化合物结合,可以帮助杀死入侵者,或向免疫系统发出信号,以其他方式来保护它。(图片来源:在上面)

抗体在哪里形成?

要了解抗体,你首先需要了解b细胞,它是在骨髓中形成的一种白细胞。人体内大约有一万亿个b细胞,每个b细胞表面都有一种独特的IgM抗体,每个抗体与一种抗原结合,西蒙•古德曼说, 他是抗体协会的科学技术项目经理,该协会是一个代表那些参与抗体研究和开发的人员的非营利组织。

这种惊人的变化程度使人体能够识别几乎任何可能进入体内的物质。它是这样实现多样性的:在每个b细胞中,编码抗体结合位点的基因就像扑克牌一样被打乱。

Cyster告诉《生命科学》:“可能发生的重排数量巨大。”

Cyster说,然后这些b细胞在体内巡逻,通常在淋巴结或扁桃体等区域停留更长时间。大多数时候,这些b细胞不结合任何东西。但是,如果b细胞以百万分之一的几率与外来物质结合,“就会触发b细胞说‘嘿,我们需要被激活’”。

Cyster说,B细胞的大小在增长,并开始分裂为所谓的“克隆扩增”。

“就像母亲一样,这是父母的完全相同的副本。”大约一周后,这些副本可能会成千上万。

最终,这些克隆扩张的b细胞分化成被称作抗体工厂的浆细胞。

Cyster说:“他们每秒每细胞分泌10,000个抗体。如果幸运的话,它们可以持续数周或数年。”

但是,并非所有的B细胞都划分相同的数量。

古德曼告诉《生活科学》杂志:“如果你把b细胞看作一把锁,你把所有这些不同的东西看作是不同的钥匙,那么一些钥匙可能更合适,一些更不合适,还有一些根本不合适。” “根据钥匙与特定b细胞表面的锁的契合程度,该细胞将会分裂得更多。”然后,更多的b细胞产生更多的浆细胞和更多的特定类型的抗体。

人体也不只是产生一种抗体。就像一个凌乱,混乱的动物园。每一种都能锁定入侵者的不同部位。

Drawings of a B-cell, T-cell, antibodies and a macrophage.

b细胞,t细胞,抗体和巨噬细胞的图片。(图片来源:Shutterstock)

格林说,抗体一旦与目标结合就不会做同样的事情。有些病毒会通过直接中和威胁,阻止病原体进入细胞,从而将感染扼杀在萌芽状态。其他抗体标记了入侵者,这样免疫系统的杀手细胞(不是抗体)就可以清除入侵者。还有一些人会把病毒或细菌包裹在一层粘稠的覆盖物中。

其他抗体可能会告诉巨噬细胞这类吃豆人一样的免疫细胞来吞噬入侵者。(Cyster补充说,这种策略有时会因病毒而适得其反,病毒可能会利用这种反应来入侵新的细胞。)

格林说,当你接触病毒后,会形成的第一种抗体是IgM,它会在7到10天内产生。IgM可以与一个入侵者结合,但这个10臂蛋白中的每个“Y”的结合相当微弱。但是,正如五个虚弱的人一起工作可以对付一个强大的对手,IgM的五个Y's(10个臂)一起工作可以紧紧地结合在一个抗原上,他补充说。

大约10到14天,身体开始产生IgG,这是免疫系统的“主要主力”,格林说。格林补充说,IgG可以穿过孕妇的胎盘,给新生儿提供被动的疾病保护,直到他们自己的免疫系统增强。

正常情况下,免疫系统非常善于识别敌人,忽视或容忍我们自己的细胞。然而,有时这个过程会出错。这时t细胞(另一种白细胞)就会进来。人体使用这些t细胞来交叉检查目标——只有当b细胞和t细胞都识别出外来入侵者时,才会触发免疫反应,古德曼说。人体应该去除产生所谓自身抗体的b细胞,这种抗体会对人体自身的细胞产生反应。但当这没有发生时,身体可能会标记自己的细胞进行破坏,然后无情地清除它们。古德曼说,可能导致红斑狼疮、风湿性关节炎或1型糖尿病等自身免疫性疾病。根据美国自身免疫相关疾病协会的统计,有超过100种自身免疫疾病。

什么是单克隆抗体?

古德曼说,抗体已经成为一些最有用的药物的基础,也是生物学中一些最强大的实验室技术的基础。其中一个临床和治疗的超级明星是所谓的单克隆抗体。

为了制造一种单克隆抗体,研究人员给动物(也可能是人)接种疫苗,以刺激针对特定物质的抗体的产生。身体会逐渐产生抗体,这些抗体对抗原越来越有效。古德曼说,这些产生抗体的细胞从白细胞中过滤出来,然后放入培养皿中,看看哪些细胞与抗原结合得最好。结合得最好的细胞随后被分离出来——它是一个抗体生产工厂,专门用来制造一种超选择性抗体。

从那里,这个细胞融合成一个血癌细胞,产生一种叫做杂交瘤的东西。这个杂交瘤,或单克隆,是一个取之不尽用之不竭的完全相同的抗体,一次又一次。(研究人员将单克隆细胞与癌细胞结合,因为癌细胞会继续繁殖。)

古德曼说:“它就是不停地生产,永远不会停止。它是一种癌症,所以基本上是永生的。”它产生的是一种单克隆抗体。

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这种细胞系具有令人难以置信的广泛用途。古德曼说,市面上有数百万种单克隆抗体,用于在实验室中标记用于研究的最微小、最具体的细胞靶点。

古德曼说:“它们令人难以置信,它们是惊人的精密工具。”

单克隆抗体也是许多重磅炸弹药物的基础。例如,药物adalimumab(商标名Humira)是一种单克隆抗体,通过抑制一种称为细胞因子的炎症蛋白来治疗类风湿性关节炎。另一种叫做贝伐珠单抗(Avastin),它针对的是一种促进血管生长的分子;通过阻断这种分子,贝伐珠单抗可以减缓肺癌、结肠癌、肾癌和一些脑癌的生长。

格林说,在SARS-CoV-2大流行中,世界各地的医生都在竞相制造单克隆抗体,希望能够中和新的冠状病毒。这些抗体是从COVID-19患者的血浆(也称为恢复期血清)中过滤出来的。格林说,希望通过分离最有效的抗体,然后大量生产,医生可以创造一种治疗方法,提供一种暂时的“被动”免疫,直到身体能够赶上来,自己产生一种有效的、更持久的反应。

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相比之下,多克隆抗体来自多个b细胞。多克隆抗体是一个抗体库,所有抗体都与抗原或靶的稍微不同的部分结合。根据2005年发表在《实验室动物研究研究所》杂志上的一项研究,多克隆抗体的产生通常是通过向动物体内注射抗原,刺激免疫反应,然后提取动物的血浆来产生抗体。

与单克隆抗体需要6个月的时间来生产不同,多克隆抗体只需4至8周,而且需要较少的技术专长。

此外,在某些类型的测试中,你试图检测抗原,多克隆抗体可能有更好的机会结合目标抗原,使它们可能更敏感。

根据《生物技术》杂志2005年的一项研究表明,多克隆抗体的缺点是,因为每个动物可能会产生不同的抗体阵列,制造一批接一批一致的多克隆抗体会更有挑战性,要有大量的供应也不容易。

抗体测试如何起作用?

抗体测试可以检测人体是否对某种分子产生了可检测到的抗体,因此可以显示某人过去是否感染过某种病毒或细菌。《生活科学》杂志此前报道,这些检测通常是检测IgM或IgG。

例如,SARS-CoV-2抗体测试通常能检测到冠状病毒的部分或全部刺突蛋白,并能揭示某人过去是否感染过COVID-19。《生活科学》杂志此前报道,由于人体需要时间来加速抗体的产生,人们通常只有在第一次接触到病原体后两周的测试结果才呈阳性。

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有两种常见的抗体试验-侧流试验和酶联免疫吸附试验(ELISA)。两者都包括将抗原固定在表面,然后检测抗体是否与抗原结合。通常,当抗体与抗原结合时,会引发一种化学反应,如荧光或颜色变化。侧流测定类似于尿棒妊娠试验;而不是尿液,抗体测试,血液或血清被冲洗在平面上,通常是纸。酶联免疫吸附试验的原理与此相似,只是试验是在微板上进行的,需要实验室技术人员,结果可能不会立即读出,哥本哈根Statens血清研究所的病毒和微生物学特殊诊断血清学研究人员Charlotte Sværke Jørgensen此前曾在电子邮件中告诉《生命科学》。

《生活科学》杂志此前报道,一种好的抗体测试产生的假阳性和假阴性很少。例如,科学家需要“校准”他们的测试,以确保已知没有抗原的样本不会错误地产生阳性结果。例如,对于SARs-CoV-2,这将意味着检测大流行开始前的血液样本,并确保没有样本呈阳性。他们还需要采集肯定含有抗体的样本,并确保抗体测试能很好地检测出阳性结果。

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