五类抗体结构相似，为什么分工各不相同

人体的抗体一共分五类：IgG、IgA、IgM、IgD、IgE。它们都由同一种基本单元搭成，主要差别在分子的尾端。

抗体分子分成两头，一头负责认出敌人，另一头负责决定接下来怎么处理。五类抗体认敌人的方式相同，处理敌人的方式各不相同，而处理方式由尾端的结构决定。

一个抗体由四条链组成

每个抗体的基本单元是四条蛋白链：两条长的叫重链，两条短的叫轻链。两条重链完全相同，两条轻链也完全相同，彼此之间用二硫键连在一起，整体像一个英文字母 Y。

每条链都由一节一节的「结构域」串成，每一节大约 110 到 130 个氨基酸，折叠成一个小球，里面靠一对半胱氨酸形成的二硫键固定形状。轻链有两节，重链有四到五节。这种结构域后来在很多免疫分子里都找得到，统称免疫球蛋白结构域，抗体的名字「免疫球蛋白」也由此而来。

Y 的两条短臂和一根长柄，分工完全不同。 两条臂负责认出抗原

每条臂的最顶端，由重链和轻链各出一节组成，这两节叫可变区。不同抗体之间，可变区的氨基酸序列差别很大，尤其是其中三小段，叫互补决定区。重链三段、轻链三段，六段拼在一起，形成一个小口袋或者一块凹凸不平的表面，正好和某一种抗原的局部形状吻合。

一个抗体的两条臂完全相同，所以它能同时抓住两个相同的抗原，这一点后面讲到 IgM 时会用上。

可变区为什么能有这么多种？B 细胞在发育时，会把重链和轻链的基因片段随机拼接，每个 B 细胞拼出来的组合都不一样。遇到抗原以后，可变区的基因还会继续发生点突变，结合得更牢的 B 细胞被优先保留下来，这叫亲和力成熟。所以同一次感染里，越到后期产生的抗体，抓抗原抓得越牢。

把抗体用木瓜蛋白酶切开，正好切在两条臂和长柄之间，得到两段能结合抗原的片段，叫 Fab，和一段不能结合抗原的长柄，叫 Fc。这个实验直观地说明，抗体是两头分工的分子。

长柄决定抗体去哪里、找谁帮忙

Fc 段由重链的恒定区组成。可变区抓住抗原以后，抗体自己并不能杀死细菌或者中和病毒的全部危害，后续的清除要靠别的细胞和分子。Fc 段的作用，是让这些细胞和分子认出这个抗体。

具体有三种方式：

• 结合补体，在细菌表面打孔或者给细菌贴上「待吞噬」的标记；

• 结合各种细胞表面的 Fc 受体，让巨噬细胞、中性粒细胞来吞噬，或者让肥大细胞释放组胺；

• 结合专门的转运受体，把抗体运过胎盘或者送到黏膜表面。

五类抗体的区别，就在于重链恒定区的种类不同：IgG、IgA、IgM、IgD、IgE 分别用 γ、α、μ、δ、ε 五种恒定区。恒定区不同，Fc 段能结合的帮手和能去的地方就不同。可变区决定抓谁，恒定区决定抓住以后怎么办，这是理解五类抗体最重要的一条线索。

同一个 B 细胞，可以换恒定区不换可变区

一个 B 细胞刚被激活时，产生的是 IgM。在辅助性 T 细胞的信号推动下，B 细胞可以把重链基因里原来接在可变区后面的 μ 恒定区切掉，换上 γ、α 或 ε 恒定区，这叫类别转换。

类别转换只换恒定区，可变区原封不动，所以换完以后抗体认的还是同一个抗原，只是 Fc 段能找的帮手和能去的地方变了。对付同一个病原体，身体可以先用 IgM 应急，再派 IgG 进血液和组织，派 IgA 守黏膜，三类抗体认的都是同一个抗原。

五类抗体，各管一摊 ### IgM：最早出现的五聚体

IgM 在血液里以五聚体存在，五个 Y 形单元的尾巴朝中心连成一个星形，中间由一条叫 J 链的小蛋白帮助组装。它的重链比 IgG 多一节恒定区。

五个单元一共有十条臂。单个结合位点抓得不一定牢，十个位点同时抓住细菌表面重复排列的抗原，整体就很难脱落。初次感染时，B 细胞还没来得及经过亲和力成熟，靠 IgM 的数量弥补单个位点的不足，这正好解释了它为什么出现得最早。

IgM 激活补体的能力在五类里最强。补体系统的第一个分子 C1q 需要同时结合两个以上相邻的 Fc 段才能启动，IgM 一个分子就有五个 Fc 段挨在一起，一抓住细菌表面就满足了条件。临床上查到某种病原体的 IgM 抗体阳性，往往提示是近期感染，原因也在这里。

### IgG：血液里最多、待得最久

IgG 是单体，占血清抗体的约 75%。它是类别转换和亲和力成熟之后的主力，抓抗原比 IgM 牢。

IgG 有两个独有的本事，都来自同一个受体 FcRn。血管内皮细胞会不停地把血浆吞进细胞内的小泡里，小泡里的内容大多送去降解。小泡内是酸性环境，IgG 的 Fc 段在酸性条件下能和 FcRn 结合，被送回细胞表面，回到中性的血液里再释放出来，躲过了降解。这就是 IgG 在五类抗体里半衰期最长的原因。

胎盘上也有 FcRn，母亲的 IgG 借它进入胎儿体内。五类抗体里只有 IgG 能通过胎盘，所以新生儿出生后头几个月，靠的是从母亲那里带来的 IgG。

IgG 还分 IgG1 到 IgG4 四个亚类，作用各有差别，比如 IgG4 基本不激活补体。很多单克隆抗体药物用的是 IgG 骨架，在体内维持时间长是原因之一。

### IgA：守在黏膜表面

IgA 在血清里约占 15%，大多是单体；它的主战场在肠道、呼吸道、泪液、唾液和乳汁里。分泌到黏膜表面的 IgA 是二聚体，两个单元尾对尾，由 J 链连接。

黏膜上皮细胞底面有一种受体，专门认 J 链连起来的多聚抗体。它把 IgA 二聚体从组织一侧吞进细胞，运到朝向肠腔的一侧再释放，释放时受体的一部分留在 IgA 上，叫分泌片。分泌片用二硫键连在 IgA 上，包住分子，让它在充满消化酶的肠腔里不容易被分解。

IgA 激活补体的能力很弱。这对黏膜反而合适：肠道表面每天接触大量食物和细菌，如果抗体一结合就引发炎症，黏膜会一直处于损伤中。IgA 的做法是把病原体和毒素裹住、挡在上皮外面，不让它们附着，再随黏液排出。母亲的初乳里，IgA 可以占到蛋白质的一半，婴儿吃奶就能得到这层黏膜保护。

### IgE：量最少，反应很快

IgE 在血清里不到 0.01%，半衰期也是五类里最短的。可是它的 Fc 段能以极高的亲和力结合肥大细胞和嗜碱性粒细胞表面的受体，相当一部分 IgE 挂在这些细胞上，不在血液里游离。

挂在肥大细胞上的 IgE 相当于一个个待命的探头。同一种抗原再次进入，同时搭上两个相邻的 IgE，把受体拉到一起，肥大细胞马上释放组胺等物质，几分钟内就出现血管扩张、渗出、平滑肌收缩。这套反应原本用来对付寄生虫，遇到花粉、尘螨、某些食物和药物时被错误启动，就成了过敏，严重时是过敏性休克。查过敏原时测的特异性 IgE，测的就是这类抗体。

### IgD：主要待在 B 细胞表面

IgD 在血清里不到 0.5%，半衰期也短。它和 IgM 一起出现在成熟但还没遇到抗原的 B 细胞表面，作为 B 细胞识别抗原的受体。研究者推测它在 B 细胞发育的某些阶段参与调节细胞的去向；血液中游离 IgD 起什么作用，目前还没有完全搞清楚。

把五类抗体的分工连起来

五类抗体在血清里的含量相差上千倍，作用并不按含量排序。血里最少的 IgE，引起的过敏反应可能最快、最猛；占比约 15% 的 IgA，真正的工作量大多在血液以外的黏膜上。只用血清含量来判断一类抗体重不重要，难免以偏概全。

五类抗体的要点可以对照下表：

医学生学这一章，容易把五类抗体的特点当成五张卡片分别背。顺着结构往下推，记忆会轻松很多：

• 五类共用同一种「两重两轻」的 Y 形结构，可变区负责认抗原，这一点五类相同；

• 恒定区决定 Fc 段能结合什么，进而决定能不能激活补体、能不能结合哪种细胞、能不能被运过胎盘或上皮；

• 多聚化改变的是结合的牢固程度和补体激活能力，IgM 五聚、IgA 二聚都由此而来；

• 类别转换让同一个可变区换上不同的恒定区，所以身体针对同一个抗原，可以在不同时间、不同部位派出不同类别的抗体。

掌握了这条主线，五类抗体的特点基本都能自己推出来，不至于知其然不知其所以然。

参考来源

· Schroeder HW Jr, Cavacini L. J Allergy Clin Immunol 2010 (Structure and function of immunoglobulins)

· Janeway CA Jr, et al. Immunobiology. 5th ed. Garland Science 2001 (NCBI Bookshelf)

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