前言：人免疫球蛋白有五大類：IgM、IgD、IgG、IgA和IgE；

這其中IgG 的血清含量最高，也是血清含量最豐富的蛋白之一，約占血漿蛋白10-20%。

IgG又包含高度保守的四個(gè)亞型，按豐度遞減順序分別是：IgG1、IgG2、IgG3和IgG4。

盡管這些IgG亞型在氨基酸水平有超90%的相似，但每個(gè)亞型在抗原結(jié)合、免疫復(fù)合物形成、補(bǔ)體激活、效應(yīng)細(xì)胞觸發(fā)、半衰期和胎盤轉(zhuǎn)運(yùn)方面都有各自獨(dú)特的特征。

這一篇，胖貓嘗試把 IgG 的四個(gè)亞型的區(qū)分，掰扯清楚！

01

不同類型抗原，刺激不同IgG亞型

抗原進(jìn)入身體的途徑及其化學(xué)成分可以使得免疫反應(yīng)進(jìn)入不同的類別轉(zhuǎn)換模式。

蛋白抗原激活B細(xì)胞常是T細(xì)胞依賴的，那后續(xù)的類別轉(zhuǎn)會(huì)產(chǎn)生IgG1或IgG3，但小概率的也可以是IgG4或IgE。

多糖抗原刺激B細(xì)胞是非T細(xì)胞依賴的，這時(shí)多糖抗原可能會(huì)誘導(dǎo)類轉(zhuǎn)換到IgG2。

可溶性蛋白和膜蛋白抗原主要誘導(dǎo)IgG1，但伴有較低水平的其他亞類，如IgG3和IgG4。

而IgG對(duì)細(xì)菌莢膜多糖抗原的反應(yīng)幾乎完全是IgG2，所以 IgG2的缺乏可能導(dǎo)致抗碳水化合物抗體幾乎缺失。

IgG3在誘導(dǎo)效應(yīng)功能方面特別有效，但I(xiàn)gG3單獨(dú)主導(dǎo)的免疫反應(yīng)很少見。病毒感染常會(huì)導(dǎo)致IgG1和IgG3亞類的產(chǎn)生，其中IgG3 先出現(xiàn)在感染過程中。

IgG4常是在非感染性環(huán)境中反復(fù)或長期暴露于抗原后形成，如長期養(yǎng)蜂人和過敏源（除IgE外，過敏還可以誘導(dǎo)IgG1和IgG4）

02

鉸鏈區(qū)，IgG亞型的分水嶺

IgG 分子由四條多肽鏈組成，包括兩條相同的50kDa γ重鏈和兩條相同的 25 kDa κ/λ 輕鏈，它們之間通過鏈間二硫鍵連接。

每條重鏈由一個(gè)N端可變結(jié)構(gòu)域（VH）和三個(gè)恒定結(jié)構(gòu)域（CH1、CH2、CH3）組成，CH1和CH2 間有一個(gè)“鉸鏈區(qū)域”。

輕鏈由N端可變結(jié)構(gòu)域（VL）和恒定結(jié)構(gòu)域（CL）組成。

四個(gè)IgG亞類的整體結(jié)構(gòu)非常相似，但每個(gè)間存在重要差異，影響它們與輔助分子和受體的結(jié)合，進(jìn)而影響其功能。

差異最大的地方是鉸鏈區(qū)和CH2結(jié)構(gòu)域，而在其他結(jié)構(gòu)域中發(fā)現(xiàn)的差異較少。

這些區(qū)域參與IgG-Fc 受體 （FcγR）和C1q 的結(jié)合。因此，不同的亞類具有不同的效應(yīng)功能，

鉸鏈區(qū)的長度和柔韌性在IgG亞類間差異很大，IgG1鉸鏈包含15個(gè)氨基酸，IgG2的鉸鏈比IgG1短，有12個(gè)氨基酸，同樣IgG4的鉸鏈區(qū)也含有12個(gè)氨基酸。

IgG3 的鉸鏈區(qū)比其他 IgG 亞類或 Ig 蛋白長得多，約是 IgG1 鉸鏈的四倍，含有多達(dá) 62 個(gè)氨基酸（包括 21 個(gè)脯氨酸和11 個(gè)半胱氨酸）。在IgG3中，F(xiàn)ab片段與Fc片段相對(duì)較遠(yuǎn)，使分子具有更大的靈活性。

鉸鏈柔韌性的差異會(huì)影響 IgG 抗體的 Fab 臂和 Fc 尾部的相對(duì)方向和運(yùn)動(dòng)。C1q 和/或 FcγR 的結(jié)合位點(diǎn)可能被 Fab 臂部分或完全屏蔽，從而影響 IgG 與這些分子的結(jié)合。

Fab 臂相對(duì)于 Fc 的相對(duì)靈活：lgG3 > lgG1 > lgG4 > lgG2。

四個(gè)IgG亞類在鉸鏈區(qū)的重鏈間二硫鍵數(shù)量也有所不同。另外，重鏈和輕鏈也通過二硫鍵連接，輕鏈的羧基末端半胱氨酸連接到CH1結(jié)構(gòu)域中220位（IgG1）或131位（IgG2、IgG3和IgG4中）半胱氨酸。

在IgG2中，由于重鏈鉸鏈半胱氨酸參與輕鏈和重鏈間二硫鍵形成的半胱氨酸之間二硫鍵的替代形成，觀察到結(jié)構(gòu)鉸鏈異構(gòu)體。

這些異構(gòu)體尤其在具有kappa 輕鏈的 IgG2 抗體中發(fā)現(xiàn)，但對(duì)于 lamba 輕鏈則少得多。

主要形式是經(jīng)典的 A 型，在兩條 IgG2 重鏈間有四個(gè)二硫鍵，及 B 型，其一個(gè)鉸鏈半胱氨酸與輕鏈形成二硫鍵。

還存在其他構(gòu)型，A/A，B/B,以及A/B亞型。

類似的IgG4也有兩種異構(gòu)體，由于鉸鏈半胱氨酸的二硫鍵上不同。在IgG4中226位和229位的半胱氨酸間更易形成鏈內(nèi)二硫鍵。

03

IgG4 Fab臂交換

在體內(nèi)，可以觀察到IgG4與其他IgG4的其隨機(jī)重組，產(chǎn)生單價(jià)雙特異性抗體。

在IgG4分子中，約50% 的重鏈通過非共價(jià)鍵與輕鏈弱性連接。這導(dǎo)致在不破壞重–輕鏈的二硫鍵的前提下，在鉸鏈區(qū)形成新的二硫鍵，非共價(jià)鍵的解離會(huì)使鏈分離并隨機(jī)重新組合（Fab-arm exchange）。

因此，可能存在具有兩個(gè)不同抗原結(jié)合結(jié)構(gòu)域的非對(duì)稱或“混合”IgG，且同一IgG4分子上可能同時(shí)存在κ 和 λ 鏈，實(shí)際數(shù)據(jù)也發(fā)現(xiàn)混合型IgG4 κ/λ在正常人血清中占有相當(dāng)?shù)谋壤?/p>

04

IgG 亞型的同種異型結(jié)構(gòu)

免疫球蛋白的多態(tài)性表位在個(gè)體和種族群體間可能有所不同。

IgG1的主要等位基因是G1m（z，a），G1m（f）和G1m（f，a）。 G1m （f） 僅存在于白種人中，而 G1m （f，a） 在東方人中很常見，其他變體 G1m （z，a，x） 和 G1m （z，a，v） 也已被描述 。

IgG2 也有幾種等位基因的異型結(jié)構(gòu)。

IgG3的等位基因異構(gòu)體最多，其同種異型變異可能會(huì)產(chǎn)生結(jié)構(gòu)和功能后果，如鉸鏈區(qū)域更短和半衰期更長，除IgG3 外，沒有已知的同種異型變異會(huì)導(dǎo)致功能差異

對(duì)于 IgG4，目前未發(fā)現(xiàn)血清學(xué)上重要的同種異型，但已經(jīng)描述了同種異型。

總之，IgG 的大多數(shù)遺傳變異可能會(huì)對(duì)表達(dá)水平 、半衰期、FcγR 結(jié)合、ADCC、ADCP、形成寡聚物傾向和激活補(bǔ)體及對(duì)免疫原性產(chǎn)生功能影響。

05

糖基化

IgG在重鏈的N297位含保守聚糖，另外約 10-20% 的 Fab 在結(jié)合區(qū)具有N-糖基化位點(diǎn)。

IgG聚糖的核心結(jié)構(gòu)包括N-乙酰氨基葡萄糖（GlcNAc）和甘露糖殘基。隨后通過半乳糖、唾液酸、核心巖藻糖基化和二節(jié)GlcNAc進(jìn)一步擴(kuò)展。

目前對(duì)不同糖型如何影響 IgG 亞型的了解仍處于起步階段。

06

效應(yīng)分子的結(jié)合

與靶分子結(jié)合后，IgG1 和 IgG3 可有效觸發(fā)經(jīng)典補(bǔ)體途徑，但 IgG2 和 IgG4的效率要低得多，或僅在某些條件下 IgG2 才有效。

這很大程度上是由于C1q與不同亞類的結(jié)合不同。

CH2 區(qū)中對(duì) C1q 結(jié)合很重要的殘基包括 L235、D270、K322、P329 和 P331。

在 IgG2 中，C1q 結(jié)合減少主要是由殘基 A235（其他亞類中的 Leu）引起的。

而在 IgG4 中，P331 至少部分導(dǎo)致 C1q 結(jié)合減少或缺失的原因。

鉸鏈區(qū)殘基 226-230的結(jié)構(gòu)可影響 C1q 的結(jié)合，該區(qū)的剛性有利于C1q結(jié)合。也有人認(rèn)為，IgG3 相對(duì)較長的鉸鏈?zhǔn)?C1q 結(jié)合位點(diǎn)更易接近，從而實(shí)現(xiàn)更有效的補(bǔ)體激活。

抗體和FcγR 相互作用的區(qū)域包含 CH2 結(jié)構(gòu)域的 N 端，同時(shí)三維免疫球蛋白折疊中相鄰鏈氨基酸的延伸對(duì)結(jié)合很重要，這包括氨基酸 234-239、265-269、297-299和 327-330。

每個(gè)IgG亞類對(duì)每個(gè)FcγR都有獨(dú)特的結(jié)合譜，且它們的表達(dá)譜在不同免疫細(xì)胞間差異很大。

與大多數(shù) FcγR 有效相互作用的 IgG1/IgG3 和對(duì)許多 FcγR 的親和力降低的 IgG2/IgG4 之間可以有主要區(qū)別。

結(jié)語：

從結(jié)果看，目前，只有 IgG1、IgG2 和 IgG4亞型被考慮用于治療目的的抗體藥物設(shè)計(jì)。

了解塑造抗體介導(dǎo)功能的關(guān)鍵決定因素對(duì)于設(shè)計(jì)更有效的抗體藥物至關(guān)重要。因此，探索 IgG 同種異型和/或聚糖譜與效應(yīng)子功能之間的關(guān)聯(lián)，就非常的重要了！