治疗性抗体领域是否会有IgM抗体的一席之

▲佰傲谷年TG-Bio第二届免疫技术大会▲

在自然状态下IgM抗体在人体内以五聚体或者六聚体形式存在，IgM抗体是在免疫系统接触免疫原后最早表达的抗体。一个IgM抗体的重链有4个恒定区和一个可变区，轻链与其它型的抗体相同。IgG型抗体相比，天然的IgM抗体与抗原的亲和力比较差，但是因为抗体可以结合10个或者12个抗原,因此可以弥补其较弱的亲和力，同样可以达到通过补体系统对目标细胞的裂解。IgM抗体对抗原的高亲和作用可以使它们在较低的浓度下就可以发挥作用，因此可以避免高浓度带来的免疫原性。五聚体形式的IgM抗体包含一个稳定抗体结构的J链，该链可以与一些受体相结合，如pIgR（聚合免疫球蛋白受体）等。在临床中，一些天然的抗体已经被用来了尝试治疗部分疾病，最近几年，经过改造的高亲和力和增加部分功能的IgM治疗型抗体正在开发中，本文主要从结构，功能，生产，潜在的治疗价值等方面对IgM抗体进行阐述。

IgM抗体简介

在免疫反应的初期，IgM以膜蛋白的形式表达在早起B细胞上，在之后的免疫反应中，IgM由浆细胞产生并分泌到血液中，分泌的IgM抗体有两种形式——含有J链的五聚体形式，可以结合10个抗原，分子量大小为kD和不含有J链的六聚体，可以结合12个抗原，分子量大小为kD（图1）。因为IgM抗体具有多价的结合能力，因此与IgG抗体相比，它有更高的亲和能力。除了可以中和病原体外，IgM抗体还可以借助补体系统对靶标细胞进行裂解。

图1:五聚体和六聚体形式的IgM抗体IgM抗体的进化

在所有有颌的脊椎动物中都含有免疫球蛋白，包括IgM抗体。与哺乳动物相似，IgM抗体在进化中也出现不同的类型，如IgD和IgT，图2为进化中发展的不同重链和轻链的类型。但是在不同的物种中，IgM抗体的结构也有所不同，例如，在人类和小鼠中，大多数IgM抗体为含有J链的五聚体，同时也包含有六聚体和单体。然而在蛙类中IgM抗体绝大多数为六聚体；在硬骨鱼类中，四聚体结构的IgM抗体占据统治地位，但是在软骨鱼类中，如鲨鱼等，多数为五聚体形式的IgM抗体。到目前还不清楚为什么会产生六聚体形式的IgM抗体，这可能是因为J链在体内的合成被限制有关。

图2：免疫球蛋白的重链和轻链的在不同物种的进化IgM抗体结构

初级结构

IgM抗体在人体内为五聚体和六聚体形式，单体形式的抗体分子量约为kDa，其μ重链由五个区组成（Vμ,Cμ1,Cμ2,Cμ3和Cμ4），轻链由两个区组成（Vκ‐Cκ或者Vλ‐Cλ）。与其它型的抗体相比，IgM抗体的单体与IgE抗体具有高度的同源性。在IgG抗体中，CH1，CH2和CH3对应于IgM抗体的Cμ1,Cμ3和Cμ4（图3）。IgM抗体的Cμ2对应于IgG抗体的铰链区，但是在IgM抗体的Cμ2中含有额外的恒定区，这个区域在IgE和IgY抗体中也由相似的结构。与IgG抗体相似，IgM抗体的Cμ2区为抗体结合抗原提供了柔韧性，使抗体更容易结合抗原。IgM抗体的每个单体重链通过位的半胱氨酸以共价键的形式相互连接。

图3:IgM抗体重链序列与其它类型抗体重链序列对比如图4中所示，IgM抗体的重链的末端含有被称为“尾板”（tailpiece）的PTLYNVSLVMSDTAGTCY序列，IgM抗体的单体通过该尾板的倒数第二个半胱氨酸形成二硫键相互连接。该尾板对于抗体形成多聚体至关重要，如果将该序列加入到其它型抗体的末端，也可以使其它类型的抗体形成多聚体。另外，链间位半胱氨酸形成的二硫键可以维持IgM抗体环形状态。图4:IgM抗体的单体和五聚体除了轻链和重链外，IgM抗体还有第三条链J链，该链是IgA和五聚体形式IgM的重要特征。该链的氨基酸序列在两栖动物和人类之间高度保守，并且该区域为独立结构，不参与抗体的重链和轻链的折叠。该链的主要功能是通过和pIgR的相互作用从而将IgA和IgM抗体转运到粘膜表面。

图5:不同物种间IgM抗体J链的氨基酸序列对比及进化树

IgM抗体糖基化抗体是含有N-糖基化的糖蛋白，在IgG抗体中，Asn的糖基化可以影响Fc受体的结合，从而影响抗体介导的ADCC作用。IgM抗体中有多个糖基化位点，包括Asn(Cμ1),Asn(Cμ2),Asn(Cμ3),Asn(Cμ3),和Asn（tailpiece）,另外，在抗体的J链上也有一个糖基化位点Asn49,研究表明这些糖基化与IgM抗体组装，溶解度和半衰期相关。但是并没有证据表明这些糖基化位点与抗体的介导的其它效应相关（IgG1抗体中糖基化与ADCC等效应相关）。

多个糖基化位点增加了抗体的复杂程度，研究表明这些糖基化位点的糖基化程度并不是完全相同。其中Asn,Asn,和Asn这三个糖基化位点末端都有唾液酸修饰，然而靠近C端的糖基化位点Asn和Asn都有较高的甘露醇糖化，这可能是因为靠近N端的糖基化位点在高尔基体内与糖基化酶有充分的作用，而靠近C端的糖基化位点没有得到糖基化酶的充分修饰；也有可能是IgM结构的空间位阻阻碍糖基化酶对抗体末端的糖基化位点进行修饰。在这些糖基化位点中，Asn的修饰与IgG最接近。

IgM抗体的三级结构在之前的研究中，多数研究认为五聚体形式的IgM抗体为对称状态——五个单体的C端形成一个圆。但是最近研究表明，无论五聚体抗体是否结合抗原，IgM五聚体都为非对称形式，与六聚体相比，五聚体中的J链并不会影响其它单体的位置（图6）图6：IgM抗体的六聚体（左）和五聚体（右）在cryo-EM下的结构

IgM抗体功能

结合微生物抗原

IgM抗体和NK细胞，树突状细胞，肥大细胞和巨噬细胞一起组成了免疫系统的天然防线，是机体应对外来病原体或者异常细胞的第一道防线。这种防御主要是通过IgM结合特殊抗原，如糖蛋白或者糖脂上的糖基分子或者重复的结构如脂多糖（LPS）等。这些IgM抗体通过较低的亲和力结合一系列相似的外部抗原，它们清除外部抗原的能力被多价结合能力放大（五聚体有10个结合位点，六聚体有12个结合位点）。IgM抗体潜在的固定复合物和调理颗粒物的能力使它在对抗细菌或者病毒方面更有效。

IgMVSIgG:CDC(ComplementDependentCytotoxicity)vsADCC(Antibody‐DependentCell‐BasedCytotoxicity)

IgM与IgG抗体在效应机制方面也有所不同，IgG抗体通过NK细胞发挥抗体介导的ADCC和CDC效应，然而，IgM抗体不能结合Fcγ受体因此不具有ADCC的能力。但是IgM抗体却具有很强的CDC能力，这是因为IgM抗体可以含有多个补体（C1q）结合位点。

图7：补体在IgM和IgG抗体中的结合与激活IgM的受体：结构与组织分布

IgM抗体有多种受体，包括pIgR，Fcα/μR和FcμR（图8）。

pIgR（PolymericIgReceptor）主要与IgA和IgM抗体的转运有关，在这两种含有J链的抗体多发现于粘膜的表面，这主要与一种称为分泌复合物（SC）的多肽有关，SC是一个可以被酶切割的细胞表面受体（pIgR）的一部分，主要负责转运多聚Igs到粘膜表面。pIgR多表达于大小肠，也表达于肺，胰腺，肾和子宫内膜。

Fcα/μR大小约为70kDa，属于免疫球蛋白超家族并且具有较高的糖基化。Fcα/μR表达于所有淋巴组织中，包括淋巴结和淋巴结附属组织，并且表达在肾脏，和肠等非淋巴组织中。Fcα/μR在肠巨噬细胞，浆细胞等的表达暗示其可能与粘膜免疫相关。

FcμR即TOSO受体，大小约为60kDa为唾液酸化的跨膜糖蛋白。FcμR高表达于慢性淋巴B细胞白血病，研究证明FcμR与可以内化结合的IgM抗体；与pIgR和Fcα/μ受体不同，FcμR仅与IgM抗体结合，而不与IgA抗体结合。

图8：IgM抗体相关受体

小编总结

与IgG抗体相比，IgM抗体有一些独特的特征，如结构上为五聚体或者六聚体，因此分子量更大；因为没有经过亲和力成熟的过程，所以与抗原的亲和力较弱；无法与Fcγ受体结合，所以不存在ADCC效应；有多个C1q结合位点，因此有更强的CDC效应。抗体的这些特点会对抗体产生什么影响呢，下一篇文章我们将对IgM抗体在生产，纯化等方面的特点及其面临的挑战和IgM抗体在治疗中的安全性，抗体的开发现状及前景等方面进行详细介绍，期待您的

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