02/01/2025
抗體親和力極限的源起
抗體是脊椎動物兩種後天免疫反應的其中之一, 同時單株抗體也在現代醫藥中佔了極為重要的地位. 抗體作為脊椎動物抵抗外來病原的一種機制, 最主要的特點是抗體可以隨著病原體的不同而產生各種可與病原體結合並抑制其活性的特異性抗體. 已知的病原體有千百種, 脊椎動物是如何產生這麼多種類的特異性抗體呢? 其主要途徑有兩個, 第一個途徑是藉由基因重組: 在生成抗體多樣性的基因區塊中, 有三個由重複基因組成的片段小區, 分別命名為V, D和J小區, 在抗體生成的過程中, 經由基因重組過程中的VDJ排列組合和輕重鏈變化, 人體共可以產生3e11種不同蛋白序列的抗體. 第二個途徑則是發生在和抗原接觸後, 藉由這個特定區域隨機基因突變的機制, 以類似物競天擇的方式, 將和抗原結合的區域, 進行進一步的優化. 突變後結合力更好的抗體, 會得到免疫系統的獎勵, 使表現這些優質抗體的B細胞大幅增生. 而結合力不好的抗體, 就會被逐漸淘汰. 但是抗體的結合力是有極限的.
抗體的結合力可分為兩方面:締合常數(ka)和解離常數(kd). 締合常數是衡量抗體和抗原之間相互結合時所需要的時間和蛋白濃度, 其數值單位為”每秒莫耳”(s-1M-1). 由於締合常數受到分子擴散速度的限制, 因此學界公認抗原和抗體之間的締合常數極限值為1e6每秒莫耳. 而解離常數是計算讓半數抗原/抗體複合物解離開所需要的時間, 其使用單位是每秒(s-1). 抗原抗體之間的解離常數主要是受到內吞作用時程的限制. 因為在B細胞表面的抗體, 和抗原結合後會激發訊息傳遞, 造成這株B細胞的增生. 解離常數越低的抗體, 和抗原結合的時間越長, 也更能刺激細胞增生. 但是由於內吞作用會將抗原/抗體複合物送進細胞內分解, 中止訊息傳遞. 而內吞作用有固定的時程, 因此半數解離的時間遠高於內吞作用時程的A抗體和另一個半數解離時間等於內吞作用時程的B抗體相比, 並不具有更高的細胞增殖優勢. 因此正常狀況下解離常數的極限值受限於內吞作用速率, 其數值為1e-4 s-1.
因此目前學界公認的抗體的締合常數及解離常數極限分別為, 1e6每秒莫耳及1e-4 每秒. 因為抗體親和力的定義為:
解離常數/締合常數, 1e-4每秒/ 1e6每秒莫耳=1e-10莫耳. 所以在正常狀態下, 經由免疫接種所產生的總體抗體親和力極限為1e-10莫耳. 而藉由VADEX-pro平台免疫所產生的總體抗體親和力可以打破學界所認定的抗體親和力極限, 達到1e-12莫耳, 或是更低.
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參考文獻
1. Foote, J. and H.N. Eisen, Breaking the affinity ceiling for antibodies and T cell receptors. Proc Natl Acad Sci U S A, 2000. 97(20): p. 10679-81.
2. Batista, F.D. and M.S. Neuberger, Affinity dependence of the B cell response to antigen: a threshold, a ceiling, and the importance of off-rate. Immunity, 1998. 8(6): p. 751-9.