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IgG抗体由四条肽链组成：

两条重链（H链）：从Y形中心延伸至两臂，每链包含可变区（VH）和三个恒定区（CH1、CH2、CH3）。

两条轻链（L链）：仅存在于Y形两臂，由可变区（VL）和一个恒定区（CL）构成。

二硫键网络：两条重链通过铰链区的二硫键连接，每条重链再通过另一组二硫键与轻链结合，形成一个稳定的结构。

IgG抗体，特别是在重链的恒定区（Fc段），存在糖基化修饰。它对抗体的功能和活性有重要影响。下面我们一起来展开讲一讲抗体糖基化吧。

在抗体的合成和成熟过程中，糖基作为共翻译和翻译后修饰的一部分，在内质网（ER）和高尔基体（Golgi）中被添加到蛋白上，这一过程称为糖基化。其中，N-聚糖是连接到蛋白中天冬酰胺（Asn）氨基酸的氮原子上的糖类化合物，其附着高度依赖特定的氨基酸序列，通常发生在Asn-Xaa-Ser/Thr的保守序列中（其中 Xaa 可以是除脯氨酸（Pro）以外的任何氨基酸）。部分免疫球蛋白类别仅含有N-聚糖（如 IgG[IgG3 亚类除外]、IgE、IgM），而其他类别则同时含有N-聚糖和O-聚糖（如 IgG3、IgA1 和 IgD）。

其中，免疫球蛋白G（IgG）的糖基化修饰最为简单。除 IgG3 之外，每种IgG亚类（IgG1-4）在两条重链的恒定区2（CH2）中各有一个高度保守的N-糖基化位点（Asn297）。IgG糖基化的相对低复杂性，以及其在人体血液中丰度较高，使其更易于并更为深入地进行研究和表征。

（一）Fc CH2结构域中保守Asn297 N-糖基化位点的糖链结构

如前所述，四种IgG亚类中的三种（IgG1、IgG2和IgG4）在重链Fc区的CH2恒定区域均具有一个保守的糖基化位点，位于氨基酸残基Asn 297处。该糖基化位点被N-糖链所占据，如图1。由于IgG的Fc区由两条完全相同且对称的重链组成，每个IgG分子通常携带两个N-糖链。唯一例外的是IgG3亚类，它不仅包含保守的Asn 297 N-糖基化位点，还具有额外的糖基化位点。

（图1 IgG1-4亚类上的糖基化位点及其糖基化结构。仅显示在每个糖基化位点发现的最丰富的聚糖结构。）

所有N-糖链（包括IgG上的糖链）均具有相同的五糖核心结构（图2）。该核心结构包含两个N-乙酰氨基葡萄糖（GlcNAc）残基，三个甘露糖残基。在复杂型N-糖链中，每个分支的核心甘露糖残基上进一步连接GlcNAc残基，并可进一步连接半乳糖和唾液酸。此外，在复杂型N-糖链中，第一个GlcNAc可以连接岩藻糖，该修饰被称为核心岩藻糖基化。对于IgG上的复杂型糖链，核心甘露糖残基可以额外连接一个GlcNAc残基，称为双分支GlcNAc（bisecting GlcNAc）。

IgG Fc区Asn 297位点的糖链主要属于复杂型糖链，高甘露糖型和混合型糖链在体内IgG上的总占比不足1%（图2）。人血清IgG Fc区糖链中，大约35%是不含半乳糖的双分支复杂型糖链（无半乳糖化糖链），而含有半乳糖的糖链占比约65%。在这65%中，近40%的糖链在一个分支上携带半乳糖（单半乳糖化糖链），15%的糖链在两个分支上均携带半乳糖（双半乳糖化糖链），约12%的糖链在一个分支上携带唾液酸（单唾液酸化糖链）。超过90%的IgG Fc区糖链含有核心岩藻糖。此外，约10%–15%的IgG Fc糖链含有双分支GlcNAc。

（图2 三种类型的N-糖：复合型、混合型和高甘露糖型。这三种类型的N-糖均存在于人血浆IgG中。复合型N-糖最为常见，而混合型和高甘露糖型N-糖的丰度极低。）

（二）Fab区可变区N-糖基化位点的糖链结构

除了IgG Fc区保守的Asn 297 N-糖基化位点外，研究表明15%–25%的循环IgG抗体还包含位于Fab区可变区域的N-糖基化位点。这些糖基化位点并非所有IgG分子都有，而是在体细胞超突变过程中获得的，相对研究较少。

糖链显著影响IgG分子的构象，这种结构性影响直接关系到IgG与Fcγ受体以及其他相互作用分子（如补体成分C1q）的相互作用，IgG抗体通过这些分子发挥效应功能。

（一）糖链大小对IgG结构的影响

糖链的大小对Fc部分的构象有显著影响。其中，较大的N-糖链（具有10个单糖残基，包括两个末端半乳糖）附着在Fc部分时，两个CH2结构域之间的距离较大。相反，当附着的只有核心结构甚至更简化的N-糖链（只有6或4个单糖残基）时，CH2结构域的位置则更靠近。这表明，Fc部分构象的开放程度依赖于附着的特定N-糖链。

（二）糖链有无对IgG结构的影响

糖链在稳定IgG CH2区域的构象中起着重要作用，这种稳定性有助于维持IgG Fc部分的开放构象，并确保IgG分子中蛋白和糖链部分的暴露和适当的定位，从而促进与Fcγ受体的相互作用。另一方面，缺乏糖链的IgG Fc部分（基于消化后的Fc片段和总IgG结构的观察）具有更高的结构灵活性，能够采用从更加封闭到更加开放的不同构象状态。这种非糖基化IgG的结构不稳定且动态，可能是其与Fcγ受体相互作用受阻的原因。

（三）糖链组成对IgG结构的影响

糖链组成对IgG结构的影响可能非常复杂，且对下游免疫反应有深远的影响。多项研究报告称，含有半乳糖的IgG糖链对IgG CH2区域的结构有显著的稳定作用。研究还显示，位于Asn 297位置的糖链附有唾液酸时，会引起CH2区域发生显著的结构变化。这种变化使得携带唾液酸糖链的IgG Fc部分采用更加封闭的构象，而与缺乏唾液酸的IgG相比，呈现出不同的构象。这种封闭的IgG构象与完全缺乏糖链的IgG有所不同。

（四）IgG糖基化对IgG热稳定性的影响

缺乏糖链和只含有简单糖链（仅限核心N-糖链结构和核心岩藻糖）的IgG显示出较低的热稳定性。另一方面，含有半乳糖糖链的IgG被报道具有比其他糖基化IgG变体更高的热稳定性，尽管半乳糖对热稳定性的影响并未得到一致确认。

IgG参与多种免疫反应，包括抗体依赖的细胞介导的细胞毒性作用（ADCC）、补体依赖的细胞毒性作用（CDC）以及抗炎免疫反应等。为了启动这些免疫反应，IgG与各种免疫细胞上的Fcγ受体（FcγR）、补体的C1q成分，以及其他细胞结合或溶解分子如DC-SIGN、CD22、CD23和TRIM21相互作用。这些IgG与受体、补体成分及其他分子之间的相互作用对于激活下游信号通路，进而执行各种免疫反应至关重要。

（一）IgG完全缺乏糖基化对效应功能的影响

缺乏N-糖链的IgG（无论是通过酶解去糖还是特定去除保守的Asn 297糖基化位点的N-糖链，或仅使用去糖化的Fc片段）表现出与Fcγ受体和补体成分C1q的结合显著降低或完全丧失。由于IgG的Fc部分与FcγR的相互作用对于启动ADCC和吞噬作用等免疫效应反应至关重要，研究表明，糖链缺失IgG与FcγRs的结合减少或丧失，直接导致其诱导ADCC的能力显著降低或完全丧失，进而无法有效清除目标细胞。研究还显示，缺乏糖链的IgG抗体与补体成分C1q的结合减少，显著削弱了其激活C1q依赖的CDC的能力。

（二）部分糖基化（半糖基化）IgG对效应功能的影响

一项研究比较了完全糖基化（IgG的Fc部分两个重链均有糖链）和半糖基化（IgG的Fc部分只有一个重链有糖链，另一个没有糖链）重组单克隆IgG1抗体与FcγRs和补体C1q的结合，结果显示，半糖基化IgG对所有FcγRs的结合亲和力降低了2-3倍，导致其ADCC活性降低3.5倍。这些发现强调了IgG糖基化的重要性，特别是保守位点上同时被糖链占据。

（三）IgG展示效应功能所需的最小糖基化

研究发现，只有一个单糖附着在Fc部分Asn 297位点上的IgG已足以使其与FcγR相互作用，并能引导IgG发挥效应功能。尽管最小糖基化的IgG似乎足以激活FcγRs，研究显示，只有一个单糖（GalNAc）或两个单糖（GalNAc和核心岩藻糖）的IgG1和IgG3抗体与补体系统的C1q成分的结合减少，类似于完全缺乏糖链的IgG。因此，已证明，最小糖基化的IgG抗体无法激活CDC。总的来说，最小糖基化IgG对不同效应功能的激活或抑制的影响高度依赖于IgG亚型、特定疾病背景以及整体免疫系统环境等。

附着在IgG抗体Fc部分保守的297 N-糖基化位点上的糖基成分极大地影响IgG的效应功能。某些糖基结构能够增强特定的IgG效应功能，优先激活某些效应功能，抑制其他功能。因此，糖基化的IgG被认为是促进炎症和抗炎反应之间的重要开关。

（一）核心岩藻糖基化对IgG效应功能的影响

IgG的效应功能受到糖基组成的显著影响。大量研究表明，IgG抗体的Asn 297糖基不含核心岩藻糖时，相较于含核心岩藻糖的IgG，它对FcγRIIIa和FcγRIIIb受体的亲和力显著增强（亲和力提高20到50倍，图3），并使得NK细胞的ADCC功能显著增强。

IgG缺少核心岩藻糖增强ADCC的这一证明已被广泛用于提升依赖ADCC的治疗性单克隆抗体的效能，用于治疗各种疾病。更重要的是，一些非核心岩藻糖的治疗性抗体已获临床批准（用于治疗淋巴瘤和哮喘），而许多其他抗体正在临床试验或开发中，针对各种类型的癌症、病毒感染以及炎症和自身免疫性疾病进行治疗。

（二）分支GlcNAc对IgG效应功能的影响

IgG中含有较高比例的分支GlcNAc时，其与FcγRIIIa的结合能力增强，并导致ADCC（抗体依赖性细胞介导的细胞毒作用）活性提升。然而，在部分研究中，被认为能增强FcγRIIIa结合和ADCC活性的糖基结构不仅含有分支GlcNAc，同时也缺乏核心岩藻糖。因此，目前的研究尚难以确定FcγRIIIa结合增强和ADCC提升是否完全由核心岩藻糖的缺失所致，还是分支GlcNAc也起到了额外的作用。

（三）末端半乳糖基化对IgG效应功能的影响

Fc末端半乳糖基化对经典补体途径中C1q成分的结合能力更强。此外，半乳糖的存在还能增强IgG与FcγRIIIa受体的结合，从而提升FcγRIIIa表达的效应细胞介导的抗体依赖细胞毒性（ADCC）活性，这一增强作用与IgG糖基是否含有核心岩藻糖无关。

在炎症性和自身免疫性疾病中，IgG半乳糖基化水平下降。因此，缺乏半乳糖基化的IgG被认为是促炎性的，而含有半乳糖基化的IgG则表现出抗炎特性。

（四）末端唾液酸化对IgG效应功能的影响

IgG抗体Fc区糖基化中唾液酸的存在会影响IgG与补体系统C1q的相互作用以及补体激活、沉积和CDC的效率，但不同研究结果存在一定矛盾。研究表明，唾液酸化是IgG在促炎和抗炎功能之间切换的关键因素。例如，唾液酸化不仅能降低致病性自身抗体的毒性，还能将这些抗体转化为抗炎介质，从而改善自身免疫疾病的症状。这些发现为开发新的治疗方法提供了重要思路。

（五）高甘露糖型对IgG功能的影响

虽然高甘露糖IgG糖链在人血浆IgG中的含量很低（不到总IgG糖链的1%），对血浆IgG的影响较小，但在重组抗体中，高甘露糖糖链的比例有时会超过20%，因此对重组抗体的性质可能产生重要影响。

（图3 差异Fc糖基化对IgG效应功能的影响。本图中使用的图标来自BioRender.com，糖链结构使用GlycoWorkbench创建。(?)符号表示基于当前文献的不确定性）。

自2000年代末以来，高通量分析技术的发展使得对IgG糖基化的大规模研究成为可能。这些研究涵盖了数千名个体，包括普通人群和特定疾病群体，从而提高了IgG糖基化研究的统计可靠性，并揭示了其在健康和疾病状态下的特征。

（一）IgG糖基化的个体差异及其遗传与环境影响

IgG糖基化存在较大的个体差异。例如，不含半乳糖的IgG糖链在不同个体间的比例可在15%至65%之间波动，而含有一个或两个半乳糖、唾液酸或分支GlcNAc的IgG糖链也存在较大变异性。遗传因素可解释个体间IgG糖基化差异的约50%。另一半差异则归因于一系列生理和环境因素，包括激素差异和生活方式行为（如饮食和体力活动），这些因素塑造了每个人IgG的糖基化。

（二）年龄和性别对IgG糖基化的影响

IgG糖基化模式随年龄发生显著变化。例如，不含半乳糖的IgG糖链水平随年龄增加，而含有两个半乳糖或唾液酸的IgG糖链水平则随年龄下降。此外，分支GlcNAc的水平随年龄增加。性别对IgG糖基化的影响较小，仅解释1%的变异。

（三）IgG糖基化与炎症和衰老的关系

IgG糖基化在炎症和衰老过程中起关键作用。

炎症作用：IgG的糖基化状态决定其促炎或抗炎功能。随着年龄增长，IgG糖基化模式向促炎方向转变，例如不含半乳糖的IgG糖链增加，而含唾液酸的糖链减少，这种变化与多种炎症相关疾病相似。因此，IgG糖基化可能在“炎症性衰老”（inflammaging）中发挥作用，并促进与衰老相关疾病的发生。

生物学年龄标志物：IgG糖基化模式可解释41%-58%的年龄变异，并可用于区分健康与不健康的衰老模式。例如，基于三种特定糖链计算的GlycanAge指数可解释58%的年龄差异，并与不健康生活方式（如高BMI、血糖水平异常等）相关。因此，IgG糖基化不仅反映个体的生理年龄，还可作为生物学年龄的标志物。

IgG糖基化的变化已在多种疾病中被观察到，包括炎症性和自身免疫性疾病、传染病、心脏代谢疾病、癌症、神经退行性疾病以及许多其他疾病。

（一）炎症性和自身免疫性疾病

IgG糖基化水平与C-反应蛋白（CRP）和白细胞介素-6（IL-6）等炎症标志物密切相关，炎症状态通常伴随IgG半乳糖基化和唾液酸化水平降低，而核心岩藻糖化水平升高。

在炎症性和自身免疫性疾病中，例如，类风湿性关节炎（RA）患者、系统性红斑狼疮（SLE）患者、炎症性肠病（IBD）患者，患者体内糖基化变化早在这些症状出现前几年就已发生，甚至可提前10年检测到，可以说IgG糖基化是炎症性和自身免疫性疾病早期筛查的潜在生物标志物并区分严重程度。

（二）心血管疾病

炎症是许多心血管疾病（CVD）的重要诱因，而IgG糖链在炎症调控中发挥关键作用，因此多项研究发现IgG糖基化在CVD中发生变化。最早揭示IgG糖基化与心血管疾病相关性的研究，是对英国两个人群的横断面分析，该研究发现IgG半乳糖基化水平较高与较低的CVD风险相关，而双分支GlcNAc糖链则与较高的CVD风险正相关。

（三）感染性疾病

IgG糖基化研究也进一步揭示了其在感染性疾病严重程度中的作用。例如，COVID-19患者的血浆IgG糖基化模式在重症病例中会发生显著变化，表现为无半乳糖（agalactosylated）和核心岩藻糖化（core-fucosylated）的IgG糖链增加，而半乳糖化（galactosylated）、唾液酸化（sialylated）以及双分支GlcNAc糖链减少。

（一）体重与营养对IgG糖基化的影响

减重会使得IgG糖组更“年轻”，糖基的炎症潜力降低，而增重则会加速糖基衰老。可以说，这也激励或倡导我们去保持健康的生活方式，例如减重或卡路里限制。

（二）运动对IgG糖基化的影响

身体活动对IgG糖基化的影响因个体差异而异。研究发现，身体不活跃的人群相比活跃人群，具有较高的糖组衰老程度，而职业运动员的糖基衰老程度反而更接近于不活跃的肥胖人群，表明过度运动可能引发免疫功能的改变。所以，在日常生活中，我们要保持适量并规律的运动才能让糖组更加有“活力”（温馨提示：需要长期坚持适量运动，不能三天打鱼两天晒网哦）。

（三）激素和药物对IgG糖基化的影响

激素，特别是雌激素，对IgG糖基化影响显著，尤其是在IgG的半乳糖化和唾液酸化过程中，以及分支GlcNAc的水平（这种效应似乎仅限于IgG）。此外，药物如抗炎生物制剂（例如英夫利昔单抗）对IgG糖基化有显著的调节作用。这些药物的引入通常会改善糖基的炎症相关特征。 

糖组学的发展迅速推动了糖医学的崛起，对于深入了解疾病的发生机制、提高诊断与治疗效果、推动药物研发和生物制药、实现个性化医疗等都具有重要的意义。

“工欲善其事，必先利其器”，毛细管电泳技术正作为糖链分析常用的一种技术手段，具备灵敏度高、快速、高通量、分离效率高、样品消耗少以及适用性广等特点，可以为抗体药物糖基化给予精准表征。我们相信随着糖组检测设备（糖组分析仪Glycome 316）的广泛使用，会助力更多抗体药物上市。