IgG抗體分子經何種處理後會產生 2個Fab以及1個Fc？

本題觀念：

本題聚焦在抗體IgG分子經不同酶或化學試劑處理後於hinge region（鉸鏈區）產生的片段組成差異。必須了解Fab（antigen-binding fragment）與Fc（crystallizable fragment）的結構位置及各種酶切特異性。

選項分析

• 選項A pepsin
  Pepsin在酸性環境下作用，優先於鉸鏈區下游切割，使得兩個Fab仍以二硫鍵相連，產生一個F(ab')₂（約5S，divalent）和多段小分子Fc肽段，無完整Fc存在，與題目所述「2個Fab＋1個Fc」不符 (nature.com)(gbiosciences.com)。

• 選項B papain
  Papain為thiol-type protease，可在鉸鏈區上游切割，斷開兩條heavy chains間的二硫鍵，結果產生兩個單價Fab（各含一條light chain與一條Fd片段，約3.5S）及一個完整Fc（約3.5S） (nature.com)。完全符合題意。

• 選項C mercaptoethanol
  2-mercaptoethanol為強還原劑，可打斷IgG的所有二硫鍵，產生individual heavy chains與light chains的分離（heavy-chain dimers及free light chains），但不會保留Fab或Fc結構域的二級組裝，故不會產生「2個Fab＋1個Fc」 (pmc.ncbi.nlm.nih.gov)。

• 選項D trypsin
  Trypsin為serine protease，作用於多種peptide bond，對IgG酶切產物多樣且不具專一性；有文獻指出tryptic digestion視IgG subclass可能產生少量Fab與Fc，但generally不會產生典型的2個Fab＋1個Fc結構，也因片段種類多且不可預測而非常用於制備Fab/Fc (pubmed.ncbi.nlm.nih.gov)。

答案解析

IgG結構包含兩條heavy chains與兩條light chains，鉸鏈區連接Fab與Fc。Papain於鉸鏈區上游切斷heavy chains間之二硫鍵，使每條heavy chain分別與各自light chain組成Fab（單價），同時斷裂後的heavy-chain C端二聚體則形成完整Fc。此酶切方式穩定且常用於Fab製備；與此不同，pepsin於下游切割，保留兩Fab相連之F(ab')₂；化學還原劑則破壞所有二硫鍵；trypsin切割多樣且無法專一取得完整Fc。因此，最符合「2個Fab以及1個Fc」的處理方法為papain。

核心知識點

• IgG基本結構：兩條heavy (H) chains＋兩條light (L) chains，hinge region作為Fab與Fc連接處
• Fab與Fc功能與結構：
  • Fab：variable region＋部分constant region，抗原結合位
  • Fc：heavy chain C-terminal二聚體，與Fc receptor結合
• Fragmentation方法：
  • Papain：切於hinge上游 (NH₂端)，產生2 Fab + 1 Fc (nature.com)
  • Pepsin：切於hinge下游 (COOH端)，產生1 F(ab')₂ + 小肽段Fc (nature.com)
  • 還原劑 (2-ME)：破壞所有interchain disulfide bonds，得到heavy/light chains (pmc.ncbi.nlm.nih.gov)
  • Trypsin：切割多樣且不可預測，不用於標準Fab/Fc分離

臨床重要性

Fab與Fc片段在免疫診斷及治療開發上用途廣泛：

• Fab：無Fc介導之細胞效應，可減少ADCC/CDC不良反應
• Fc：用於Fc融合蛋白或Fc receptor研究
  掌握酶切條件有助於抗體藥物片段化設計與生產工藝優化。