人類(lèi)生活在復(fù)雜多變的環(huán)境中，每時(shí)每刻都會(huì)接觸到各種各樣的微生物，受到一些類(lèi)似抗原物質(zhì)的侵?jǐn)_，從而使機(jī)體致病。為了抵御這些外來(lái)侵?jǐn)_，使自身得以繼續(xù)生存，人體必須形成幾十萬(wàn)、幾百萬(wàn)甚至更多種相應(yīng)的特異性抗體以抵抗外界的抗原物質(zhì)，才能免遭其害，保護(hù)自己。我們會(huì)從抗體的產(chǎn)生及多樣性進(jìn)行其原因的闡述與分析。
1.抗原的呈遞
抗原呈遞細(xì)胞（antigen presenting cell, APC）的抗原呈遞作用是一個(gè)涉及抗原攝取、處理與呈遞的復(fù)雜過(guò)程[1]。最主要的抗原呈遞分子是主要組織相容性復(fù)合物（majorhistocompatibility complex, MHC）[2]。MHC分為兩個(gè)大類(lèi)：MHC-I和MHC-II,它們呈遞的抗原蛋白來(lái)源不同，降解抗原的方式不同，結(jié)合肽段長(zhǎng)度也不同，可以分別將抗原呈遞給細(xì)胞毒性T細(xì)胞 (CD8 T cell) 和輔助型T細(xì)胞 (CD4 T cell)[3,4] 。結(jié)合
現(xiàn)以MHC-II呈遞外源性蛋白為例簡(jiǎn)述抗原提成過(guò)程。
外源性抗原經(jīng)APC吞噬或吞飲作用，被攝入胞內(nèi)形成吞噬體，后者與溶酶體融合形成吞噬溶酶體?？乖谕淌扇苊阁w內(nèi)酸性環(huán)境中被蛋白水解酶降解為小分子多肽，其中具有免疫原性的稱(chēng)為抗原肽[3,5]。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中合成的MHC-II類(lèi)分子進(jìn)入高爾基體后，由分泌小泡攜帶，通過(guò)與吞噬溶酶體融合，使抗原肽與小泡內(nèi)MHC-Ⅱ類(lèi)分子結(jié)合形成抗原肽-MHCⅡ類(lèi)分子復(fù)合物。所形成的復(fù)合物可能在高爾基復(fù)合體參與下被轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞膜表面，被T細(xì)胞受體（TCR）識(shí)別并呈遞給TH細(xì)胞[6]。供TCR識(shí)別的先決條件是兩種細(xì)胞的直接接觸并相互作用。這種細(xì)胞間的相互作用涉及APC與TH表面多種分子。除了TCR特異性地同時(shí)識(shí)別多肽-MHC-Ⅱ分子的復(fù)合物外，某些粘附分子也參與抗原呈遞過(guò)程?；罨腡H細(xì)胞可分泌各種細(xì)胞因子，用于B細(xì)胞、Tc細(xì)胞等的激活過(guò)程，產(chǎn)生可清除抗原的特異性抗體。
2.B細(xì)胞分化及抗體的產(chǎn)生
哺乳類(lèi)動(dòng)物B細(xì)胞的分化過(guò)程主要可分為前B細(xì)胞、不成熟B細(xì)胞、成熟B細(xì)胞、活化B細(xì)胞和漿細(xì)胞五個(gè)階段。其中前B細(xì)胞和不成熟B細(xì)胞的分化是抗原非依賴(lài)的，其分化過(guò)程在骨髓中進(jìn)行，不成熟B細(xì)胞開(kāi)始表達(dá)膜結(jié)合型IgM（mIgM）?？乖蕾?lài)階段是指成熟B細(xì)胞（膜表面同時(shí)表達(dá)mIgM和mIgD）在抗原刺激后，在APC和TH細(xì)胞的輔助下成為活化B細(xì)胞（mIg水平逐漸降低，分泌型Ig逐漸增加，并可發(fā)生Ig基因重鏈的類(lèi)別轉(zhuǎn)換），并繼續(xù)分化為合成和分泌抗體的漿細(xì)胞，發(fā)揮體液免疫的功能，這個(gè)階段的分化主要是在外周免疫器官中進(jìn)行的。
因此，抗體存在于脊椎動(dòng)物的血液等體液中，及其B細(xì)胞的細(xì)胞膜表面，其主要功能是與抗原結(jié)合后，有效地清除侵入機(jī)體內(nèi)的微生物、寄生蟲(chóng)等異物。
抗體是具有4條多肽鏈的對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)，其中2條較長(zhǎng)、相對(duì)分子量較大的相同的重鏈（H鏈）；2條較短、相對(duì)分子量較小的相同的輕鏈（L鏈）。鏈間由二硫鍵和非共價(jià)鍵聯(lián)結(jié)形成一個(gè)由4條多肽鏈構(gòu)成的單體分子。輕鏈有κ和λ兩種，重鏈有γ、μ、α、ε和δ五種[7]，依據(jù)重鏈分型不同Ig分為IgM、IgG、IgA、IgD和IgE 五類(lèi)。
整個(gè)抗體分子可分為恒定區(qū)和可變區(qū)兩部分。在給定的物種中，不同抗體分子的恒定區(qū)都具有相同的或幾乎相同的氨基酸序列。可變區(qū)位于'Y'的兩臂末端，也稱(chēng)抗原結(jié)合片段（antigen-binding fragment, Fab），一個(gè)抗體分子上的兩個(gè)抗原結(jié)合部位是相同的；'Y'的柄部稱(chēng)結(jié)晶片段（crystalline fragment, FC）。
3.免疫球蛋白多樣性
抗體的組成極為復(fù)雜，是由成千上萬(wàn)、多種多樣的Ig分子所組成。這些Ig分子在形狀、大小、結(jié)構(gòu)以及氨基酸的組成和排列上，既相似，又有差別。
3.1可變區(qū)異質(zhì)性
恒定區(qū)的基因可以決定Ig分子的類(lèi)別和亞類(lèi)，為造成Ig分子多樣性的原因之一，但造成免疫球蛋白分子多樣性的主要原因在于可變區(qū)的異質(zhì)性。
在可變區(qū)內(nèi)有一小部分氨基酸殘基變化特別強(qiáng)烈，這些氨基酸的殘基組成和排列順序更易發(fā)生變異，稱(chēng)高變區(qū)。高變區(qū)位于分子表面，最多由17個(gè)氨基酸殘基構(gòu)成，少則只有2~3個(gè)。高變區(qū)是抗原結(jié)合位，與抗原表位互補(bǔ)，又稱(chēng)為互補(bǔ)決定區(qū)（complement-determiningregions，CDRs）[8]，其氨基酸序列決定了該抗體結(jié)合抗原抗原的特異性[9,10]。重鏈及輕鏈各含有三個(gè)CDR，在三維空間結(jié)構(gòu)中呈現(xiàn)為環(huán)狀，分布在抗體分子表面與抗原特異性結(jié)合。
3.2 V(D)J重組
抗體的L鏈由C、V、J三個(gè)基因簇編碼
H鏈由C、V、D、J四個(gè)基因簇編碼
人類(lèi)控制免疫球蛋白H鏈的基因位點(diǎn)在第14號(hào)染色體長(zhǎng)臂上，由編碼可變區(qū)的V基因片段（VH）、D基因片段（DH）、J基因片段（JH）、C基因片段（CH）4類(lèi)基因片段組成，其中VH有45種、DH有23種、JH有6種、CH有9種[18]。H鏈上的恒定區(qū)由C基因片段控制，一般是恒定不變的；H鏈上的可變區(qū)由VH、DH、JH 3種基因片段控制。在漿細(xì)胞成熟過(guò)程中重鏈基因的VH、JH、DH 3種基因片段間可以發(fā)生隨機(jī)重組，不同的組合導(dǎo)致產(chǎn)生不同結(jié)構(gòu)的重鏈基因。
根據(jù)體細(xì)胞基因重排學(xué)說(shuō)，B細(xì)胞在完成重鏈可變區(qū)基因的重排后，開(kāi)始輕鏈（Lλ鏈和Lκ鏈）可變區(qū)基因的重排。人類(lèi)控制Lλ鏈的基因位點(diǎn)在第22號(hào)染色體長(zhǎng)臂上，有Vλ、Jλ和Cλ 3類(lèi)基因片段，其中Vλ有30種、Jλ有4種、Cλ有4種。Lλ鏈上的恒定區(qū)由Cλ基因片段控制，一般是恒定不變；Lλ鏈上的可變區(qū)由Vλ和Jλ2種基因片段控制。在漿細(xì)胞成熟過(guò)程中，Lλ鏈基因的Vλ和Jλ 2種基因片段間可以發(fā)生隨機(jī)重組，不同的組合產(chǎn)生不同結(jié)構(gòu)的Lλ鏈基因。人類(lèi)控制Lκ鏈的基因位點(diǎn)在第2號(hào)染色體短臂上，有Vκ、Jκ、Cκ 3類(lèi)基因片段，其中Vκ有40種、Jκ有5種、Cκ僅1種[18]。
這些外顯子在重組酶（RE）的作用下，通過(guò)多種多樣的重排，所合成出的肽鏈，還要再進(jìn)一步進(jìn)行L和H鏈組合，這樣最后生成的抗體種類(lèi)就非常多了[12]?？贵w基因重排發(fā)生在淋巴細(xì)胞分化的時(shí)候[13]。
3.3類(lèi)別轉(zhuǎn)換
一個(gè)B淋巴細(xì)胞克隆在分化過(guò)程的初期，不成熟B細(xì)胞只表達(dá)mIgM和mIgD，這兩種Ig具有相同的抗原結(jié)合區(qū)域。抗原激活B細(xì)胞后，膜上表達(dá)和分泌的Ig類(lèi)別會(huì)從IgM轉(zhuǎn)換成IgG、IgA、IgE等其他類(lèi)別或亞類(lèi)的Ig[12]。此時(shí)VH基因片段保持不變，而發(fā)生CH基因節(jié)段的重排，即結(jié)合抗原的特異性相同，但其重鏈類(lèi)型（恒定區(qū)）發(fā)生改變。這樣，同一B細(xì)胞的子代細(xì)胞就可以產(chǎn)生針對(duì)同一抗原的、特異性的、不同類(lèi)別的抗體。局部微環(huán)境和細(xì)胞因子可影響和調(diào)節(jié)免疫球蛋白的類(lèi)型轉(zhuǎn)換[14]。
細(xì)胞因子調(diào)節(jié)B細(xì)胞Ig類(lèi)別轉(zhuǎn)換的機(jī)理可能是：(1)刺激某些細(xì)胞的克隆選擇性的增殖,使分泌某特定類(lèi)、亞類(lèi)抗體的克隆細(xì)胞增加,如IL-5、IL-6促進(jìn)IgA產(chǎn)生除通過(guò)同種型轉(zhuǎn)換進(jìn)行調(diào)節(jié)外，還可選擇性促進(jìn)IgA定向細(xì)胞分化增殖為IgA分泌細(xì)胞。(2)通過(guò)誘導(dǎo)特定位置上兩個(gè)轉(zhuǎn)換區(qū)的重組，誘導(dǎo)B細(xì)胞由分泌IgM向某一同種型Ig轉(zhuǎn)換。
3.4體細(xì)胞高頻突變和抗體的親和力成熟
B細(xì)胞在完成重鏈基因、輕鏈基因的重排后,成熟的B細(xì)胞在外周淋巴器官生發(fā)中心接受抗原刺激后會(huì)發(fā)生高頻度的突變，主要在重鏈區(qū)基因發(fā)生堿基點(diǎn)突變，稱(chēng)為體細(xì)胞高頻突變(somatic hypermutation)[15]。體細(xì)胞的高頻突變極大增加了免疫球蛋白基因的多樣性，同時(shí)還可以使形成的抗體親和力進(jìn)一步成熟。
突變后產(chǎn)生的各種B細(xì)胞克隆的BCR親和力各不相同，在其表面表達(dá)高親和力抗體的B細(xì)胞會(huì)在與其他細(xì)胞的反應(yīng)中獲得強(qiáng)烈的存活信號(hào)，而表達(dá)低親和力抗體的B細(xì)胞則逐漸凋亡[16]。其總體結(jié)果是，后代B細(xì)胞及其產(chǎn)生的抗體對(duì)抗原的平均親和力得到了提升，稱(chēng)為抗體的親和力成熟(affinity maturation)，使所分泌的抗體可更有效地保護(hù)機(jī)體免受外來(lái)抗原的再次侵襲[17]。只有那些表達(dá)高親和力抗原受體的B細(xì)胞，才能有效的結(jié)合抗原，并在抗原特異的Th細(xì)胞增殖，產(chǎn)生高親和力抗體[17]。
在以上多樣性抗體基因指導(dǎo)下，形成了多種多樣的重鏈蛋白質(zhì)分子和輕鏈蛋白質(zhì)分子。此外，受體編輯、免疫球蛋白的類(lèi)別轉(zhuǎn)換等因素也可以大大增加免疫球蛋白結(jié)構(gòu)的多樣性[18]?？梢哉f(shuō)，自然界有多少種抗原物質(zhì)，人體就能產(chǎn)生多少種免疫球蛋白分子，就能形成多少種抗體。
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