是什么產(chǎn)生了抗體多樣性？

如果沒有抗原的存在，人類免疫系統(tǒng)可以產(chǎn)生10多種12不同的抗體和多達(dá)10種18對(duì)外來(lái)抗原的反應(yīng)。哺乳動(dòng)物免疫系統(tǒng)已經(jīng)進(jìn)化到通過基因片段連接和體細(xì)胞超突變等機(jī)制產(chǎn)生比基因更多的抗體(圖1)。這些機(jī)制驅(qū)動(dòng)抗體多樣性，使免疫系統(tǒng)能夠快速檢測(cè)和中和病原體，并微調(diào)免疫反應(yīng)。

圖一：產(chǎn)生抗體多樣性的主要機(jī)制。

抗體位點(diǎn)與V(D)J重組

抗體基因座包含各種基因片段，這些基因片段在發(fā)育中的B細(xì)胞中重新排列以產(chǎn)生高度可變的抗體庫(kù)。輕鏈可變區(qū)(LC)由兩個(gè)基因片段組裝而成——一個(gè)長(zhǎng)可變(V)片段和一個(gè)短連接(J)片段(圖2)。重鏈(HC)可變區(qū)由V區(qū)段、J區(qū)段和多樣性(D)區(qū)段組裝而成。

圖二：人類重鏈和輕鏈基因座中基因片段的組織。

V、D和J區(qū)段的重組和連接產(chǎn)生了功能可變的免疫球蛋白區(qū)域(圖3)。對(duì)于人κ LCs，40 V片段可以與5 J片段中的任何一個(gè)結(jié)合，導(dǎo)致由該庫(kù)編碼的200種可能的組合。人類λ LCs的基因包含30 V區(qū)段和4 J區(qū)段，導(dǎo)致120個(gè)可能的可變?chǔ)藚^(qū)域。HC含有65 V片段，可與6 J和27 D片段中的任何一個(gè)結(jié)合，形成大約11，000個(gè)可能的可變HC區(qū)。

稱為位點(diǎn)特異性重組的過程介導(dǎo)V(D)J復(fù)合。染色體DNA雙鏈斷裂是由RAG重組酶引入的。這種酶復(fù)合物在每個(gè)V、D和J片段側(cè)翼的保守序列處結(jié)合并切割DNA。選定的V、D和J片段重新排列并連接形成V(D)J外顯子。DNA末端被DNA修復(fù)酶修復(fù)，導(dǎo)致基因片段的缺失或倒位。

在重組過程中，核苷酸經(jīng)常在連接位點(diǎn)丟失或插入，導(dǎo)致移碼突變。這個(gè)過程被稱為交界多樣化在可變區(qū)引入了額外水平的抗體多樣性，特別是在第三互補(bǔ)決定區(qū)(CDR3)。形成的V(D)J外顯子被轉(zhuǎn)錄并翻譯成功能性HC或LC(圖3)。

圖3：V(D)J重組形成重鏈和輕鏈的可變區(qū)

在單個(gè)B細(xì)胞中，任何可能的HC都可以重組，并與任何可能的LC一起產(chǎn)生。由于兩個(gè)H+L鏈都在抗原結(jié)合位點(diǎn)提供抗原特異性，這導(dǎo)致超過300萬(wàn)個(gè)獨(dú)特的抗體。組合多樣性通過區(qū)段連接和H+LC配對(duì)的不同組合來(lái)實(shí)現(xiàn)抗原結(jié)合位點(diǎn)的結(jié)合。

軀體超突變

軀體超突變(SHM)在V(D)J重組后提供了額外水平的抗體多樣性。由體細(xì)胞超突變引起的點(diǎn)突變?cè)黾恿丝勺儏^(qū)的變異，發(fā)生頻率是其他基因突變的一百萬(wàn)倍。雙鏈DNA斷裂被引入可變區(qū)，引發(fā)DNA損傷反應(yīng)途徑，促進(jìn)易錯(cuò)修復(fù)并產(chǎn)生突變抗體。

SHM有助于抗體對(duì)被稱為親和力成熟(圖4)。一些免疫球蛋白突變體比其他突變體更好地結(jié)合抗原，而一些突變體產(chǎn)生非生產(chǎn)性重排。的突變框架區(qū)域可變結(jié)構(gòu)域的抗體傾向于被選擇對(duì)抗，因?yàn)樗鼈儾辉鰪?qiáng)抗原結(jié)合和改變基本的抗體結(jié)構(gòu)。增強(qiáng)抗原結(jié)合的突變傾向于聚集在CDR區(qū)域。高突變的B細(xì)胞經(jīng)歷了一個(gè)選擇性過程生發(fā)中心其中B細(xì)胞以親和力依賴的方式競(jìng)爭(zhēng)各種信號(hào)，從而勝過親和力較低的B細(xì)胞克隆。選擇強(qiáng)親和力的結(jié)合物并增殖和成熟為抗體分泌細(xì)胞，而較低親和力的克隆通過細(xì)胞凋亡。

圖4：體細(xì)胞超突變導(dǎo)致更高親和力的抗體。

類別轉(zhuǎn)換重組

在B細(xì)胞發(fā)育過程中，細(xì)胞在生成一個(gè)抗體類別對(duì)另一個(gè)人來(lái)說(shuō)，這個(gè)過程叫做類別轉(zhuǎn)換重組(CSR)。IgM是B細(xì)胞合成的第一種免疫球蛋白，B細(xì)胞作為B細(xì)胞受體(BCR)插入質(zhì)膜。當(dāng)B細(xì)胞離開骨髓時(shí)，它們開始合成嵌在質(zhì)膜內(nèi)的IgM和IgD分子。一旦這些B細(xì)胞通過BCR與抗原相互作用并結(jié)合，就會(huì)導(dǎo)致膜結(jié)合IgM轉(zhuǎn)變?yōu)榭扇苄訧gM。隨著免疫反應(yīng)的進(jìn)行，發(fā)生幾個(gè)類別轉(zhuǎn)換事件以產(chǎn)生IgG、IgE或IgA抗體，通過記憶B細(xì)胞產(chǎn)生二次抗體反應(yīng)。

HC的恒定區(qū)決定了抗體的種類。因此，企業(yè)社會(huì)責(zé)任通過以下方式發(fā)生染色體內(nèi)缺失HC恒定區(qū)內(nèi)的開關(guān)區(qū)。CSR不同于V(D)J重組，因?yàn)镃SR發(fā)生在抗原刺激后，由輔助T細(xì)胞激活，并涉及識(shí)別DNA上不同側(cè)翼序列的不同酶。CSR僅改變恒定區(qū)而不影響抗原結(jié)合位點(diǎn)。因此，CSR將抗原結(jié)合位點(diǎn)分布在各種抗體類別中，并提供效應(yīng)子反應(yīng)和生物功能的多樣性。

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