抗體的特異性形成和類別轉(zhuǎn)換

馬學(xué)喬

摘 要 一個B細(xì)胞產(chǎn)生的抗體（分泌型免疫球蛋白）具有唯一的由重鏈可變區(qū)和輕鏈形成的抗原結(jié)合域，可以和細(xì)胞外液中的抗原結(jié)合，中和抗原，形成沉淀，以便巨噬細(xì)胞等消滅抗原。而同一個B細(xì)胞的膜型免疫球蛋白具有相同的抗原結(jié)合域，可識別抗原，激活B細(xì)胞。不同類別的免疫球蛋白具有不同的恒定區(qū)。B 2 細(xì)胞免疫依賴胸腺成熟的輔助性T細(xì)胞，而B 1 細(xì)胞免疫則不需要。

關(guān)鍵詞 抗體 特異性 類別轉(zhuǎn)換中圖分類號 Ｇ633. 91 文獻(xiàn)標(biāo)志碼 B

人教版高中生物學(xué)（2019年版）《選擇性必修一·穩(wěn)態(tài)與調(diào)節(jié)》中“免疫調(diào)節(jié)”一章介紹了體液免疫中抗體產(chǎn)生的過程。抗原刺激B細(xì)胞是激活B細(xì)胞的第一個信號。抗原被APC抗原呈遞細(xì)胞呈遞給Th細(xì)胞，即輔助性T細(xì)胞，激活Th細(xì)胞Th細(xì)胞特定分子變化并與B細(xì)胞結(jié)合，這是激活B細(xì)胞的第二個信號。在兩個信號共同作用下，B細(xì)胞開始增殖分化成漿細(xì)胞，并產(chǎn)生和分泌抗體。其實教材描述的是B 2 細(xì)胞在T-AD抗原即T細(xì)胞依賴型抗原刺激下最終產(chǎn)生抗體的過程。

學(xué)生應(yīng)當(dāng)掌握的一個關(guān)鍵信息是B細(xì)胞能特異性接收抗原信息，且抗體最后會和同一個抗原特異性結(jié)合。有的學(xué)生可能就會產(chǎn)生這樣的疑問：為什么B細(xì)胞最終得到的抗體能和抗原特異性結(jié)合？為什么抗體結(jié)合的抗原就是一開始和B細(xì)胞表面受體BCR結(jié)合的抗原？為什么有的題目中會出現(xiàn)不同抗體類型，如IgG、IgE，它們是由不同的還是相同的細(xì)胞產(chǎn)生的呢？下文對以上問題進(jìn)行解析。

1 抗體的抗原結(jié)合域是唯一的

B細(xì)胞受到抗原刺激后，增殖分化形成漿細(xì)胞，分泌抗體，抗體和該抗原特異性結(jié)合?？贵w的特異性是習(xí)題的常見考點，學(xué)生在學(xué)習(xí)時，會有一定的疑問：抗體的特異性是如何實現(xiàn)的？學(xué)生可能提出兩種推測：① 一個B細(xì)胞受到不同抗原刺激就分化成不同類型漿細(xì)胞產(chǎn)生相應(yīng)抗體；② 一個B細(xì)胞最終能產(chǎn)生的抗體是特定的，只有在相應(yīng)抗原刺激下它才能增殖分化成漿細(xì)胞分泌該抗體，而其他抗原刺激則無效。

對于以上兩種推測，查閱資料發(fā)現(xiàn)推測②符合事實。B細(xì)胞起源于造血干細(xì)胞，發(fā)育過程中經(jīng)過前B細(xì)胞階段，前B細(xì)胞基因重組后，不同的細(xì)胞形成不同的抗體相關(guān)基因，然后進(jìn)一步發(fā)育成B細(xì)胞。因此，B細(xì)胞產(chǎn)生特異性抗體的關(guān)鍵是前B細(xì)胞的基因重組。

抗體是由兩條輕鏈和兩條重鏈組成，其中輕鏈有兩種：κ鏈和λ鏈，重鏈分為可變區(qū)和恒定區(qū)，輕鏈和重鏈的可變區(qū)是抗原結(jié)合域。以重鏈的可變區(qū)為例，它由V、D、J三部分組成，其中每部分對應(yīng)的基因數(shù)量是依次為250到1 000個、4個和12個。進(jìn)行基因重組時，由不同的V基因、D基因、J基因可以組成非常多的基因類型（有的僅由V基因和J基因組成），如V1-D1-J1和V2-D1-J1等，同時一個抗體基因組合中V基因可以不止一個，比如V1V2-D1-J1，因此基因組合的多樣性非常高，可以達(dá)到10 000到40 000種。此外，由于輕鏈的多樣性以及結(jié)合位置的多樣性，抗體的種類約達(dá)10 9-10 11 。兩個前B細(xì)胞基因重組后相同的概率極低，因此每個B細(xì)胞的基因都是獨特的。

但前B細(xì)胞抗體基因位于一對同源染色體上，它們分別進(jìn)行基因重排后是共同表達(dá)，還是只表達(dá)其中一條染色體上的抗體基因呢？回答這個問題需要了解等位排斥和同種型排斥。在前B細(xì)胞中，一條染色體上抗體重鏈基因的有效重排，會抑制另一條染色體上重鏈的基因重排，因此最終只有一條染色體上的基因得以表達(dá)，保證了B細(xì)胞產(chǎn)生的抗體的重鏈只有一種情況。類似的，輕鏈雖然有兩種，但是一個抗體分子也只能表達(dá)其中的一種，所以不會出現(xiàn)一個細(xì)胞分泌的抗體輕鏈既有κ鏈又有λ鏈的情況。

總之，由于B細(xì)胞發(fā)育過程中經(jīng)歷過基因重組，使得每個B細(xì)胞產(chǎn)生的抗體的重鏈可變區(qū)和輕鏈具有獨特性，抗原結(jié)合域都只針對一種抗原，因此B細(xì)胞產(chǎn)生的抗體具有特異性。生物體內(nèi)含有多種B細(xì)胞，等待著與進(jìn)入體內(nèi)的抗原結(jié)合，只有受到合適的特異性抗原刺激，B細(xì)胞才會被激活，增殖分化成漿細(xì)胞并產(chǎn)生特異性抗體。如圖1所示，由于基因重組，不同B細(xì)胞最后產(chǎn)生的抗體IgG抗原結(jié)合域（②和④黑色部分）不同。

2 不同類別抗體的恒定區(qū)不同

抗體的特異性是指抗體重鏈可變區(qū)和輕鏈形成的抗原結(jié)合域是唯一的，有的學(xué)生會進(jìn)一步思考：抗體恒定區(qū)是否具有特異性呢？其實B細(xì)胞會表達(dá)不同的恒定區(qū)，并由此得到不同的免疫球蛋白（Ig），其中分為兩大類：膜型免疫球蛋白和分泌型免疫球蛋白（即抗體）。膜型免疫球蛋白在B細(xì)胞膜上，有mIgM和mIgD（m表示在膜上，M和D是基于恒定區(qū)不同對免疫球蛋白的分類），與B細(xì)胞識別抗原的作用密切相關(guān)。B細(xì)胞抗原受體BCR由膜型免疫球蛋白和Igα/Igβ（即 CD79a/CD79b）組成。前者可特異性結(jié)合抗原，后者輔助傳遞信息引起胞內(nèi)一系列變化。

分泌型免疫球蛋白IgM、IgD、IgG、IgE等，作用于不同發(fā)育階段和免疫過程中，IgM是初次免疫產(chǎn)生的抗感染抗體，激活補體的能力很強。IgG占血清免疫球蛋白的75%到80%，是再次免疫時體內(nèi)產(chǎn)生的主要的抗感染抗體，在個體免疫中起主要作用。IgE在過敏反應(yīng)中發(fā)揮作用并能對抗寄生蟲。IgA主要存在于唾液、淚液、乳汁及呼吸道等的分泌液中，能通過黏膜，在黏膜抗感染過程中發(fā)揮作用。IgD的功能目前知之甚少。原初B細(xì)胞第一次激活時主要產(chǎn)生IgM（還有少量IgD），成熟時會進(jìn)行類別轉(zhuǎn)換形成其他抗體如IgG、IgE、IgA。不同免疫球蛋白的類別轉(zhuǎn)換是因為恒定區(qū)的基因也有多個，在RNA剪接加工時，可變區(qū)和不同的恒定區(qū)基因組合，就得到不同類型的免疫球蛋白。因此，B細(xì)胞產(chǎn)生的膜型免疫球蛋白與抗體的恒定區(qū)是不同的，如圖1同一個細(xì)胞產(chǎn)生的mIgM①和IgG②有不同的恒定區(qū)（白色部分），但是，它們的抗原結(jié)合域（①和②的黑色部分）結(jié)構(gòu)完全一致。一個B細(xì)胞及其增殖產(chǎn)生的子細(xì)胞，經(jīng)歷基因重組和等位排斥，抗體的抗原結(jié)合部分的基因是特定的，所以其產(chǎn)生的各種免疫球蛋白的抗原結(jié)合域相同。而鑒于學(xué)生沒有上述知識背景，教師在向?qū)W生講解時可以引導(dǎo)他們從結(jié)果來反推。一個B細(xì)胞由膜型免疫球蛋白識別抗原，接著增殖分化后分泌的抗體也必須能結(jié)合同一抗原，因此推測它們有著一樣的與抗原結(jié)合的結(jié)構(gòu)。

3 B 1 細(xì)胞和B 2 細(xì)胞的差異

教材中提到B細(xì)胞激活需要雙重信號，其中Th細(xì)胞的刺激必不可少，那么當(dāng)HIV侵染人體并導(dǎo)致Th細(xì)胞幾乎消失時，人體是不是就沒有體液免疫了呢？其實教材中提到的以及上述段落描述的都是B 2 細(xì)胞，它們是針對Th細(xì)胞依賴性抗原T-AD進(jìn)行免疫的，Th細(xì)胞的刺激信號是必須的。但人體內(nèi)還有B 1 細(xì)胞，它們是針對Th細(xì)胞非依賴性抗原T-ID（主要是一些多糖物質(zhì)）進(jìn)行免疫的，不需要Th細(xì)胞激活，可被抗原直接激活并產(chǎn)生親和力弱的IgM，并與多種抗原結(jié)合，特異性沒有B 2 細(xì)胞最終得到的IgG抗體強，因此B 1 細(xì)胞的多樣性比B 2 細(xì)胞少，并且B 1 細(xì)胞發(fā)育階段沒有經(jīng)歷類別轉(zhuǎn)換?？紤]到IgG是體內(nèi)主要的抗感染抗體，因此考題主要考查IgG抗體的產(chǎn)生過程和特異性，而B 1 細(xì)胞和它產(chǎn)生的IgM的特點可以作為課后閱讀材料，拓寬學(xué)生的視野。

綜上所述，B細(xì)胞發(fā)育過程中，經(jīng)過V（D）J基因重組等過程，表達(dá)出了具有特異性的由重鏈可變區(qū)和輕鏈形成的抗原結(jié)合域，從而使抗體能和特定的抗原結(jié)合，發(fā)揮免疫作用。同一個B細(xì)胞產(chǎn)生的免疫球蛋白具有不同的恒定區(qū)。B2 細(xì)胞免疫過程需要抗原和 Th 細(xì)胞的雙重信號的激活，而 B1 細(xì)胞免疫過程則不需要。

參考文獻(xiàn)：

松佩拉克. 免疫學(xué)概覽［M］. 北京：北京大學(xué)醫(yī)學(xué)出版社. 2016.