抗体多样性产生原因^[1]

抗体属于后天免疫系统的一部分，最早的脊椎动物鱼类就已经进化出抗体以抵御病原体的入侵。抗体本质是一种蛋白质，具有本身的氨基酸组成、排列和立体结构。天然的抗体由2条相同的重链和2条相同的轻链构成异源4聚体，分子量150KD左右。抗体CH1、CH2、CH3区的序列具有高度的保守性，轻重链的可变区V区具有高度的变异性。轻重链V区中的氨基酸序列的变异性在不同的位点又有差异，根据每个位点氨基酸变异的频率可将抗体轻重链V区划分为框架区（FR1 、FR2 、FR3）和互补决定区（CDR1、CDR2、CDR3），CDRs是决定抗体与抗原特异性识别的关键区域。抗体V区序列的变异性决定了抗体的多样性，而这种多样性主要来源于抗体基因的V（D）J重组、重组过程中发生的非同源末端修复，以及在抗体亲和力成熟过程中的体细胞高突变。

抗体的两条链分别由不同的基因编码。人类重链的基因位于14号染色体，由38 至 46 个功能性 VH片段、23个功能性 D 片段、6个功能性 JH 基因片段和9个CH片段构成。人类抗体的轻链有κ和λ两个亚型，分属于两个不同的基因。κ轻链基因位于 2 号染色体，含34-38个Vκ基因片段、5个Jκ基因片段和1个Cκ外显子。人λ轻链基因位于22 号染色体，由29-33个功能Vλ基因片段和4个Jλ基因片段组成。在B细胞成熟过程中抗体轻重链V（D）J基因片段会发生RAG1/2重组酶介导的重组，其结果是一个抗体重链包含一个V (VH)、一个D 和一个 J (JH)基因，与此重链配对的轻链包含一个V(VL) 和一个 J (JL)，这种重组是完全随机的。这种轻重链基因的随机重组配对产生了10⁶以上的多样性。

由于抗体基因的重组过程中发生基因大片段的删除和拼接，在此DNA修复过程中发生了P核苷酸添加、N核苷酸添加和核酸外切酶活性删除。P或回文核苷酸添加是由重组早期形成的发夹结构末端开放产生的，可在一段末端增加多达4个核苷酸。这种添加的频率在不同的片段末端和根据重排的基因片段而不同。N核苷酸添加是通过脱氧核苷酸转移酶末端 (TdT)在重链重排的VHD和DJH连接处以及在较小程度上在轻链的 VL和JL连接处随机添加核苷酸。N核苷酸加成对延长CDR3的长度、增加CDR3序列和构象多样性具有重要意义。此外核酸外切酶活性可从重组元件的编码末端去除多达15个核苷酸。这种V（D）J连接处核苷酸的增加或删减在一定程度上大大增加了抗体序列的多样性。

通过抗体基因片段重组及非同源末端修复，机体建立了多样性高达10⁷级的抗体表达库，这足以确保对环境中遇到的绝大多数抗原的应答，但这个库尚不足以产生高亲和力抗体。B 细胞成熟过程中会发生一些有意思的事情。通常，在人体细胞中DNA整体突变率非常低，每个DNA复制周期中1亿个碱基中仅大约有一个会发生突变。然而在次级淋巴结生发中心B细胞被抗原反复的激活与增值循环过程，B细胞会表达一种突变酶AID，它专门诱导DNA中U:G错配的产生进而产生点突变，或者使DNA双链断裂产生小片段的插入或缺失，导致体细胞突变 (SM)在抗体V区的一些高变热点成为高频事件，突变发生率每代每碱基对高达10^-3，造成抗体基因进一步多样化，这个现象被称为体细胞高突变。体细胞高突变有3种可能的结果，即抗体分子与其同源抗原的亲和力保持不变，或者增加，或者降低。突变后具有更高亲和力BCR的B细胞相比低亲和力BCR抗体的B细胞更易受到刺激。也正因如此，体细胞高突变的结果是产生了更多的B细胞，这些B细胞的BCR 对其同源抗原具有高亲和力。有效的结果是为了使成熟的B细胞可以继续增殖，它们必须结合于其同源抗原而不断被重新刺激。这样的结果是选择出了具有对同源抗原具有较高亲和力受体的 B 细胞，这个过程称之为亲和力突变。这些经历亲和力选择，表达高亲和力BCR的成熟B细胞分化为浆细胞后将持续分泌高亲和力抗体。

参考资料