導讀
人體似乎能夠產(chǎn)生無限量的抗體(免疫球蛋白[Ig])分子-也許宇宙中的每個抗原至少有一個歼捏！計算表明免胃，人類抗體庫中可能有多達10^11種不同的抗體分子可用糠雨，這些抗體具有不同特異性料滥。本章描述了B細胞中產(chǎn)生抗體多樣性的各種機制。在T細胞中也存在類似的機制產(chǎn)生T細胞受體(TCR)多樣性讳推，但迄今為止尚未在其他基因中檢測到這些機制顶籽。這些不同機制統(tǒng)稱為多樣性的產(chǎn)生。上圖概述了組裝完整免疫球蛋白分子（Ig）的各個步驟银觅，本章描述在B細胞中組裝Ig的途徑礼饱。
免疫球蛋白基因
如第四章所述，Ig有兩種多肽鏈究驴，重鏈和輕鏈镊绪。每個鏈都有一個變量(V)和常數(shù)(C)區(qū)域。Ig多肽鏈由基因片段編碼(Fig. 6.1)洒忧，這些基因片段在B細胞發(fā)育過程中被重新排列(Fig. 6.2) 蝴韭，從而組裝成編碼輕鏈或重鏈的功能基因 (Fig. 6.3)。這些基因片段除了V和C基因片段外熙侍，還包括前導基因片段(Leader榄鉴，L)、連接基因片段(Joining核行，J)和多樣性基因片段(Diversity牢硅，D)≈パ基因片段以集合或組的形式存在减余，這些集合或組是由基因片段不同版本的序列構成。例如惩系，五個不同的 Jk基因片段構成了 Jk集合位岔。Fig6.1展示了人輕鏈和重鏈基因片段的結構，并列舉了Igs的不同基因片段堡牡。
在B細胞的發(fā)育過程中(第14章)抒抬，Ig基因片段被重新排列彼此相連形成具有連續(xù)性的功能基因(見Fig6.3)。重排的過程被稱為體細胞重組晤柄，即使沒有抗原也會發(fā)生擦剑，從而產(chǎn)生潛在的抗體(抗原受體)分子。一旦完成輕鏈和重鏈基因的組裝，就能夠合成Ig輕鏈和重鏈惠勒，并將多肽鏈組裝成Ig分子赚抡。這種分子要么在B細胞表面表達，要么由稱為漿細胞的分化B細胞分泌(見Fig6.6和第14章)纠屋。
抗體鏈的V區(qū)構成抗原結合位點涂臣，C區(qū)提供特殊效應功能，如與細胞受體或補體蛋白結合售担×抟牛抗體多樣性是通過重組不同的基因片段，構建不同的V區(qū)產(chǎn)生的族铆。這大大減少了原本編碼大量不同抗體分子的基因數(shù)量岩四，也減少了抗體分子基因的基因組數(shù)量。
利用體細胞重組組裝可變區(qū)
在最初的基因重排發(fā)生之后(見Fig6.2)骑素，整個基因炫乓，包括外顯子(編碼序列)和內含子(非編碼序列)被轉錄成一個初級RNA轉錄本(見Fig6.3)。然后進行RNA剪接献丑，RNA處理酶去除內含子序列從而產(chǎn)生信使RNA(mRNA)，可翻譯成蛋白質侠姑。然后蛋白水解酶去除前導(L)肽序列(見Fig6.3)创橄。
輕鏈基因的V區(qū)由V、J片段組成莽红，重鏈基因的V區(qū)由V妥畏、D和J三個片段組成(見Fig6.2)诀诊。為了轉錄一個完整的V區(qū)赏半，V區(qū)基因片段(V和J或V、D和J)必須被“切割”盒蟆，然后由負責DNA重組的酶連接在一起鬼店。例如网棍，來自J段序列集合的一個J段與來自V段序列集合的一個V段組合以形成VL區(qū)域。類似地妇智，一個V段滥玷、一個D段和一個J段被重新排列形成VH區(qū)域。首先將D和J片段連接起來巍棱，然后將V基因片段與D惑畴、J片段連接起來，創(chuàng)建一個完整的VH外顯子(見Fig6.2)航徙。因為有多個V如贷、D和J基因片段(見Fig6.1)，可以創(chuàng)建許多不同、完整的可變區(qū)杠袱。例如尚猿，V1與J2結合的VL區(qū)，V6與J2結合形成的VL區(qū)具有不同的抗原特異性霞掺。
淋巴細胞中參與體細胞重組的酶復合物稱為V(D)J重組酶谊路。這些酶負責重排過程中細胞DNA的切割和重新連接。其中有兩種酶是重組激活基因RAG1和RAG2的產(chǎn)物菩彬，負責參與Ig基因體細胞重組的第一步切割缠劝。RAG-1和RAG-2酶僅存在于淋巴細胞中，這些酶的缺陷會導致淋巴細胞發(fā)育受阻(見Box7.1)骗灶。
因此惨恭，B細胞聯(lián)合2號染色體(κ輕鏈)或22號染色體(λ輕鏈)與14號染色體(重鏈)產(chǎn)生Ig。每個細胞都有2個基因分別繼承于雙親耙旦；每個基因的一個拷貝需要被沉默：如果同時處理來自母系和父系基因的可變片段脱羡，B細胞可以產(chǎn)生兩種不同的抗體特異性。雙親或母體基因沉默的過程被稱為等位基因排斥免都。
基因的組織與合成
人類輕鏈
如第四章所述锉罐，兩種類型的輕鏈是kappa(κ)和lambda(λ)。引發(fā)κ輕鏈合成的過程如Fig6.4中所示绕娘，并在下面描述脓规。合成λ輕鏈的過程基本相同。
在人類生殖系中的2號染色體的κ位點上發(fā)現(xiàn)了大約35個不同的 Vk 基因险领，每個 Vk 基因編碼N端(κ可變區(qū)的95個氨基酸殘基)侨舆。Vk區(qū)(即3‘)下游有5個Jk外顯子。每個Jk片段編碼κ可變區(qū)的第96到第108個氨基酸绢陌。在長內含子之后挨下，κ位點終止于編碼κ輕鏈恒定區(qū)的一個Ck外顯子。
為了合成κ輕鏈脐湾，處于B淋巴細胞早期的細胞(第14章)選擇一個Vk外顯子(如Vk3)臭笆，經(jīng)過V(D)J重組酶的重排后，將其連接到一個J片段(如Jk2)沥割。在本例中耗啦，將大約從V3的3‘端到J2的5’端中間的通過DNA循環(huán)將其切割出來，最終降解机杜。然后重排的DNA轉錄產(chǎn)生一個初級RNA轉錄本(見Fig6.4)帜讲。該初級RNA轉錄本通過RNA剪接后形成成熟的mRNA，如Vk3椒拗、Jk2和Ck外顯子一起產(chǎn)生成熟的mRNA似将。剪接去除了所有的中間序列(如J3获黔、J4和J5)，從而允許RNA翻譯成細胞內質網(wǎng)中的κ多肽鏈在验。λ鏈基因的過程與此相似玷氏，只是在人類22號染色體上發(fā)現(xiàn)了λ存在大約30Vλ和4個Jλ基因，每個Jλ基因都與不同的Cλ基因相關(見Fig6.1)腋舌，因此盏触，在人類中可能存在四種不同的λ輕鏈亞型。
人類重鏈
在人類基因組14號染色體上的重鏈位點上块饺，大約有50個VH赞辩，25個DH和6個JH基因片段存在(見Fig6.1)。多樣性(D)片段和J片段一樣授艰，編碼重鏈第三高變區(qū)(hv3)的氨基酸辨嗽。術語“高變區(qū)”用于Ig和TCR多樣性的討論(第7章)。
重鏈合成的機制(Fig6.5)與κ輕鏈的合成機制非常相似淮腾，不同的是VH外顯子的組裝需要三個片段而不是兩個糟需，并且重鏈位點中存在多個CH外顯子。
首先連接D和J片段谷朝，然后將V片段連接到組合的DJ片段形成完整的VH外顯子洲押。在重鏈RNA轉錄本的加工過程中，C區(qū)外顯子被剪接到VH外顯子上圆凰。
如Fig6.5所示诅诱，存在多個不同的CH區(qū)域。任意給定的VH區(qū)都可以通過類轉換的DNA重排過程與任何CH區(qū)一起表達送朱。不同的CH區(qū)具有不同的生物(效應)功能。這允許更多的多樣性干旁，因為相同的抗原特異性(V區(qū))可以與賦予不同效應器屬性的CH區(qū)相關聯(lián)驶沼，例如，穿過胎盤的能力或與不同細胞類型上的不同組分結晶型(Fc)受體結合的能力(見Fig4.7)争群。
抗體多樣性的產(chǎn)生
為了產(chǎn)生抗原受體多樣性，B細胞采用如下所述的遺傳機制：
1.V换薄、D和J基因片段有多個拷貝玉雾，例如大約有35個Vk基因片段。這就是所謂的種系多樣性轻要。
2.VJ和VDJ基因片段以多種組合重組复旬，稱為組合多樣性，例如冲泥，35個Vk和5個Jk片段可以形成175條(35×5)不同可變區(qū)的人κ輕鏈驹碍。
3.基因片段之間形成連接壁涎。例如，V基因片段與重排的DJ基因片段的連接涉及DNA切割志秃，隨后是核苷酸的加減怔球，以創(chuàng)建一個連接點(Table6.1)。這些事件的結果是浮还，不同B細胞中連接點處可產(chǎn)生不同的編碼序列竟坛，例如，通過酶末端脫氧核苷酸轉移酶(TDT)隨機添加核苷酸钧舌。不同序列會產(chǎn)生更大的抗體多樣性担汤，即連接多樣性。如Fig6.6所示延刘，假定結合位點上的氨基酸序列可以從-Ala-Arg-Asn-變?yōu)?Ala-Arg-Ile-漫试，這是主要化學結構變化，只需在VH與 DH JH片段的連接過程中刪除一個核苷酸即可碘赖。
4.輕鏈和重鏈可以有多種組合驾荣。原則上，任何重鏈都可以與任何輕鏈結合普泡。因為這兩條鏈都是抗原結合位點播掷，所以這種隨機排列的輕鏈和重鏈會產(chǎn)生不同的抗體特異性。例如撼班，200個不同的輕鏈與2000個不同的重鏈隨機結合歧匈，可能會產(chǎn)生420(4×105)個不同抗體。
5.抗原刺激后可發(fā)生體細胞高突變砰嘁。在組裝了功能性抗體基因件炉，B細胞對抗原產(chǎn)生反應后，另一種機制矮湘，稱為體細胞高突變斟冕，在V區(qū)產(chǎn)生額外的多樣性。這個機制的作用是以非常高的比率將點突變引入重鏈和輕鏈的V區(qū)缅阳。一些突變產(chǎn)生的抗體分子比“原始”抗體更適合抗原磕蛇。這些新抗體以更高的親和力結合抗原，表達它們的B細胞被優(yōu)先選擇成熟為漿細胞(第14章)十办。這種現(xiàn)象有時被稱為個體中抗體分子群體的親和成熟(affinity maturation)秀撇。
當B細胞對持續(xù)感染有反應時，用酶聯(lián)免疫吸附試驗(ELISA)測定的抗體數(shù)量逐漸增加向族。在一定程度上隨著時間的推移呵燕，產(chǎn)生更多的B細胞，進而分泌更多抗體炸枣。另外虏等，由于發(fā)生了體細胞突變弄唧，產(chǎn)生的抗體的質量得到了提高，親和力更高霍衫。感染被清除后候引，部分B細胞就會作為記憶B細胞存活下來。這些細胞來源于B細胞敦跌，由于親和成熟澄干，B細胞分泌了最佳的免疫球蛋白。
免疫球蛋白類別
類別轉換
如第四章所述麸俘，人免疫球蛋白有五類，分別是IgM惧笛、IgD从媚、IgG、IgE和IgA患整。這些Igs中的每一個都有CH基因(見Fig6.5)拜效，相同的VH外顯子可以重新排列，以便在免疫反應過程中的不同時間與不同的CH外顯子相關聯(lián)各谚。例如紧憾，在對抗原的免疫反應早期，B細胞總是表達IgM昌渤，隨后赴穗，在對同一抗原的反應，組裝的V區(qū)可在IgG抗體中表達膀息。這種變化涉及特定區(qū)域之間的DNA重組般眉，稱為切換區(qū)。使用不同的恒定區(qū)域可創(chuàng)建額外的多樣性潜支，因為不同的效應器功能與不同的C區(qū)域相關聯(lián)煤篙。
類別轉換使B細胞能夠根據(jù)特定情況定制抗體。例如毁腿，IgM是一種相當有用的抗體，用于治療血液中的感染苛茂，但其高分子量阻止了它擴散到組織中已烤。因此，B細胞在對組織感染(如膿腫)作出反應時妓羊，會發(fā)生類別轉換胯究，產(chǎn)生IgG。另一方面躁绸，免疫系統(tǒng)進化出IgA以應對粘膜表面(如腸道)的感染裕循。B細胞會因腸道感染從IgM轉變?yōu)镮gA細胞臣嚣，本章中的box描述了這些知識如何幫助診斷感染。
膜結合型和分泌型免疫球蛋白
B細胞能產(chǎn)生膜結合或分泌形式的Igs剥哑。膜結合型Ig在重鏈的末端有大約30個額外的氨基酸殘基硅则。這些殘基中包括一段大約長度為25的疏水氨基酸，它們將Ig錨定在細胞膜上株婴，在那里它可以作為受體發(fā)揮作用(見第11章)怎虫。這兩種不同的形式在不同的CH外顯子中編碼，并且不同的RNA加工方式 (見Fig6.6)用于產(chǎn)生分泌型或膜結合型Igs困介。同樣大审，這種RNA選擇性加工以及多聚腺苷酸位點選擇的調節(jié)機制還不完全清楚∽ǎ可能與抗原結合和/或與T細胞相互作用產(chǎn)生的信號有關(第16章)徒扶。
BOX 6.1 使用抗體診斷急性乙型肝炎感染
一位29歲的女性患者，有4周輕度發(fā)燒根穷、體重減輕和黃疸病史姜骡。并且有與多個伴侶發(fā)生無保護措施性行為的歷史，有一些自制紋身缠诅。除了明顯的肝功能異常外溶浴，病毒學診斷結果可以幫助判斷她黃疸的表現(xiàn)是否由急性乙型肝炎病毒感染引起。血液檢查顯示甲型肝炎和丙型肝炎病毒的抗體呈陰性管引，說明這些感染不太可能是她黃疸的原因士败。她的乙肝表面抗原(HBsAg)抗體呈陽性，但這可能與接種疫苗相關褥伴，但她不確定自己是否接種過疫苗谅将。在這種情況下，另外兩種情況可以排除這種可能性：
1重慢、HBsAg陽性饥臂。抗原似踱，不是抗體隅熙，只有在乙肝感染后才能檢測到，而不是在接種疫苗后核芽。她的病毒DNA也呈陽性囚戚，只有在感染后才能出現(xiàn)。
2.有抗乙肝核心抗原抗體(抗HBc)轧简。疫苗中不存在乙肝核心抗原(Fig6.7A)驰坊，因此接種疫苗不會產(chǎn)生針對它的抗體。而乙肝病毒中存在血紅蛋白哮独，在感染后會產(chǎn)生針對它的抗體拳芙〔烀辏可能診斷是我們病人黃疸的原因是乙型肝炎感染，慢性乙型肝炎感染者往往肝功能正常舟扎。這些人的免疫球蛋白G(IgG)抗HBc檢測呈陽性分飞。但該患者有IgM抗HBc，表明感染發(fā)生在過去的幾周內(Fig6.7B浆竭，C和Table6.2)浸须。所以診斷為急性乙型肝炎感染的可能性很大。
病人在沒有任何特殊治療的情況下逐漸感覺好多了邦泄。她的HBsAg和病毒DNA測試呈陰性删窒，表明她的身體正在控制感染。她的抗HBc種類從IgM轉到了IgG顺囊，時間才能證明她是否會成為慢性攜帶者肌索，以及她未來是否會出現(xiàn)更多與乙型肝炎感染相關的問題(見第23章)。
