人類生活在復雜多變的環境中,每時每刻都會接觸到各種各樣的微生物,受到一些類似抗原物質的侵擾,從而使機體致病。為了抵御這些外來侵擾,使自身得以繼續生存,人體必須形成幾十萬、幾百萬甚至更多種相應的特異性
抗體以抵抗外界的抗原物質,才能免遭其害,保護自己。我們會從抗體的產生及多樣性進行其原因的闡述與分析。
1.抗原的呈遞
抗原呈遞細胞(antigen presenting cell, APC)的抗原呈遞作用是一個涉及抗原攝取、處理與呈遞的復雜過程。zui主要的抗原呈遞分子是主要組織相容性復合物(majorhistocompatibility complex, MHC)。MHC分為兩個大類:MHC-I和MHC-II,它們呈遞的抗原蛋白來源不同,降解抗原的方式不同,結合肽段長度也不同,可以分別將抗原呈遞給細胞毒性T細胞 (CD8 T cell) 和輔助型T細胞 (CD4 T cell)[3,4] 。結合現以MHC-II呈遞外源性蛋白為例簡述抗原提成過程。
外源性抗原經APC吞噬或吞飲作用,被攝入胞內形成吞噬體,后者與溶酶體融合形成吞噬溶酶體。抗原在吞噬溶酶體內酸性環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為抗原肽[3,5]。內質網中合成的MHC-II類分子進入高爾基體后,由分泌小泡攜帶,通過與吞噬溶酶體融合,使抗原肽與小泡內MHC-Ⅱ類分子結合形成抗原肽-MHCⅡ類分子復合物。所形成的復合物可能在高爾基復合體參與下被轉運到細胞膜表面,被T細胞受體(TCR)識別并呈遞給TH細胞[6]。供TCR識別的先決條件是兩種細胞的直接接觸并相互作用。這種細胞間的相互作用涉及APC與TH表面多種分子。除了TCR特異性地同時識別多肽-MHC-Ⅱ分子的復合物外,某些粘附分子也參與抗原呈遞過程。活化的TH細胞可分泌各種細胞因子,用于B細胞、Tc細胞等的激活過程,產生可清除抗原的特異性抗體。
2.B細胞分化及抗體的產生
哺乳類動物B細胞的分化過程主要可分為前B細胞、不成熟B細胞、成熟B細胞、活化B細胞和漿細胞五個階段。其中前B細胞和不成熟B細胞的分化是抗原非依賴的,其分化過程在骨髓中進行,不成熟B細胞開始表達膜結合型IgM(mIgM)。抗原依賴階段是指成熟B細胞(膜表面同時表達mIgM和mIgD)在抗原刺激后,在APC和TH細胞的輔助下成為活化B細胞(mIg水平逐漸降低,分泌型Ig逐漸增加,并可發生Ig基因重鏈的類別轉換),并繼續分化為合成和分泌抗體的漿細胞,發揮體液免疫的功能,這個階段的分化主要是在外周免疫器官中進行的。
因此,抗體存在于脊椎動物的血液等體液中,及其B細胞的細胞膜表面,其主要功能是與抗原結合后,有效地清除侵入機體內的微生物、寄生蟲等異物。
抗體是具有4條多肽鏈的對稱結構,其中2條較長、相對分子量較大的相同的重鏈(H鏈);2條較短、相對分子量較小的相同的輕鏈(L鏈)。鏈間由二硫鍵和非共價鍵聯結形成一個由4條多肽鏈構成的單體分子。輕鏈有κ和λ兩種,重鏈有γ、μ、α、ε和δ五種[7],依據重鏈分型不同Ig分為IgM、IgG、IgA、IgD和IgE 五類。
整個抗體分子可分為恒定區和可變區兩部分。在給定的物種中,不同抗體分子的恒定區都具有相同的或幾乎相同的氨基酸序列。可變區位于"Y"的兩臂末端,也稱抗原結合片段(antigen-binding fragment, Fab),一個抗體分子上的兩個抗原結合部位是相同的;"Y"的柄部稱結晶片段(crystalline fragment, FC)。
3.免疫球蛋白多樣性
抗體的組成極為復雜,是由成千上萬、多種多樣的Ig分子所組成。這些Ig分子在形狀、大小、結構以及氨基酸的組成和排列上,既相似,又有差別。
3.1可變區異質性
恒定區的基因可以決定Ig分子的類別和亞類,為造成Ig分子多樣性的原因,但造成免疫球蛋白分子多樣性的主要原因在于可變區的異質性。
在可變區內有一小部分氨基酸殘基變化特別強烈,這些氨基酸的殘基組成和排列順序更易發生變異,稱高變區。高變區位于分子表面,zui多由17個氨基酸殘基構成,少則只有2~3個。高變區是抗原結合位,與抗原表位互補,又稱為互補決定區(complement-determiningregions,CDRs)[8],其氨基酸序列決定了該抗體結合抗原抗原的特異性[9,10]。重鏈及輕鏈各含有三個CDR,在三維空間結構中呈現為環狀,分布在抗體分子表面與抗原特異性結合。
3.2 V(D)J重組
抗體的L鏈由C、V、J三個基因簇編碼
H鏈由C、V、D、J四個基因簇編碼
人類控制免疫球蛋白H鏈的基因位點在第14號染色體長臂上,由編碼可變區的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鏈上的恒定區由C基因片段控制,一般是恒定不變的;H鏈上的可變區由VH、DH、JH 3種基因片段控制。在漿細胞成熟過程中重鏈基因的VH、JH、DH 3種基因片段間可以發生隨機重組,不同的組合導至產生不同結構的重鏈基因。
根據體細胞基因重排學說,B細胞在完成重鏈可變區基因的重排后,開始輕鏈(Lλ鏈和Lκ鏈)可變區基因的重排。人類控制Lλ鏈的基因位點在第22號染色體長臂上,有Vλ、Jλ和Cλ 3類基因片段,其中Vλ有30種、Jλ有4種、Cλ有4種。Lλ鏈上的恒定區由Cλ基因片段控制,一般是恒定不變;Lλ鏈上的可變區由Vλ和Jλ 2種基因片段控制。在漿細胞成熟過程中,Lλ鏈基因的Vλ和Jλ 2種基因片段間可以發生隨機重組,不同的組合產生不同結構的Lλ鏈基因。人類控制Lκ鏈的基因位點在第2號染色體短臂上,有Vκ、Jκ、Cκ 3類基因片段,其中Vκ有40種、Jκ有5種、Cκ僅1種。
這些外顯子在重組酶(RE)的作用下,通過多種多樣的重排,所合成出的肽鏈,還要再進一步進行L和H鏈組合,這樣zui后生成的抗體種類就非常多了
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