抗體的特異性形成和類別轉換

馬學喬

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

關鍵詞 抗體 特異性 類別轉換中圖分類號 Ｇ633. 91 文獻標志碼 B

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

學生應當掌握的一個關鍵信息是B細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合。有的學生可能就會產生這樣的疑問：為什么B細胞最終得到的抗體能和抗原特異性結合？為什么抗體結合的抗原就是一開始和B細胞表面受體BCR結合的抗原？為什么有的題目中會出現不同抗體類型，如IgG、IgE，它們是由不同的還是相同的細胞產生的呢？下文對以上問題進行解析。

1 抗體的抗原結合域是唯一的

B細胞受到抗原刺激后，增殖分化形成漿細胞，分泌抗體，抗體和該抗原特異性結合。抗體的特異性是習題的常見考點，學生在學習時，會有一定的疑問：抗體的特異性是如何實現的？學生可能提出兩種推測：① 一個B細胞受到不同抗原刺激就分化成不同類型漿細胞產生相應抗體；② 一個B細胞最終能產生的抗體是特定的，只有在相應抗原刺激下它才能增殖分化成漿細胞分泌該抗體，而其他抗原刺激則無效。

對于以上兩種推測，查閱資料發現推測②符合事實。B細胞起源于造血干細胞，發育過程中經過前B細胞階段，前B細胞基因重組后，不同的細胞形成不同的抗體相關基因，然后進一步發育成B細胞。因此，B細胞產生特異性抗體的關鍵是前B細胞的基因重組。

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，重鏈分為可變區和恒定區，輕鏈和重鏈的可變區是抗原結合域。以重鏈的可變區為例，它由V、D、J三部分組成，其中每部分對應的基因數量是依次為250到1 000個、4個和12個。進行基因重組時，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，可以達到10 000到40 000種。此外，由于輕鏈的多樣性以及結合位置的多樣性，抗體的種類約達10 9-10 11 。兩個前B細胞基因重組后相同的概率極低，因此每個B細胞的基因都是獨特的。

但前B細胞抗體基因位于一對同源染色體上，它們分別進行基因重排后是共同表達，還是只表達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，保證了B細胞產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其中的一種，所以不會出現一個細胞分泌的抗體輕鏈既有κ鏈又有λ鏈的情況。

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

2 不同類別抗體的恒定區不同

抗體的特異性是指抗體重鏈可變區和輕鏈形成的抗原結合域是唯一的，有的學生會進一步思考：抗體恒定區是否具有特異性呢？其實B細胞會表達不同的恒定區，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細胞膜上，有mIgM和mIgD（m表示在膜上，M和D是基于恒定區不同對免疫球蛋白的分類），與B細胞識別抗原的作用密切相關。B細胞抗原受體BCR由膜型免疫球蛋白和Igα/Igβ（即 CD79a/CD79b）組成。前者可特異性結合抗原，后者輔助傳遞信息引起胞內一系列變化。

分泌型免疫球蛋白IgM、IgD、IgG、IgE等，作用于不同發育階段和免疫過程中，IgM是初次免疫產生的抗感染抗體，激活補體的能力很強。IgG占血清免疫球蛋白的75%到80%，是再次免疫時體內產生的主要的抗感染抗體，在個體免疫中起主要作用。IgE在過敏反應中發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揮作用。IgD的功能目前知之甚少。原初B細胞第一次激活時主要產生IgM（還有少量IgD），成熟時會進行類別轉換形成其他抗體如IgG、IgE、IgA。不同免疫球蛋白的類別轉換是因為恒定區的基因也有多個，在RNA剪接加工時，可變區和不同的恒定區基因組合，就得到不同類型的免疫球蛋白。因此，B細胞產生的膜型免疫球蛋白與抗體的恒定區是不同的，如圖1同一個細胞產生的mIgM①和IgG②有不同的恒定區（白色部分），但是，它們的抗原結合域（①和②的黑色部分）結構完全一致。一個B細胞及其增殖產生的子細胞，經歷基因重組和等位排斥，抗體的抗原結合部分的基因是特定的，所以其產生的各種免疫球蛋白的抗原結合域相同。而鑒于學生沒有上述知識背景，教師在向學生講解時可以引導他們從結果來反推。一個B細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合同一抗原，因此推測它們有著一樣的與抗原結合的結構。

3 B 1 細胞和B 2 細胞的差異

教材中提到B細胞激活需要雙重信號，其中Th細胞的刺激必不可少，那么當HIV侵染人體并導致Th細胞幾乎消失時，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 細胞，它們是針對Th細胞依賴性抗原T-AD進行免疫的，Th細胞的刺激信號是必須的。但人體內還有B 1 細胞，它們是針對Th細胞非依賴性抗原T-ID（主要是一些多糖物質）進行免疫的，不需要Th細胞激活，可被抗原直接激活并產生親和力弱的IgM，并與多種抗原結合，特異性沒有B 2 細胞最終得到的IgG抗體強，因此B 1 細胞的多樣性比B 2 細胞少，并且B 1 細胞發育階段沒有經歷類別轉換。考慮到IgG是體內主要的抗感染抗體，因此考題主要考查IgG抗體的產生過程和特異性，而B 1 細胞和它產生的IgM的特點可以作為課后閱讀材料，拓寬學生的視野。

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

參考文獻：

松佩拉克. 免疫學概覽［M］. 北京：北京大學醫學出版社. 2016.