這是一個(gè)繽紛多彩的世界，眾生各得其時(shí)，恣意生長(zhǎng)；又是一個(gè)危機(jī)四伏的世界，萬(wàn)物相生相克，終歸塵土。世界因多變而精彩，又因未知而危險(xiǎn)。各種各樣的病毒、細(xì)菌、真菌和寄生蟲(chóng)讓人防不勝防，是各類呼吸系統(tǒng)、循環(huán)系統(tǒng)、消化系統(tǒng)或皮膚黏膜疾病的元兇之一。導(dǎo)致中世紀(jì)歐洲人口驟減的鼠疫陰魂不散，瘧疾、霍亂弧菌、流感病毒仍然施虐人間，而今2019-NCOV的猙獰面孔又展現(xiàn)在我們面前，歷史上每一次疾病大流行都將樂(lè)土變煉獄。在歷史長(zhǎng)河的慢慢旅途中我們注定會(huì)遇到數(shù)不盡看不清摸不著的各種“敵人”的侵襲，但幸運(yùn)的是我們的祖先在進(jìn)化過(guò)程中給我們?cè)缫褱?zhǔn)備好了一款應(yīng)對(duì)各種異源入侵的強(qiáng)有力武器，就是抗體。具科學(xué)家推算，保證應(yīng)對(duì)各類抗原的最低多樣性是10⁷，然而抗體的多樣性已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于這個(gè)數(shù)值，那么是什么讓抗體具有如此多的多樣性，下面讓我們一一道來(lái)。

抗體多樣性產(chǎn)生原因^[1]

抗體屬于后天免疫系統(tǒng)的一部分，最早的脊椎動(dòng)物魚(yú)類就已經(jīng)進(jìn)化出抗體以抵御病原體的入侵。抗體本質(zhì)是一種蛋白質(zhì)，具有本身的氨基酸組成、排列和立體結(jié)構(gòu)。天然的抗體由2條相同的重鏈和2條相同的輕鏈構(gòu)成異源4聚體，分子量150KD左右�？贵wCH1、CH2、CH3區(qū)的序列具有高度的保守性，輕重鏈的可變區(qū)V區(qū)具有高度的變異性。輕重鏈V區(qū)中的氨基酸序列的變異性在不同的位點(diǎn)又有差異，根據(jù)每個(gè)位點(diǎn)氨基酸變異的頻率可將抗體輕重鏈V區(qū)劃分為框架區(qū)（FR1 、FR2 、FR3）和互補(bǔ)決定區(qū)（CDR1、CDR2、CDR3），CDRs是決定抗體與抗原特異性識(shí)別的關(guān)鍵區(qū)域。抗體V區(qū)序列的變異性決定了抗體的多樣性，而這種多樣性主要來(lái)源于抗體基因的V（D）J重組、重組過(guò)程中發(fā)生的非同源末端修復(fù)，以及在抗體親和力成熟過(guò)程中的體細(xì)胞高突變。

抗體V（D）J基因重組

抗體的兩條鏈分別由不同的基因編碼。人類重鏈的基因位于14號(hào)染色體，由38 至 46 個(gè)功能性 VH片段、23個(gè)功能性 D 片段、6個(gè)功能性 JH 基因片段和9個(gè)CH片段構(gòu)成。人類抗體的輕鏈有κ和λ兩個(gè)亞型，分屬于兩個(gè)不同的基因。κ輕鏈基因位于 2 號(hào)染色體，含34-38個(gè)Vκ基因片段、5個(gè)Jκ基因片段和1個(gè)Cκ外顯子。人λ輕鏈基因位于22 號(hào)染色體，由29-33個(gè)功能Vλ基因片段和4個(gè)Jλ基因片段組成。在B細(xì)胞成熟過(guò)程中抗體輕重鏈V（D）J基因片段會(huì)發(fā)生RAG1/2重組酶介導(dǎo)的重組，其結(jié)果是一個(gè)抗體重鏈包含一個(gè)V (VH)、一個(gè)D 和一個(gè) J (JH)基因，與此重鏈配對(duì)的輕鏈包含一個(gè)V(VL) 和一個(gè) J (JL)，這種重組是完全隨機(jī)的。這種輕重鏈基因的隨機(jī)重組配對(duì)產(chǎn)生了10⁶以上的多樣性。

非同源末端修復(fù)
 

由于抗體基因的重組過(guò)程中發(fā)生基因大片段的刪除和拼接，在此DNA修復(fù)過(guò)程中發(fā)生了P核苷酸添加、N核苷酸添加和核酸外切酶活性刪除。P或回文核苷酸添加是由重組早期形成的發(fā)夾結(jié)構(gòu)末端開(kāi)放產(chǎn)生的，可在一段末端增加多達(dá)4個(gè)核苷酸。這種添加的頻率在不同的片段末端和根據(jù)重排的基因片段而不同。N核苷酸添加是通過(guò)脫氧核苷酸轉(zhuǎn)移酶末端 (TdT)在重鏈重排的VHD和DJH連接處以及在較小程度上在輕鏈的 VL和JL連接處隨機(jī)添加核苷酸。N核苷酸加成對(duì)延長(zhǎng)CDR3的長(zhǎng)度、增加CDR3序列和構(gòu)象多樣性具有重要意義。此外核酸外切酶活性可從重組元件的編碼末端去除多達(dá)15個(gè)核苷酸。這種V（D）J連接處核苷酸的增加或刪減在一定程度上大大增加了抗體序列的多樣性。

體細(xì)胞高突變

通過(guò)抗體基因片段重組及非同源末端修復(fù)，機(jī)體建立了多樣性高達(dá)10⁷級(jí)的抗體表達(dá)庫(kù)，這足以確保對(duì)環(huán)境中遇到的絕大多數(shù)抗原的應(yīng)答，但這個(gè)庫(kù)尚不足以產(chǎn)生高親和力抗體。B 細(xì)胞成熟過(guò)程中會(huì)發(fā)生一些有意思的事情。通常，在人體細(xì)胞中DNA整體突變率非常低，每個(gè)DNA復(fù)制周期中1億個(gè)堿基中僅大約有一個(gè)會(huì)發(fā)生突變。然而在次級(jí)淋巴結(jié)生發(fā)中心B細(xì)胞被抗原反復(fù)的激活與增值循環(huán)過(guò)程，B細(xì)胞會(huì)表達(dá)一種突變酶AID，它專門誘導(dǎo)DNA中U:G錯(cuò)配的產(chǎn)生進(jìn)而產(chǎn)生點(diǎn)突變，或者使DNA雙鏈斷裂產(chǎn)生小片段的插入或缺失，導(dǎo)致體細(xì)胞突變 (SM)在抗體V區(qū)的一些高變熱點(diǎn)成為高頻事件，突變發(fā)生率每代每堿基對(duì)高達(dá)10^-3，造成抗體基因進(jìn)一步多樣化，這個(gè)現(xiàn)象被稱為體細(xì)胞高突變。體細(xì)胞高突變有3種可能的結(jié)果，即抗體分子與其同源抗原的親和力保持不變，或者增加，或者降低。突變后具有更高親和力BCR的B細(xì)胞相比低親和力BCR抗體的B細(xì)胞更易受到刺激。也正因如此，體細(xì)胞高突變的結(jié)果是產(chǎn)生了更多的B細(xì)胞，這些B細(xì)胞的BCR 對(duì)其同源抗原具有高親和力。有效的結(jié)果是為了使成熟的B細(xì)胞可以繼續(xù)增殖，它們必須結(jié)合于其同源抗原而不斷被重新刺激。這樣的結(jié)果是選擇出了具有對(duì)同源抗原具有較高親和力受體的 B 細(xì)胞，這個(gè)過(guò)程稱之為親和力突變。這些經(jīng)歷親和力選擇，表達(dá)高親和力BCR的成熟B細(xì)胞分化為漿細(xì)胞后將持續(xù)分泌高親和力抗體。

 機(jī)體通過(guò)抗體基因的重組、非同源末端修復(fù)和體細(xì)胞高突變，抗體的V區(qū)序列具有極高的多樣性，從而構(gòu)建了一個(gè)多樣性足夠高、親和力足夠強(qiáng)的抗體庫(kù)，以確保對(duì)各類病原體的有效應(yīng)答。

參考資料