抗体的特异性形成和类别转换

马学乔

摘 要 一个B细胞产生的抗体（分泌型免疫球蛋白）具有唯一的由重链可变区和轻链形成的抗原结合域，可以和细胞外液中的抗原结合，中和抗原，形成沉淀，以便巨噬细胞等消灭抗原。而同一个B细胞的膜型免疫球蛋白具有相同的抗原结合域，可识别抗原，激活B细胞。不同类别的免疫球蛋白具有不同的恒定区。B 2 细胞免疫依赖胸腺成熟的辅助性T细胞，而B 1 细胞免疫则不需要。

关键词 抗体 特异性 类别转换中图分类号 Ｇ633. 91 文献标志码 B

人教版高中生物学（2019年版）《选择性必修一·稳态与调节》中“免疫调节”一章介绍了体液免疫中抗体产生的过程。抗原刺激B细胞是激活B细胞的第一个信号。抗原被APC抗原呈递细胞呈递给Th细胞，即辅助性T细胞，激活Th细胞Th细胞特定分子变化并与B细胞结合，这是激活B细胞的第二个信号。在两个信号共同作用下，B细胞开始增殖分化成浆细胞，并产生和分泌抗体。其实教材描述的是B 2 细胞在T-AD抗原即T细胞依赖型抗原刺激下最终产生抗体的过程。

学生应当掌握的一个关键信息是B细胞能特异性接收抗原信息，且抗体最后会和同一个抗原特异性结合。有的学生可能就会产生这样的疑问：为什么B细胞最终得到的抗体能和抗原特异性结合？为什么抗体结合的抗原就是一开始和B细胞表面受体BCR结合的抗原？为什么有的题目中会出现不同抗体类型，如IgG、IgE，它们是由不同的还是相同的细胞产生的呢？下文对以上问题进行解析。

1 抗体的抗原结合域是唯一的

B细胞受到抗原刺激后，增殖分化形成浆细胞，分泌抗体，抗体和该抗原特异性结合。抗体的特异性是习题的常见考点，学生在学习时，会有一定的疑问：抗体的特异性是如何实现的？学生可能提出两种推测：① 一个B细胞受到不同抗原刺激就分化成不同类型浆细胞产生相应抗体；② 一个B细胞最终能产生的抗体是特定的，只有在相应抗原刺激下它才能增殖分化成浆细胞分泌该抗体，而其他抗原刺激则无效。

对于以上两种推测，查阅资料发现推测②符合事实。B细胞起源于造血干细胞，发育过程中经过前B细胞阶段，前B细胞基因重组后，不同的细胞形成不同的抗体相关基因，然后进一步发育成B细胞。因此，B细胞产生特异性抗体的关键是前B细胞的基因重组。

抗体是由两条轻链和两条重链组成，其中轻链有两种：κ链和λ链，重链分为可变区和恒定区，轻链和重链的可变区是抗原结合域。以重链的可变区为例，它由V、D、J三部分组成，其中每部分对应的基因数量是依次为250到1 000个、4个和12个。进行基因重组时，由不同的V基因、D基因、J基因可以组成非常多的基因类型（有的仅由V基因和J基因组成），如V1-D1-J1和V2-D1-J1等，同时一个抗体基因组合中V基因可以不止一个，比如V1V2-D1-J1，因此基因组合的多样性非常高，可以达到10 000到40 000种。此外，由于轻链的多样性以及结合位置的多样性，抗体的种类约达10 9-10 11 。两个前B细胞基因重组后相同的概率极低，因此每个B细胞的基因都是独特的。

但前B细胞抗体基因位于一对同源染色体上，它们分别进行基因重排后是共同表达，还是只表达其中一条染色体上的抗体基因呢？回答这个问题需要了解等位排斥和同种型排斥。在前B细胞中，一条染色体上抗体重链基因的有效重排，会抑制另一条染色体上重链的基因重排，因此最终只有一条染色体上的基因得以表达，保证了B细胞产生的抗体的重链只有一种情况。类似的，轻链虽然有两种，但是一个抗体分子也只能表达其中的一种，所以不会出现一个细胞分泌的抗体轻链既有κ链又有λ链的情况。

总之，由于B细胞发育过程中经历过基因重组，使得每个B细胞产生的抗体的重链可变区和轻链具有独特性，抗原结合域都只针对一种抗原，因此B细胞产生的抗体具有特异性。生物体内含有多种B细胞，等待着与进入体内的抗原结合，只有受到合适的特异性抗原刺激，B细胞才会被激活，增殖分化成浆细胞并产生特异性抗体。如图1所示，由于基因重组，不同B细胞最后产生的抗体IgG抗原结合域（②和④黑色部分）不同。

2 不同类别抗体的恒定区不同

抗体的特异性是指抗体重链可变区和轻链形成的抗原结合域是唯一的，有的学生会进一步思考：抗体恒定区是否具有特异性呢？其实B细胞会表达不同的恒定区，并由此得到不同的免疫球蛋白（Ig），其中分为两大类：膜型免疫球蛋白和分泌型免疫球蛋白（即抗体）。膜型免疫球蛋白在B细胞膜上，有mIgM和mIgD（m表示在膜上，M和D是基于恒定区不同对免疫球蛋白的分类），与B细胞识别抗原的作用密切相关。B细胞抗原受体BCR由膜型免疫球蛋白和Igα/Igβ（即 CD79a/CD79b）组成。前者可特异性结合抗原，后者辅助传递信息引起胞内一系列变化。

分泌型免疫球蛋白IgM、IgD、IgG、IgE等，作用于不同发育阶段和免疫过程中，IgM是初次免疫产生的抗感染抗体，激活补体的能力很强。IgG占血清免疫球蛋白的75%到80%，是再次免疫时体内产生的主要的抗感染抗体，在个体免疫中起主要作用。IgE在过敏反应中发挥作用并能对抗寄生虫。IgA主要存在于唾液、泪液、乳汁及呼吸道等的分泌液中，能通过黏膜，在黏膜抗感染过程中发挥作用。IgD的功能目前知之甚少。原初B細胞第一次激活时主要产生IgM（还有少量IgD），成熟时会进行类别转换形成其他抗体如IgG、IgE、IgA。不同免疫球蛋白的类别转换是因为恒定区的基因也有多个，在RNA剪接加工时，可变区和不同的恒定区基因组合，就得到不同类型的免疫球蛋白。因此，B细胞产生的膜型免疫球蛋白与抗体的恒定区是不同的，如图1同一个细胞产生的mIgM①和IgG②有不同的恒定区（白色部分），但是，它们的抗原结合域（①和②的黑色部分）结构完全一致。一个B细胞及其增殖产生的子细胞，经历基因重组和等位排斥，抗体的抗原结合部分的基因是特定的，所以其产生的各种免疫球蛋白的抗原结合域相同。而鉴于学生没有上述知识背景，教师在向学生讲解时可以引导他们从结果来反推。一个B细胞由膜型免疫球蛋白识别抗原，接着增殖分化后分泌的抗体也必须能结合同一抗原，因此推测它们有着一样的与抗原结合的结构。

3 B 1 细胞和B 2 细胞的差异

教材中提到B细胞激活需要双重信号，其中Th细胞的刺激必不可少，那么当HIV侵染人体并导致Th细胞几乎消失时，人体是不是就没有体液免疫了呢？其实教材中提到的以及上述段落描述的都是B 2 细胞，它们是针对Th细胞依赖性抗原T-AD进行免疫的，Th细胞的刺激信号是必须的。但人体内还有B 1 细胞，它们是针对Th细胞非依赖性抗原T-ID（主要是一些多糖物质）进行免疫的，不需要Th细胞激活，可被抗原直接激活并产生亲和力弱的IgM，并与多种抗原结合，特异性没有B 2 细胞最终得到的IgG抗体强，因此B 1 细胞的多样性比B 2 细胞少，并且B 1 细胞发育阶段没有经历类别转换。考虑到IgG是体内主要的抗感染抗体，因此考题主要考查IgG抗体的产生过程和特异性，而B 1 细胞和它产生的IgM的特点可以作为课后阅读材料，拓宽学生的视野。

综上所述，B细胞发育过程中，经过V（D）J基因重组等过程，表达出了具有特异性的由重链可变区和轻链形成的抗原结合域，从而使抗体能和特定的抗原结合，发挥免疫作用。同一个B细胞产生的免疫球蛋白具有不同的恒定区。B2 细胞免疫过程需要抗原和 Th 细胞的双重信号的激活，而 B1 细胞免疫过程则不需要。

参考文献：

松佩拉克. 免疫学概览［M］. 北京：北京大学医学出版社. 2016.