第二节
抗体的多样性及其形成机制

尽管所有抗体均由V区和C区组成，但由不同抗原刺激B细胞所产生的抗体特异性和类型不尽相同，呈现明显的多样性。抗体多样性形成的主要原因是基因重排。

一、抗体的基因结构

抗体H链可变区基因（V区基因），包括胚系基因的V基因片段（VH）、D基因片段（DH）和J基因片段（JH）；L链V区基因只有胚系基因的V基因片段（VL，包括Vκ或Vλ）和J基因片段（JL，包括Jκ或Jλ）。V区基因的下游编码H链或L链恒定区（C区）。

人Ig的V区基因和C区基因，定位于不同的染色体。①H链基因：位于第14号染色体长臂，H链基因的排列顺序从5'端到3'端（图4-5），每个C区基因包括几个C区各结构域的外显子。②L链基因：κ链基因位于第2号染色体长臂，λ链基因位于第22号染色体短臂，κ链、λ链基因的排列顺序均为从5'端到3'端（图4-5）。

二、抗体的基因重排机制

抗体V区基因胚系基因片段之间由内含子隔开，只有通过胚系基因片段的重排，形成V-D-J或V-J连接后，再与C基因片段连接，才能编码完整的抗体多肽链。再经进一步加工、组装成有功能的抗体分子。抗体V区基因的重排，主要通过一组重组酶来完成，并呈现等位排斥和同型排斥现象。

1.重组酶 包括：①重组激活酶（RAG1和RAG2）：特异性识别并切除V、（D）、J基因片段两端保守的重组信号序列（recombination signal sequence，RSS）。②末端脱氧核苷酸转移酶：可将数个至数十个核苷酸通过一种非模板编码的方式，插入到V、（D）、J基因重排过程中出现的DNA断端。③其他：如DNA外切酶、DNA合成酶等。通过重组酶的作用，从众多的V、（D）、J基因片段中各选择1个片段重排在一起，形成V-（D）-J的V区基因组。抗体胚系基因重排的发生具有明显的程序化，首先是H链V、D、J基因重排，随后是L链V、J基因重排。

2．等位排斥（allelic exclusion）和同型排斥（isotype exclusion） 一个B细胞克隆只能合成并分泌针对一种抗原表位和一种型别的抗体。它主要是通过等位排斥和同型排斥机制来实现。等位排斥是指B细胞一条染色体上H链或L链基因重排成功后，则抑制另一条同源染色体上H链或L链等位基因的重排；同型排斥主要是指κ链基因重排成功后，则抑制λ链基因的重排。

三、抗体多样性的形成

（一）抗体V区多样性形成

抗体可变区尤其互补决定区是识别抗原表位的部位，具有高度的多样性。其形成机制主要涉及以下三个方面。

1．组合多样性（combinational diversity） V区基因有众多的胚系基因V、（D）、J基因片段，在重排时只能分别取其中的一个进行重排，因而可以产生众多V区基因组合。以人为例，H链的胚系基因片段排列组合种类可达45（VH）×23（DH）×6（JH）=6210；L链的κ链可达40（Vκ）×5（Jκ）=200，λ链可达30（Vλ）×4（Jλ）=120。理论上抗体V区的重组多样性可达1.5×10 ⁸ 之多。

2．连接多样性（junctional diversity） 在V、（D）、J基因片段重排时，彼此的连接处往往发生插入、替换或丢失核苷酸情况，从而产生新的序列，称为连接多样性。连接多样性包括：①密码子错位：在待接DNA断端替换或丢失3×n个核苷酸，则使其编码的蛋白肽增加或减少n个氨基酸，后续序列不变。②框架移位：若在待接DNA断端替换或丢失的核苷酸数不是3的整倍数，则导致后续序列完全改变。③N序列插入：TdT能将N序列插入待接DNA断端。

3．体细胞高频突变（somatic hypermutation） 体细胞高频突变是在已完成V区基因重排基础上，成熟B细胞在外周淋巴器官生发中心接受抗原刺激后，发生的一种DNA点突变，常见于V区的CDR区，尤其是CDR3。一般发生体细胞高频突变的频率为10 ^-10 ～10 ^-7 。突变后可使某些抗体与抗原表位的亲和力提高。在免疫应答过程中，特别是再次应答产生的高亲和力抗体（称为抗体亲和力成熟），主要是由B细胞高频突变所致。

（二）抗体恒定区的多样性形成

抗体恒定区的多样性，主要表现在抗体类别与型别的不同、分泌型与膜型抗体的不同。其形成机制包括抗体类别转换的基因重排和抗体分泌型与膜型转变的基因重排。

1．抗体的类别转换（class switching）或称同种型转换（isotype switching） 抗体V区基因与C区基因重排，发生抗体的类别转换。B细胞最先表达的膜型Ig（BCR）为膜型IgM，受抗原刺激后也最先合成并分泌IgM（分泌型IgM）。B细胞受到相同抗原再次刺激，在不改变V区抗原识别特异性的情况下，抗体类别可从IgM转换成IgG、IgA、IgE或IgD，这种现象称为抗体类别转换。类别转换主要是H链的同一V区基因与不同C区基因的重排。在抗体的H链C区基因的5'端内含子中含有一段转换信号序列（switch region，Sregion），在类别转换过程中发挥重要作用，可使不同的转换区之间发生重组。位于Cμ之前的转换信号序列称Sμ，位于Cγ3之前的转换信号序列称Sγ3，依此类推，如Sγ1、Sγ2、Sγ3、Sγ4、Sα1、Sα2等。如在IgM向IgG3转换时，Sμ与Sγ3相互结合，使位于两者之间的Cμ和Cδ被环出并剪除，经修复后VDJ与Cγ3直接相联，导致IgM向IgG3转换（图4-6）。

2．抗体的分泌型与膜型转变 膜型抗体的跨膜部位在H链的恒定区，抗体的分泌型与膜型转变，是H链C区基因SC（分泌型H链羧基端外显子）与MC（膜型H链羧基端外显子）的基因重排的结果。例如：最初B细胞的VDJ-MCμ基因，合成并表达膜型IgM（即BCR）。当受到抗原刺激后，引发VDJ-MCμ向VDJ-Sμ转变，则开始合成分泌型IgM（图4-7）。