這是一個繽紛多彩的世界，眾生各得其時，恣意生長；又是一個危機四伏的世界，萬物相生相克，終歸塵土。世界因多變而精彩，又因未知而危險。各種各樣的病毒、細菌、真菌和寄生蟲讓人防不勝防，是各類呼吸系統、循環系統、消化系統或皮膚黏膜疾病的元兇之一。導致中世紀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的猙獰面孔又展現在我們面前，歷史上每一次疾病大流行都將樂土變煉獄。在歷史長河的慢慢旅途中我們注定會遇到數不盡看不清摸不著的各種“敵人”的侵襲，但幸運的是我們的祖先在進化過程中給我們早已準備好了一款應對各種異源入侵的強有力武器，就是抗體。具科學家推算，保證應對各類抗原的最低多樣性是10⁷，然而抗體的多樣性已經遠遠大于這個數值，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。

抗體多樣性產生原因^[1]

抗體屬于后天免疫系統的一部分，最早的脊椎動物魚類就已經進化出抗體以抵御病原體的入侵。抗體本質是一種蛋白質，具有本身的氨基酸組成、排列和立體結構。天然的抗體由2條相同的重鏈和2條相同的輕鏈構成異源4聚體，分子量150KD左右。抗體CH1、CH2、CH3區的序列具有高度的保守性，輕重鏈的可變區V區具有高度的變異性。輕重鏈V區中的氨基酸序列的變異性在不同的位點又有差異，根據每個位點氨基酸變異的頻率可將抗體輕重鏈V區劃分為框架區（FR1 、FR2 、FR3）和互補決定區（CDR1、CDR2、CDR3），CDRs是決定抗體與抗原特異性識別的關鍵區域。抗體V區序列的變異性決定了抗體的多樣性，而這種多樣性主要來源于抗體基因的V（D）J重組、重組過程中發生的非同源末端修復，以及在抗體親和力成熟過程中的體細胞高突變。

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號染色體，由38 至 46 個功能性 VH片段、23個功能性 D 片段、6個功能性 JH 基因片段和9個CH片段構成。人類抗體的輕鏈有κ和λ兩個亞型，分屬于兩個不同的基因。κ輕鏈基因位于 2 號染色體，含34-38個Vκ基因片段、5個Jκ基因片段和1個Cκ外顯子。人λ輕鏈基因位于22 號染色體，由29-33個功能Vλ基因片段和4個Jλ基因片段組成。在B細胞成熟過程中抗體輕重鏈V（D）J基因片段會發生RAG1/2重組酶介導的重組，其結果是一個抗體重鏈包含一個V (VH)、一個D 和一個 J (JH)基因，與此重鏈配對的輕鏈包含一個V(VL) 和一個 J (JL)，這種重組是完全隨機的。這種輕重鏈基因的隨機重組配對產生了10⁶以上的多樣性。

非同源末端修復
 

由于抗體基因的重組過程中發生基因大片段的刪除和拼接，在此DNA修復過程中發生了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夾結構末端開放產生的，可在一段末端增加多達4個核苷酸。這種添加的頻率在不同的片段末端和根據重排的基因片段而不同。N核苷酸添加是通過脫氧核苷酸轉移酶末端 (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連接處隨機添加核苷酸。N核苷酸加成對延長CDR3的長度、增加CDR3序列和構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15個核苷酸。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。

體細胞高突變

通過抗體基因片段重組及非同源末端修復，機體建立了多樣性高達10⁷級的抗體表達庫，這足以確保對環境中遇到的絕大多數抗原的應答，但這個庫尚不足以產生高親和力抗體。B 細胞成熟過程中會發生一些有意思的事情。通常，在人體細胞中DNA整體突變率非常低，每個DNA復制周期中1億個堿基中僅大約有一個會發生突變。然而在次級淋巴結生發中心B細胞被抗原反復的激活與增值循環過程，B細胞會表達一種突變酶AID，它專門誘導DNA中U:G錯配的產生進而產生點突變，或者使DNA雙鏈斷裂產生小片段的插入或缺失，導致體細胞突變 (SM)在抗體V區的一些高變熱點成為高頻事件，突變發生率每代每堿基對高達10^-3，造成抗體基因進一步多樣化，這個現象被稱為體細胞高突變。體細胞高突變有3種可能的結果，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細胞相比低親和力BCR抗體的B細胞更易受到刺激。也正因如此，體細胞高突變的結果是產生了更多的B細胞，這些B細胞的BCR 對其同源抗原具有高親和力。有效的結果是為了使成熟的B細胞可以繼續增殖，它們必須結合于其同源抗原而不斷被重新刺激。這樣的結果是選擇出了具有對同源抗原具有較高親和力受體的 B 細胞，這個過程稱之為親和力突變。這些經歷親和力選擇，表達高親和力BCR的成熟B細胞分化為漿細胞后將持續分泌高親和力抗體。

 機體通過抗體基因的重組、非同源末端修復和體細胞高突變，抗體的V區序列具有極高的多樣性，從而構建了一個多樣性足夠高、親和力足夠強的抗體庫，以確保對各類病原體的有效應答。

參考資料