免疫學和免疫學檢驗:第五節(jié)　免疫球蛋白的基因及抗體形成

免疫球蛋白反應的特異性和分子的多樣性是受基因支配；一條肽鏈的C區(qū)和V區(qū)分別由C基因和V基因編碼。任何一個B細胞都有3個獨立的Ig基因簇：1個H鏈基因簇和2個L鏈基因簇（κ和λ)，構成Ig的結構基因；在B細胞分化成熟過程中進行基因重排，進而轉錄與翻譯，形成抗體quanxiangyun.cn。

（一)Ig基因的結構

1．重鏈基因人類重鏈基因位于第14號染色體上，基因結構非常復雜，分為4個不連續(xù)的基因節(jié)段，從著絲點5＇末端起依次為：可變區(qū)（VH)基因、多樣性區(qū)（diversityregion，DH)基因、接合區(qū)（JH)基因和穩(wěn)定區(qū)（CH)基因（圖2-5)。

V區(qū)基因分成6個亞群，quanxiangyun.cn/jianyan/在2500kD的區(qū)域內排列有100～200個基因。某些大亞群如VHⅢ含有約25～30個基因，而某些小亞群如VHⅤ或VHⅥ僅含一個或幾個基因。每個V基因由一個大的外顯子和一個位于前導順序后的內含子（約100～150bp)組成，前導順序編碼一種疏水肽，指引Ig肽鏈的轉膜作用，V基因3末端是重組酶信號。在VH座內還有一些不具表達功能的假基因。

C基因結構約200kb，含有11個基因。第一個CH為Cμ，以后依次為：Cδ、Cγ3、Cγ1、φε1、Cα1、φγ、Cγ2、Cγ4、Cε、Cα2。其中φε1（φε2不在第14號染色體上)和φγ是兩個假基因。除Cδ基因外，其他CH基因上游都有一個轉換（S)順序，負責H鏈的類轉換。臨床正常個體的CH座位內可有大片缺失，這種無免疫缺陷癥狀的個體可能是通過細胞選擇在免疫應答中補償這種基因缺失。

圖2-5Ig重鏈基因及重組示意圖

每個CH基因的外顯子分別編碼相應H鏈的功能區(qū)，由內含子將其隔開。如Cμ基因有4個外顯子各自編碼鏈C區(qū)上的Cμ1、Cμ2、Cμ3和Cμ4四個功能區(qū)。除上述主要的CH基因外，還有其他編碼不同形式Ig分子的基因，例如分別編碼分泌IgM和膜IgM的μs和μm基因；前者是Cμ45＇端的外加部分，編碼μs鏈C端20個氨基酸；后者位于Cμ基因下游，含2個外顯子，共同編碼μm鏈C端41個氨基酸。

V和C基因被中間的另兩個基因節(jié)段分開，即D基因和J基因。J區(qū)有6個功能基因和3個假基因；D區(qū)的基因數目尚未確定，但至少不下20個。D和J基因參與重鏈V區(qū)的編碼，負責其羧基端的一段氨基酸順序。

2．輕鏈基因輕鏈的基因比重鏈的基因結構簡單，僅有V區(qū)和J區(qū)而無D基因節(jié)段。κ鏈和λ鏈的基因互不相同（圖2-6)。

人類κ鏈基因位于第2號染色體上。Cκ基因只有一個，鄰近上游的J區(qū)座位內有5個Jκ基因，Vκ基因節(jié)段大約有80個Vκ基因，約一半以上可能是假基因。

λ鏈基因位于第22號染色體上。Cλ基因簇比Cκ基因復雜得多，至少有6個非等位基因，其中2個為假基因；每個功能Cλ基因前均有一個（或更多)相關的Jκ基因；對Vλ基因庫目前所知甚少，其基因數目尚不清楚。

輕鏈的J基因參與V區(qū)肽鏈的編碼，大約負責十幾個氨基酸的順序。

（二)Ig基因的重排

胚系狀態(tài)的Ig基因，無論是重鏈基因還是輕鏈基因，都不能作為一個獨立的單位進行表達，只有經過重排以后才能成為具有表達功能的基因。在成熟Ig基因的產生過程中，Ig基因的重排需遵循一定的順序，先由V-J連接或V-D-J連接，然后由VJ或VDJ與C區(qū)基因連接（圖2-5)。在重鏈，還可以發(fā)生類轉換。

圖2-6Ig輕鏈基因及其重組

A：λ基因；B：κ基因

1．V-J或V-D-J連接輕鏈的V-J連接和重鏈的V-J-D連接都是在DNA水平發(fā)生，均由重組酶介導。V-J或V-D-J的組合都是隨機的；重組后的V-J編碼輕鏈的V區(qū)，V-D-J編碼重鏈的V區(qū)。

V-J基因重排是通過V區(qū)3＇端和J區(qū)5＇端旁的特殊順序使V-J靠擾并提供酶切信息，實現V基因和J基因結合成為V-J基因單位。這種V-J重排是隨機性的。V基因節(jié)段中任何一個V基因可與任何一個J基因重排結合。被結合的J基因上游的J基因丟失，下游的J基因保留。

V-D-J重排中，除V3＇端和J5＇端旁側外，D兩側亦有上述特殊識別順序在起作用。V-D-J連接中往往是DJ結合先于VD結合。與V-J連接一樣，V-D-J重排也具有不精確性。還有嚴重排為功能性連接的VH被其中游胚系狀態(tài)（未重排)的VH所替換。這可能是擴大基因容量和保證胚系狀態(tài)的VH基因能全部利用的一種機制。

在B細胞成熟過程中，Ig基因存在重排的等級（hierarchy)現象。在多能造血干細胞分化發(fā)育成為幼稚B細胞（又稱前B細胞)時，就發(fā)生V-D-J重排，開始表達H鏈，鄰近J基因的Cμ自然隨之表達，這是順序優(yōu)先的結果。由于Cμ基因和Cδ基因間的距離很短，兩者可以同時得以轉錄；V-D-J在RNA水平既可與C結合，也可與Cδ結合，使IgM和IgD在單個B細胞上協同表達，而并非缺失性類轉換。以后κ基因開始Vκ和Jκ重排，產生κ鏈。

2．重鏈類轉換類轉換是在DNA水平上V-D-J與CH基因連接由Cμ和Cδ轉換成其他CH基因的過程，是其他CH基因上游的S順序間發(fā)生重組的結果。S-S重組導致重組S順序間的所有DNA基因丟失，例如Sμ與Sγ1間發(fā)生轉換，則Cμ、Cδ和Cγ3基因及其側面的順序均一起丟失，使V-D-J連接由一個CH重新定位于另一個CH。類轉換只變換Ig的類別，不改變抗體的特異性。

（三)Ig基因的表達及Ig分子的分泌

Ig的合成過程與一般蛋白質合成相似。在細胞內有表達功能的V-J或V-D-J基因單位重組完成后，與C基因簇一起被轉錄成初級RNA，經過加工剪接，去除內含子，生成mRNA，最后分別翻譯成各種肽鏈，裝配成Ig分子，分泌出體外。

Ig基因在表達時存在等位排斥（allelicexclusion)和同型排斥（isotypicexclusion)現象，可能是V-D-J連接或V-J連接的不精確性所造成的結果，以致許多重排無轉錄產物。一個B細胞不會同時表達κ鏈和λ鏈，稱同型排斥。κ基因重排總發(fā)生在λ基因重排之前，當Vκ-Jκ重排形成有表達功能的基因后，λ基因重排即被抑制；在λ鏈產生細胞內，常有κ基因缺失。象其他的基因一樣，Ig基因的表達過程中也有啟動子與增強子來啟動和調節(jié)基因的轉錄。

B細胞在接受抗原刺激后迅速分化增殖，除一部分分化記憶細胞外，其余分化為漿細胞。漿細胞在內質網和多聚糖體均顯著增加，大量合成Ig分子。合成L與H鏈的粗面內質網多聚核糖體是不同的。L鏈在190～200S的多聚核糖體（含4～5個核糖體)上合成，H鏈在270～300S的多聚核糖體（含11～18個核糖體)上合成。作為一條完整的多肽鏈，它們從一個起始點（N端)開始（向C端)依次合成。游離的L和H鏈少數在多聚核糖體上就有非共價結合或共價結合，大部分轉移至內質網的貯池中，并裝配成完整的Ig分子，然后依賴N端疏水性前導順序進入高爾基復合體，再分泌至細胞外。在此移動過程中糖殘基通過結合在膜上的糖轉化酶按一定順序逐步加到Ig分子上。

（四)抗體分子的多樣性

一個機體何以能產生多達10⁶～10⁸種具有不同抗體特異性的Ig分子，其機制至今雖未完全清楚，但從基因的結構組成及重排中可找到一些答案。眾多V區(qū)基因和一個或少數幾個C區(qū)基因不連續(xù)地排列在染色體上，它們在DNA水平隨機地結合是Ig分子多樣性的基礎，而體細胞突變又可增大V區(qū)的庫容。

多樣性程度可以通過Ig基因在染色體內重組時V-J與V-D-J的乘積來計算：當100個Vκ和5個Jκ重組時所產生的多樣性至少是100×5＝5×10²個；V-D-J重排時100個VH與10個DH和6個JH連接所的生的多樣性至少有100×10×6＝6×10³。同時連接這些基因時還會發(fā)生不精確性而使多樣性增加，因而由κ鏈和H鏈組成的抗體分子的多樣性最少有5×10²×6×10³＝3×10⁶之多。另外，在V-J、V-D-J連接過程中發(fā)生的堿基缺失和插入又擴大了多樣性的程度。