免疫學(xué)和免疫學(xué)檢驗(yàn):第五節(jié)　免疫球蛋白的基因及抗體形成

免疫球蛋白反應(yīng)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(gè)B細(xì)胞都有3個(gè)獨(dú)立的Ig基因簇：1個(gè)H鏈基因簇和2個(gè)L鏈基因簇（κ和λ)，構(gòu)成Ig的結(jié)構(gòu)基因；在B細(xì)胞分化成熟過程中進(jìn)行基因重排，進(jìn)而轉(zhuǎn)錄與翻譯，形成抗體www.gydjdsj.org.cn。

（一)Ig基因的結(jié)構(gòu)

1．重鏈基因人類重鏈基因位于第14號(hào)染色體上，基因結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，分為4個(gè)不連續(xù)的基因節(jié)段，從著絲點(diǎn)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(gè)亞群，www.gydjdsj.org.cn/jianyan/在2500kD的區(qū)域內(nèi)排列有100～200個(gè)基因。某些大亞群如VHⅢ含有約25～30個(gè)基因，而某些小亞群如VHⅤ或VHⅥ僅含一個(gè)或幾個(gè)基因。每個(gè)V基因由一個(gè)大的外顯子和一個(gè)位于前導(dǎo)順序后的內(nèi)含子（約100～150bp)組成，前導(dǎo)順序編碼一種疏水肽，指引Ig肽鏈的轉(zhuǎn)膜作用，V基因3末端是重組酶信號(hào)。在VH座內(nèi)還有一些不具表達(dá)功能的假基因。

C基因結(jié)構(gòu)約200kb，含有11個(gè)基因。第一個(gè)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(hào)染色體上)和φγ是兩個(gè)假基因。除Cδ基因外，其他CH基因上游都有一個(gè)轉(zhuǎn)換（S)順序，負(fù)責(zé)H鏈的類轉(zhuǎn)換。臨床正常個(gè)體的CH座位內(nèi)可有大片缺失，這種無免疫缺陷癥狀的個(gè)體可能是通過細(xì)胞選擇在免疫應(yīng)答中補(bǔ)償這種基因缺失。

圖2-5Ig重鏈基因及重組示意圖

每個(gè)CH基因的外顯子分別編碼相應(yīng)H鏈的功能區(qū)，由內(nèi)含子將其隔開。如Cμ基因有4個(gè)外顯子各自編碼鏈C區(qū)上的Cμ1、Cμ2、Cμ3和Cμ4四個(gè)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(gè)氨基酸；后者位于Cμ基因下游，含2個(gè)外顯子，共同編碼μm鏈C端41個(gè)氨基酸。

V和C基因被中間的另兩個(gè)基因節(jié)段分開，即D基因和J基因。J區(qū)有6個(gè)功能基因和3個(gè)假基因；D區(qū)的基因數(shù)目尚未確定，但至少不下20個(gè)。D和J基因參與重鏈V區(qū)的編碼，負(fù)責(zé)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(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(hào)染色體上。Cκ基因只有一個(gè)，鄰近上游的J區(qū)座位內(nèi)有5個(gè)Jκ基因，Vκ基因節(jié)段大約有80個(gè)Vκ基因，約一半以上可能是假基因。

λ鏈基因位于第22號(hào)染色體上。Cλ基因簇比Cκ基因復(fù)雜得多，至少有6個(gè)非等位基因，其中2個(gè)為假基因；每個(gè)功能Cλ基因前均有一個(gè)（或更多)相關(guān)的Jκ基因；對(duì)Vλ基因庫目前所知甚少，其基因數(shù)目尚不清楚。

輕鏈的J基因參與V區(qū)肽鏈的編碼，大約負(fù)責(zé)十幾個(gè)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(gè)獨(dú)立的單位進(jìn)行表達(dá)，只有經(jīng)過重排以后才能成為具有表達(dá)功能的基因。在成熟Ig基因的產(chǎn)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(zhuǎn)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(dǎo)。V-J或V-D-J的組合都是隨機(jī)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(shí)現(xiàn)V基因和J基因結(jié)合成為V-J基因單位。這種V-J重排是隨機(jī)性的。V基因節(jié)段中任何一個(gè)V基因可與任何一個(gè)J基因重排結(jié)合。被結(jié)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(cè)外，D兩側(cè)亦有上述特殊識(shí)別順序在起作用。V-D-J連接中往往是DJ結(jié)合先于VD結(jié)合。與V-J連接一樣，V-D-J重排也具有不精確性。還有嚴(yán)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(kuò)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(jī)制。

在B細(xì)胞成熟過程中，Ig基因存在重排的等級(jí)（hierarchy)現(xiàn)象。在多能造血干細(xì)胞分化發(fā)育成為幼稚B細(xì)胞（又稱前B細(xì)胞)時(shí)，就發(fā)生V-D-J重排，開始表達(dá)H鏈，鄰近J基因的Cμ自然隨之表達(dá)，這是順序優(yōu)先的結(jié)果。由于Cμ基因和Cδ基因間的距離很短，兩者可以同時(shí)得以轉(zhuǎn)錄；V-D-J在RNA水平既可與C結(jié)合，也可與Cδ結(jié)合，使IgM和IgD在單個(gè)B細(xì)胞上協(xié)同表達(dá)，而并非缺失性類轉(zhuǎn)換。以后κ基因開始Vκ和Jκ重排，產(chǎn)生κ鏈。

2．重鏈類轉(zhuǎn)換類轉(zhuǎn)換是在DNA水平上V-D-J與CH基因連接由Cμ和Cδ轉(zhuǎn)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(jié)果。S-S重組導(dǎo)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(zhuǎn)換，則Cμ、Cδ和Cγ3基因及其側(cè)面的順序均一起丟失，使V-D-J連接由一個(gè)CH重新定位于另一個(gè)CH。類轉(zhuǎn)換只變換Ig的類別，不改變抗體的特異性。

（三)Ig基因的表達(dá)及Ig分子的分泌

Ig的合成過程與一般蛋白質(zhì)合成相似。在細(xì)胞內(nèi)有表達(dá)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(zhuǎn)錄成初級(jí)RNA，經(jīng)過加工剪接，去除內(nèi)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(dá)時(shí)存在等位排斥（allelicexclusion)和同型排斥（isotypicexclusion)現(xiàn)象，可能是V-D-J連接或V-J連接的不精確性所造成的結(jié)果，以致許多重排無轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物。一個(gè)B細(xì)胞不會(huì)同時(shí)表達(dá)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(dāng)Vκ-Jκ重排形成有表達(dá)功能的基因后，λ基因重排即被抑制；在λ鏈產(chǎn)生細(xì)胞內(nèi)，常有κ基因缺失。象其他的基因一樣，Ig基因的表達(dá)過程中也有啟動(dòng)子與增強(qiáng)子來啟動(dòng)和調(diào)節(jié)基因的轉(zhuǎn)錄。

B細(xì)胞在接受抗原刺激后迅速分化增殖，除一部分分化記憶細(xì)胞外，其余分化為漿細(xì)胞。漿細(xì)胞在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)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(nèi)質(zhì)網(wǎng)多聚核糖體是不同的。L鏈在190～200S的多聚核糖體（含4～5個(gè)核糖體)上合成，H鏈在270～300S的多聚核糖體（含11～18個(gè)核糖體)上合成。作為一條完整的多肽鏈，它們從一個(gè)起始點(diǎn)（N端)開始（向C端)依次合成。游離的L和H鏈少數(shù)在多聚核糖體上就有非共價(jià)結(jié)合或共價(jià)結(jié)合，大部分轉(zhuǎn)移至內(nèi)質(zhì)網(wǎng)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(dǎo)順序進(jìn)入高爾基復(fù)合體，再分泌至細(xì)胞外。在此移動(dòng)過程中糖殘基通過結(jié)合在膜上的糖轉(zhuǎn)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(gè)機(jī)體何以能產(chǎn)生多達(dá)10⁶～10⁸種具有不同抗體特異性的Ig分子，其機(jī)制至今雖未完全清楚，但從基因的結(jié)構(gòu)組成及重排中可找到一些答案。眾多V區(qū)基因和一個(gè)或少數(shù)幾個(gè)C區(qū)基因不連續(xù)地排列在染色體上，它們?cè)贒NA水平隨機(jī)地結(jié)合是Ig分子多樣性的基礎(chǔ)，而體細(xì)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(nèi)重組時(shí)V-J與V-D-J的乘積來計(jì)算：當(dāng)100個(gè)Vκ和5個(gè)Jκ重組時(shí)所產(chǎn)生的多樣性至少是100×5＝5×10²個(gè)；V-D-J重排時(shí)100個(gè)VH與10個(gè)DH和6個(gè)JH連接所的生的多樣性至少有100×10×6＝6×10³。同時(shí)連接這些基因時(shí)還會(huì)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?jǐn)U大了多樣性的程度。