生物合成与表达

（一）Ig的生物合成

Ig主要由浆细胞产生，其中控制Ig合成的基因通过转录和翻译，在核糖体上形成多肽链。重链和轻链分别在小核糖体和大核糖体上合成，然后进行转配。正常情况下，轻、重链合成处于平衡状态，从而保证两者按比例结合为完整的Ig分子。

（二）Ig的表达

祖B细胞（pro B cell）不产生Ig，前B细胞（pre B cell）可合成完整μ链，但不表达功能性IgM，故不具备识别抗原和产生特异性应答的能力。一旦表达完整mIgM并具有特异性识别能力后，B细胞即迁出骨髓，进入血液及外周淋巴组织，此阶段细胞称为初始B细胞（naive B cell）。仅表达mIgM的未成熟B细胞如接受抗原刺激，则发生免疫耐受，这是B细胞自身耐受的主要机制。

（三）B细胞活化后Ig重链C区转换

B细胞接受抗原刺激后，表达的抗体分子可从IgM类别转换为IgG、IgA、IgE等其他类别或亚类的Ig，这种现象称为类别转换（class switch）。在每一个CH片段（Cδ除外）上游2～3kb处有一段串联重复序列，长度为2～10kb，称为转换位点（switch sites）或S区（switch region）。不同类别恒定区基因的S区序列各不相同，但具有基本的共同序列GAGCT和GGGGT。因类别转换发生在S区，故又称为S-S重组（S-S recombination）。各种淋巴因子可诱导抗体的类型转换，如IL-4可诱导Cμ链向Cγ1转换，并连续转换为Cε。在类别转换过程中，两个S区形成环状（loop）分子，随后发生环出现象而完成类别转换。在B细胞中这种类别转换可发生多次。Ig重链基因是由V、D、J和C四种不同基因片段所组成。

1.Ig重链可变区（V区）基因　重链可变区基因是由V、D、J三种基因片段经重排后所形成。

（1）重链V区基因的组成：编码重链V区基因长为1000～2000kb，包括V、D、J三组基因片段。①重链V基因片段：小鼠VH基因片段数目为250～1000个。根据VH基因片段核酸序列的相似性（＞80%同源性），至少可分为11个家族（family）。人V基因片段约为100个，至少可分为6个家族，每个家族含有2～60个成员不等。V基因片段由2个编码区（coding regions）组成：第一个编码区编码大部分信号序列；第二个编码区编码信号序列羧基端侧的4个氨基酸残基和可变区约98个氨基酸残基，包括互补决定区1和2（complementarity determining region1和2，CDR1和CDR2）。②重链D基因片段：D（diversity）是指多样性。DH基因片段仅存在于重链基因中而不存在于轻链基因。D基因片段编码重链V区大部分CDR3。小鼠DH共有12个片段，位于VH和JH基因片段之间，大部分DH片段较为集中，占60～80kb，但靠上游的DH可能位于VH区域内，最后一个DH片段与JH基因5′端相距约0.7kb。人类DH片段可能有10～20个。③重链的J基因片段：J（joining）指连接，是连接V和C基因片段。JH编码为15～17个氨基酸残基，包括重链V区CDR3除DH编码外的其余部分和第4骨架区。小鼠JH基因片段有4个，与Cμ相距约6.5kb。人有9个JH，其中6个是有功能的JH基因片段。

V、D、J基因片段经重组连接在一起，组成2个外显子，一个外显子编码信号序列的大部分，另一个外显子编码信号序列的其余部分和重链可变区。

（2）重链可变区基因的移位：在重链基因重排开始时，两条染色体上都发生D基因片段移位到J基因片段而发生D-J基因连接。在此以后，只有其中一条染色体上的V基因片段与DJ基因片段连接。VH基因片段5′端含有启动子（promoter），JH和Cμ基因片段之间的内含子中含有转录增强子（transcriptinal enhancer）。如果一条染色体VH基因与D-J基因重排无效（non-productive），另一条染色体的VH基因片段开始发生移位，与D-J基因片段连接。

某些与Ig基因片段重排有关的特殊序列称为识别序列（recognition sequences），位于V基因片段的3′端与J基因片段的5′端之间以及D基因片段的两侧。V基因片段3′端、J基因片段5′端以及D基因片段的两侧也是DNA重排识别信号所在区域，这些识别信号包括三部分：①高度保守的回文结构的七聚体（palindromic heptamer）；②较少保守、富含A/T的九聚体（nonamer）；③七聚体和九聚体之间不保守的间隔序列（spacer sequence），含有12±1碱基对或23±1碱基对。根据12/23碱基对间隔规则（或称1圈/2圈定律），两个基因片段的重组仅发生在两个基因片段之间：各有一个12个碱基对片段和一个23个碱基对片段的结构。

2.Ig重链恒定区（C区）基因

（1）重链C基因片段：重链恒定区基因由多个外显子组成，位于J基因片段的下游，至少相隔1.3kb。每1个外显子编码1个结构域（domain），铰链区（hinge region）是由单独的外显子所编码，但α重链的铰链区是由外显子的5′端所编码。大多分泌的Ig重链羧基端片段或称尾端（tail piece），是由最后一个CH外显子的3′端所编码，而δ链的tail piece是由一个单独的外显子所编码。小鼠CH基因约占2000kb，其外显子从5′端到3′排列的顺序是Cμ-Cδ-Cγ3-Cγ1-Cγ2b-Cγ2a-Cε-Cα。人CH基因外显子排列的顺序是Cμ-Cδ-Cγ3-Cγ1-Cε2（pseudo基因）Cα1-Cγ2-Cγ4-Cε1-Cα2。其中基因片段Cγ3-Cγ1-Cε2-Cα1和基因片段Cγ2-Cγ4-Cε1-Cα2可能是一个片段经过一次复制而得，为研究CH基因的起源和进化提供有用的依据。

（2）免疫球蛋白类型转换：1964年，Nossal等发现B淋巴细胞存在着类型的转换。Ig类型转换（class switch）或称同种型转换（isotype switch）是指一个B淋巴细胞克隆在分化过程中VH基因片段保持不变，而发生CH基因节段的重排、比较CH基因片段重排后基因编码的产物，V区相同而C区不同，即识别抗原特异性不变，而类或亚类发生改变。这种类型转换在无明显诱因下可自发产生。

局部微环境和细胞因子可影响和调节免疫球蛋白类型的转换，如在肠道派伊尔结的B细胞V基因片段优先转换到Cα1进行重排，因此主要合成和分泌IgA。在体外向经LPS刺激的小鼠B细胞中加入IL-4，可促进B细胞产生IgG1和IgE，抑制IgG2b产生；低浓度的IL-4主要诱导产生IgG1，高浓度IL-4主要诱导产生IgE。面IFN-γ则诱导小鼠B细胞合成IgG2a，抑制IgE的产生。TGF-β、IL-5和IL-6对IgA的产生具有促进作用。细胞因子调节B细胞Ig类别转换的机制可能是：①刺激某些细胞的克隆选择性的增殖，使分泌某特定类、亚类抗体的克隆细胞增加，如IL-5、IL-6促进IgA。产生除通过同种型转换进行调节外，还可选择性促进IgA定向细胞分化增殖为IgA分泌细胞。②通过诱导特定位置上两个转换区的重组，诱导B细胞由分泌IgM向某一同种型Ig转换。如高浓度IL-4促进LPS诱导小鼠B细胞产生IgE，主要是使Cε转换区与重组酶的接近（accessibility），通过同种型转换促进IgE的产生。

Ig类型转换可能通过以下两种机制。①缺失模型（deletion model）：又称linear orderly deletiom of H chain genes。以小鼠CH基因为例，如Cμ和Cδ基因片段被缺失，那么先前重排的VDJ就会按照顺序与下一个CH基因即Cγ3发生重排，经转录和翻译后，编码γ3重链；如缺失所有的γ链亚类基因，依次会产生ε链。上述模型在被刺激后小鼠B细胞在体外培养中产生Ig类别的顺序得到证实，即先产生IgM，然后依次产生IgG3和IgG1等。但这个模型不能解释免疫动物或抗原刺激B细胞培养中单个B细胞可同时表达几种不同类或亚类的重链。②RNA的不同剪接：除DNA水平的Ig类型转换形成外，RNA水平的不同剪接（alternative RNA splicing）也可产生不同的Ig类型。Cμ和Cδ基因片段之间无S区，IgM和IgD共表达的B细胞系DNA分析表明，Cμ和Cδ基因片段没有发生重排，相同的VH出现在μ或δ链的mRNA上，表明它们可能有一个共同的mRNA前体，通过不同的或差异剪接（differential splicing）分别形成μ链和δ链mRNA。初级RNA转录本（primary RNA transcript）是由VDJ复合体连接Cμ和Cδ基因片段经转录后形成。如果在剪接过程中切除初级RNA转录本中的Cδ部分，经加工后形成μmRNA；如去除初级RNA转录本中的Cμ部分，则加工后形成δmRNA。这两种mRNA分别被翻译，使单个B细胞同时产生μ和δ链，同时表达IgM和IgD。同样的机制可从一条长的primary RNA转录本中加工为μmRNA和εmRNA（或其他重链mRNA），同时表达IgM、IgE或其他类Ig。

3.膜表面Ig重链基因　膜表面Ig（mIg）重链基因的外显子结构与分泌性Ig重链的基因外显子结构基本相同，但在基因组的3′端有所不同。

（1）作为识别抗原受体的mIg，其重链羧基端有一段疏水性氨基酸插入到胞膜双层脂质中，mIg重链的转录本要比分泌性重链转录本多1～2个外显子，与分泌性重链基因最后一个外显子至少相隔1.4kb，这几个外显子编码重链的羧基端部分，其氨基酸残基的数目视重链不同而有所差异，如鼠或人mIgμ链的这一部分约为41个氨基酸残基，而鼠mIgε链这部分却有72个氨基酸残基。这个区域可分为三个部分：①一个酸性间隔子，靠氨基端侧，与最后一个CH结构域相连，位于细胞膜外侧；②跨膜部分，由26个不带电荷的疏水氨基酸形成一个α螺旋，穿过胞膜的脂质双层；③胞质内羧基端部分，3～28个氨基酸残基不等，可能与信号传递有关。

（2）分泌形式的μ、α和δ重链最后一个结构域后有一段额外延长的由带电荷氨基酸组成的序列，称为尾片（tail pieces），约含20个氨基酸，在IgM和IgA分子中，单体Ig尾片通过二硫键相互连接或与J链形成二聚体或多聚体。分泌形式μ链的mRNA含有V、D、J、Cμ1、Cμ2、Cμ3、Cμ4和Cμ43′端一个小的外显子转录区。