免疫球蛋白:新见解、含义和应用

作者：张馨予

2. 有颌类脊椎动物中已鉴定的IgH同种型

软骨鱼是动植物演化史中最古老的活体动物，它们利用Igs作为其适应性免疫反应的一部分。它们表达两种传统的IgH同种型，IgM(μ)和IgW(与IgD同源)，以及一种谱系特异性同种型IgNAR（一种重链同二聚体，自然条件下不与Ig轻链结合）(图4)。IgH基因排列成数百个簇，分散在软骨鱼的基因组中。每个簇代表一个单独的同种型，由一个V片段、几个D片段和一个J片段以及一个恒定(C)区基因组成(图2)。

在硬骨鱼中，迄今为止，在所研究的条鳍硬骨鱼（ray-finned bony fish）种中已鉴定出三种IgH同种型，IgM、IgD(δ)和特异性粘膜抗体IgT(τ)(图4)。由于连续的基因组复制和基因缺失，在其他硬骨鱼种中已相继鉴定出多个IgH基因座变异(图2)。然而，在现存的几种叶鳍硬骨鱼（lobe-finned bonyfish）中表达的IgH同种型似乎不同于在条鳍硬骨鱼中发现的同种型。例如，在非洲肺鱼中没有发现τ直接同源物，并且在非洲腔棘鱼中似乎没有Cμ和Cτ(图4)。

与鱼类相比，四足动物有一个单一的IgH基因座，包含多个串联组织的VH、D和JH片段，后跟一系列C基因，编码不同的H链同种型或与不同效应器功能相关的亚类(图2)。IgH基因座的这种结构使B淋巴细胞能够用下游Ig同种型代替其IgM，它们具有相同的抗原特异性但具有不同的效应器功能，这种现象被称为传统的类别转换重组(CSR)。像典型的两栖动物一样，爪蟾表达五种H链同种型:IgM、IgD、IgX (χ)、IgY(υ)和IgF(图4)。

羊膜脊椎动物是四足动物的一个分支，可细分为爬行动物谱系(由鸟类和爬行动物组成)和哺乳动物。迄今为止，在鸟类和爬行动物中发现了四种IgH同种型，IgM、IgD、IgY和IgA(α)(图4)。与爬行动物谱系相反，IgH基因座的基因组组成及其相关同种型的结构特征已在现存哺乳动物物种中得到广泛研究。大多数哺乳动物表达五种IgH同种型:IgM、IgD、IgA、IgG(γ)和IgE(ε)，而鸭嘴兽表达另一种dead-end同种型IgO(图4)。

图2.代表性脊椎动物物种IgH基因座的基因组结构示意图。美国短吻鳄、亚洲玻璃蜥蜴、西方彩绘龟、鸵鸟和鸭嘴兽中均未发现含有V、D和J基因片段的基因组区域。除鸡和鸽外，其他种属的功能V节段和伪V (ψV)节段在图解上没有区别。

3.IgM：原始的同种型结构和功能概述

作为原始的同种型，除了腔棘鱼，IgM在迄今为止几乎所有的有颌类脊椎动物中都有发现。在四足动物中，IgM是在B细胞发育和针对同源抗原的免疫反应期间表达的第一个同种型。跨膜IgM以单体形式存在，形成B细胞受体(BCR)，其表达对B细胞存活和随后其他类IgH的表达至关重要。分泌型IgM(sIgM)，包括天然和免疫(抗原特异性)IgMs，主要以多聚体形式表达，这赋予sIgM以多价结合抗原、受体和补体。硬骨鱼的sIgM主要以四聚体的形式存在，四足动物通常采用五聚体或六聚体形式的sIgM (图3)。软骨鱼的sIgMs以多聚体和单体两种状态存在(图3)，似乎sIgM单体对软骨鱼的特异性抗原驱动反应贡献最大。

在人类和小鼠中，sIgM参与多种病理生理学，包括感染、B细胞稳态、炎症、动脉粥样硬化和自身免疫。目前IgM在非哺乳动物物种中的功能尚未得到系统的研究。

图3.所有Ig同种型的结构示意图。传统的VH、VL、CH和CL域分别用黑色空心椭圆、绿色空心椭圆、黑色椭圆和绿色椭圆表示。骆驼科的HCAb的VHH结构域和IgNAR的V-NAR结构域呈蓝色中空椭圆。J链用红色椭圆表示，用连接线表示铰链区域。所有的二硫键，包括两个H链之间的键，或单体与J链以及单体之间的键，都没有显示出来

4. IgD:所有颌类脊椎动物中最具可塑性的同种型

4.1.IgD的结构可塑性

与IgM相似，IgD存在于所有脊椎动物谱系中。在具有易位IgH基因座的物种中，跨膜IgD或IgD-BCRs通过由V(D)J、Cμ、Cδ片段组成的前体mRNA的选择性剪接与IgM-BCRs共同表达。在人类和小鼠中，IgD-BCR出现在B细胞个体发育的后期，主要是在向成熟B细胞过渡阶段中。

与IgM相比，IgD表现出显著的结构和功能可塑性(图3)。IgD的结构可塑性源于以下三个特征:(1)胚系δCH外显子数量的变化；(2)不同的剪接形式；(3)δ基因拷贝数的变化。胎盘哺乳动物的Cδ基因拥有不超过三个δCH外显子，而鸭嘴兽和其他四足动物的δCH外显子数量从4到11不等。在鱼类中，由于某些δCH外显子的频繁复制和缺失，这种差异甚至更大。已从西伯利亚鲟克隆得到由19个δCH外显子组成的最长表达的Cδ转录本，尽管该物种的Cδ基因的基因组结构尚未确定。除了不同数量的δCH外显子之外，广泛的选择性RNA剪接事件也导致了在大多数有颌类脊椎动物物种中发现异质性δC转录本，这种事件在哺乳动物中相对较少发生。有趣的是，选择性剪接也产生了嵌合的IgD H链，该链包含一个μCH1结构域，然后是几个δCH结构域，这已经在条鳍鱼和猪中观察到 (图3)。在斑点叉尾鮰(斑点叉尾鮰)和多刺狗鱼(棘角鲨)中发现了另一种不寻常的无VH 的IgD转录本，其中前导基因直接剪接到δCH1结构域，这表明这种同种型具有完全不同的效应器功能 (图3)。在一些硬骨鱼种中，如鲶鱼、青鳉(Oryzias latipes)和刺鱼(Gasterosteusaculeatus)，由于大的DNA区域的重复，Cδ基因的多个拷贝（每个拷贝位于一个Cμ或假Cμ的下游）在IgH基因座中串联排列 (图2)。在豹式壁虎、中国鳄蜥和各种乌龟和鳄鱼物种中发现了IgD的一个变种，命名为IgD2，但这个变种似乎不存在于其他穿山甲物种中 (图4和图2)。IgD2，就像其他同种型一样，最有可能通过Cδ基因的复制和随后与Cα样基因的重组产生 (图3)，通过CSR表达。