抗体是如何在生物体内形成的？

非诚勿扰孟非

抗体是如何在生物体内形成的？
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队长是我

抗体是在生物体内由特定的免疫细胞，主要是B淋巴细胞和它们的成熟形式浆细胞（也称为效应B细胞），通过一个复杂的生物过程形成的，基本步骤如下：
1. 抗原识别：

当病原体如细菌、病毒或其他异物（称为抗原）进入生物体时，它们会被免疫系统识别。B细胞表面有一种叫做B细胞受体（BCR）的分子，可以与抗原特异性结合。
2. 活化B细胞：

当BCR与抗原结合时，B细胞会被激活。激活后的B细胞会开始进行一系列的生物化学变化，包括增殖和分化。
3. 分化为浆细胞：

激活的B细胞会分化为两种类型的细胞：效应B细胞（浆细胞）和记忆B细胞。效应B细胞的主要功能是大量生产抗体。
4. 抗体产生：

浆细胞开始合成并分泌抗体。抗体是一种蛋白质，具有两个重链和两个轻链的架构，它们在空间上折叠成特定的“Y”形状。每个抗体分子有一个独特的抗原结合位点，位于两个重链的Variable区域，可以与特定的抗原结合。
5. 抗体释放：

抗体通过浆细胞的分泌作用释放到生物体的体液中，如血液和淋巴液。在这里，它们可以循环整个生物体，寻找并结合抗原，标记它们以便其他免疫细胞识别和消灭。
6. 免疫记忆：

除了产生效应B细胞外，一部分B细胞会分化为记忆B细胞。这些细胞在初次抗原刺激后保持长时间的存在，并在再次遇到同样的抗原时迅速作出反应，产生大量的抗体，从而提供快速的免疫应答。
抗体的形成是生物体免疫系统应对抗原挑战的重要过程，其复杂性和精确性体现了生物体免疫防御机制的高效和强大。

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抗体是有生物体内的效应B细胞合成并分泌的。

卡卡

免疫反应的结果。

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抗体如何形成的问题曾经困扰生物学界多年。


抗体的结构类似字母“Y”，由两条重链（上图蓝色）和两条轻链（上图粉色）组成。字母Y顶端的区段（V区，即可变区）是抗原与抗体结合的位点。对于每一种不同的抗原，对应的抗体V区的序列和结构都不一样。而其余的区段（C区，即恒定区）序列基本固定，不会随抗原的种类不同而发生变化。
自然界中至少存在一千多万种抗原，也就是说，人体能产生的抗体数量不低于一千万种。但人类基因组满打满算一共也就两万多个基因。如果一个基因编码一种抗体，人体能产生的抗体数量将远远小于实际值。于此，“一个基因编码一个蛋白质”的传统理论受到了挑战。
这个问题在1970年代末被日本学者利根川进（Tonegawa Susumu）解决。1987年，他因发现抗体多样性的遗传学原理成为首位日本籍（也是亚洲籍）诺贝尔生理学或医学奖得主[1]。



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利根川进发现，抗体的形成机理不同于传统的“一个基因一个蛋白质”，而是基因片段发生排列组合的结果。相应的，排列组合产生的巨大多样性也是抗体多样性的分子基础。
每一条重链和轻链的可变区是由若干个基因片段（亚基因）所编码的，这些片段分别被称为可变段（V）、多样段（D）以及连接段（J）。重链兼有V、D和J，而轻链只有V和J。V、D和J段的许多个亚基因彼此串联。
骨髓中尚未成熟，正在发育的B细胞通过随机选择和组合V、D及J段各一段，来产生抗体重链的可变区；对于抗体轻链，则是随机选择和组合V与J段各一段，产生其可变区。这种机制被称为VDJ重排。编码恒定区的C基因片段不参与重排。
在重链重排的过程中，D和J片段先进行重组，然后是V和重组后的D-J片段进行重组：



VDJ重排原理简图

<hr/>就好比一副去掉大小王的扑克牌中随便抽一张牌，仅有52种可能性（“一个基因一个蛋白质”假说），而在四种花色中各抽取一张，可以出现 种可能性（VDJ重排）！


<hr/>为什么单单编码抗体的基因能进行自发重组呢？这是因为重链中的V-D，D-J和轻链中的V-J相对的一侧有重组信号序列（RSS）。
RSS分为两种，一种由12个碱基对组成，一种由23个碱基对组成。RSS的取向决定了重组的方向，确保重链的重组方式是V-D-J，轻链的重组方式是V-J（V、D、J不会自己和自己重组，另外重链中的V也不会跳过D直接去和J重组）：



RSS

重组激活酶（RAG）复合体会识别两段方向相对、大小不同（一段必为12碱基对，另一端必为23碱基对）的RSS，切除两段RSS及其中间的序列。
随后，TdT，NHEJ等蛋白将断开的DNA末端连接起来。在连接的过程中，还会有数个随机的碱基对被插在两末端之间，进一步提升了抗体可变区的多样性。

长长的路

体液免疫的过程为，当病原体侵入机体时，一些病原体可以和B细胞接触，这为激活B细胞提供了第一个信号。一些病原体被树突状细胞、B细胞等抗原呈递细胞摄取。抗原呈递细胞将抗原处理后呈递在细胞表面，然后传递给辅助性T细胞。辅助性T细胞表面的特定分子发生变化并与B细胞结合，这是激活细胞的第二个信号；辅助性T细胞开始分裂、分化。并分泌细胞因子。在细胞因子的作用下，B细胞接受两个信号的刺激后，增殖、分化，大部分分化为浆细胞，小部分分化为记忆B细胞。随后浆细胞产生并分泌抗体。