B细胞似乎按一定的顺序发育,在骨髓,从骨髓干细胞开始,经早期和后期早B细胞期(有D-J重链基因重排),前B细胞期(有V-DJ重链基因成功地重排和出现胞浆和细胞表面的μ链),最后成为未成熟的B细胞(有V-J轻链重排以及在细胞表面出现IgM).在这个发育过程中抗原所起的作用还不清楚,但抗原与未成熟B细胞相互反应会导致克隆的灭活或耐受性.未经灭活的未成熟B细胞继续发育为成熟的未经刺激的B细胞,然后离开骨髓进入周围淋巴样器官.在这些器官未经刺激的B细胞与sIgG和外源性抗原相反应转变为淋巴母细胞,经最后分化,B细胞成为分泌单一类型抗体的浆细胞.
在周围组织的B细胞已能应答小量的抗原,这种最初的抗原与B细胞相互的反应,称之为初级免疫应答.B细胞在应答抗原时经历了分化和克隆增殖,有些成为记忆细胞,其他的分化为成熟的可合成抗体的浆细胞.初级免疫应答的主要特征是在抗体出现前有一个潜伏期,所产生的仅是小量的抗体,最初为IgM,以后是不同类型免疫球蛋白的转换(由T细胞辅助),由IgM转至成为IgG,IgA或为IgE.并产生了许多将能与相同抗原起应答的记忆细胞.
第二次(回忆或加强)免疫应答发生在再次遭遇相同抗原时,它的主要特征是B细胞快速增殖,快速分化为成熟的浆细胞,并迅速地产生大量的抗体,主要是IgG,并释放至血和其他组织,在这些地方遭遇抗原,并有效地与之起反应.
IgM,IgG和IgA均可应答相同的抗原.因而,从单一的成熟的未受刺激的B细胞可分化为一个B细胞系,它们按遗传顺序合成对单一抗原的特异性抗体,并能产生每种免疫球蛋白(如IgM,IgG,IgA)的代表性克隆.
B细胞以T细胞依赖或T细胞非依赖方式应答抗原.T细胞非依赖性抗原(如肺炎球菌多糖,大肠杆菌脂多糖和聚乙烯吡咯酮)具有高分子量伴直接重复排列的抗原决定簇,并可很好地抵抗体内酶的降解.T细胞非依赖性抗原主要引起一种IgM的应答.
大多数自然的抗原是依赖T细胞和需经抗原提呈细胞(APC)提呈抗原.这些抗原提呈细胞提呈抗原给T和B两种细胞.T细胞释放细胞因子使B细胞通过制备抗体应答抗原.在抗原刺激B细胞的过程中,会发生从产生IgM转换至产生IgG.这种转换依赖于辅助T细胞(TH),并需不同的TH细胞亚类和特异的细胞因子.例如,从IgM转换至IgE需IL-4或IL-13.
抗原和抗体
抗原的结构和抗原性 抗原是一种能引起特异性免疫应答的物质.一旦抗体形成,就能与特异性抗原相结合,抗体所识别的抗原结合点是一些在大分子(如蛋白质,多糖类和核酸)表面的特异性构型(表位或抗原决定簇).一种抗原至少存在一个表位所组成的分子.由于在每个分子表面上的抗原与抗体配对区相对地大,需借助强的吸引力将抗原和抗体的结合点彼此间紧密地安置在一起.当一些抗原表面的决定簇与原来抗原决定簇十分类似,相同的抗体分子也能与这些抗原交叉地反应.
免疫原性物质(抗原)是指能被免疫系统识别为异物(非己)以及分子量足够大的物质.半抗原是指一种物质其分子量小于抗原,能与抗体特异性反应,但不能诱导抗体的形成,除非将其吸附在其他的分子,通常是一种蛋白质(载体蛋白),例如青霉素是一种能吸附在白蛋白上的半抗原.
抗体结构 抗体就是免疫球蛋白(Ig),具有特别的氨基酸序列和三维结构,可与抗原的互补结构相结合.虽然所有的Ig均可能是抗体,通常不可能知道每个Ig所针对的抗原.抗原与抗体的反应起着一种特异的作用,可保护宿主对抗病毒,细菌和其他致病原.在血浆蛋白的γ球蛋白中Ig占了大多数.
各种免疫球蛋白具有明显的异质性,能与几乎无限制数量的抗原相结合,还有着相同的特性.在每类Ig中,单体的Ig有相类似的结构：每个分子由4条肽链组成,即2条相同的重链和2条相同的轻链.每条重链的分子量大约为50000道尔顿至70000道尔顿.而每条轻链的分子量大约为23000道尔顿.二硫键连接这些分子形成通常所识别的Y形构型.
Y形的Ig分子分成可变区(V)和恒定区(C).可变区位于Y臂的远端,因在此区的氨基酸呈高度差异而得名.这些变化的氨基酸决定了Ig结合抗原的能力.恒定区邻近抗原结合区,含有相对恒定的氨基酸序列,但是对每一类免疫球蛋白来说此种序列是不同的［见上文特异性(获得性)免疫］.
在可变区内高度可变部位含有独特型决定簇,自然的抗体(抗独特型抗体)能与之结合.抗独特型抗体与它的独特型决定簇相结合在调节B细胞应答中十分重要.相反,在恒定区的同种异型决定簇可产生抗同种异型的抗体,它具有类的特异性.每个B细胞克隆会产生它自己特殊的Ig,具有特异的氨基酸序列,可与特定的抗原构型相结合.然而,一个B细胞可转换Ig分子的类别,但仍保留轻链区和可变区.例如,一个表达IgD-κ和IgM-κ的B细胞可转换为表达IgG-κ的细胞；这种B细胞仍继续表达相同的可变区,因而具有相同的抗原特异性.
应用蛋白溶解酶可使抗体分子成片段,以此研究其结构和有关的功能.木瓜蛋白酶可将Ig断裂为两个单价的Fab(结合抗原)片段和一个Fc(可结晶)片段.Fab由一个轻链和一个重链的片段组成,它包括了Ig分子的可变区(结合点)；Fc含有恒定区的大部分,此片段可激活补体,并结合至吞噬细胞上的Fc受体.胃蛋白酶可产生一个称为F(ab)′2的片段,它由2个Fab和由二硫键相连重链的一部分组成.
在人类,每一类免疫球蛋白具有相应的重链；IgM,IgG,IgA,IgE和IgD各自的重链分别为μ,γ,α,ε和δ.在人类的5类Ig中仅有两型轻链即λ和κ.因此共有10种不同型别的Ig分子(如IgG-λ,IgG-κ).3类Ig仅有单体Ig分子(IgG,IgD和IgE).IgM以五聚体或单体形式存在于循环中.五聚体的IgM含有5个Y型分子(10条重链和10条轻链).IgA存在着单体,双聚体和三聚体.IgG也已知有4个亚类(IgG1,IgG2,IgG3,IgG4)；IgA有2个亚类(IgA1和IgA2).特异性的生物功能起初与不同的亚类有关(如IgG4不固定补体或不结合至单核细胞,IgG3的半衰期明显较其他三类Ig短).
附加的结构已被确定.接合链(J)连接IgM的5个亚单位和IgA亚单位.分泌性IgA有一个附加的多肽链,即分泌成分(SC,或分泌片或转运片),它由上皮细胞产生并在IgA合成后加至IgA分子.
沉淀系数由超速离心分析所决定,已传统地用于表示每类Ig,IgM有最高的沉淀系数为19S,IgG的沉淀系数大约为7S.
抗体的生物学特性 重链恒定区氨基酸结构决定了Ig的一些生物学性质.每类Ig有着不同的功能.
IgM是在初级免疫后最先形成的抗体(暴露了新的抗原),在血管间隙内起着保护作用.五聚体的IgM分子容易激活补体并作为调理素和凝集素协助吞噬细胞系统清除多种微生物.同种血凝素和革兰氏阴性菌的抗体多数是IgM.单体IgM可作为B细胞膜上的受体.
IgG是最常见的抗体,存在于血管外间隙中；在初级免疫后当IgM滴度开始下降时就产生了它.IgG是再次免疫后所产生的主要Ig(记忆的免疫应答或继发性免疫应答).IgG保护组织对抗细菌,病毒和毒素.它是唯一可通过胎盘的Ig.不同的IgG亚类可中和细菌毒素,激活补体,并增强调理作用的吞噬.商品γ球蛋白几乎完全是IgG,伴小量的其他免疫球蛋白.
IgA可见于粘液性分泌物中(唾液,泪腺,泌尿生殖,胃肠道和初乳),在这些场所提供对抗细菌和病毒的早期防御.分泌型IgA在胃肠道和呼吸道上皮下区内合成,并与局部生成的分泌成分(SC)相结合而存在.淋巴结和脾脏内只有少数的细胞会产生IgA.血清IgA并不含有SC,可保护机体抵抗布鲁菌,白喉和脊髓灰质炎.
IgD在血清中含量很低,但也可见于在发育的B细胞表面,对它们的生长和发育可能有着重要的作用.
IgE(反应素,皮肤致敏或过敏性抗体),与IgA相同,主要见于呼吸道和胃肠道的粘液分泌物中.在血清中IgE含量极微.IgE可与肥大细胞相反应；过敏原可与两个IgE分子桥连,使肥大细胞脱颗粒,伴随着释放化学介质,导致过敏性应答.在特应性疾病(如过敏性或外源性哮喘,枯草热和特应性皮炎),寄生虫病,晚期霍奇金病和IgE单克隆骨髓瘤,IgE浓度增高.IgE可能在抗寄生虫中起着有益的作用.
免疫球蛋白检测试验
IgG,IgM和IgA在血清中有足够高的浓度,可用测定任何抗原的不同技术测定.一种老的技术是单向免疫扩散法(Mancini技术),此方法是将含有抗原的血清加至含抗体的琼脂凝胶板一个孔中；在琼脂凝胶所形成的沉淀环大小与血清中抗原浓度成比例.为了对包括Ig在内的许多血清蛋白进行特异性定量测定,许多实验室应用比浊法,它是根据分子光散射原理而建立的；此法快速并重复性好.免疫电泳也偶尔用于鉴定Ig,特别是单克隆Ig多发性骨髓瘤).IgE在血清中含量很少,需用放射免疫试验测定或酶联免疫吸附试验ELISA).应用放射性过敏原吸附试验(RAST)检测针对特异性抗原的IgE.也可用放射免疫试验(RIA)或酶联免疫吸附试验检测Ig的亚类.
单克隆抗体
除单克隆γ球蛋白病的病人外,体内所产生的抗体几乎全是多克隆(由＞1个克隆所产生).相类似,直至最近由动物所产生的作为诊断试验的抗体也是多克隆.应用杂交瘤技术可使动物产生大量单克隆抗体.首先,用所需的抗原免疫小鼠,当小鼠产生抗体时取其脾脏制备细胞悬液,这些细胞中有些可产生所需的抗体.然后,这些能产生抗体的细胞与骨髓瘤细胞株相融合.这种瘤细胞保存在组织培养中,本身并不产生抗体.分离能产生所需单克隆抗体的融合细胞,在组织培养中生长以增加细胞数量,并再注入小鼠腹腔,就会很容易地产生含有单克隆抗体的腹水,收集腹水可得到含量高的抗体.发酵实验室可产生单克隆抗体的商品制剂.
单克隆抗体已被广泛用于：(1)测定血清中的蛋白质和药物；(2)组织和血液定型；(3)鉴定感染因素；(4)鉴定分化群(CD)可对白血病和淋巴瘤作分类和随访；(5)鉴定肿瘤抗原；(6)鉴定在不同疾病的自身抗体.应用单克隆抗体有助于鉴定参与免疫应答中的各种细胞.
体液免疫应答的调节
体液免疫应答的能力很大程度上由遗传所决定,MHC基因调节着T细胞识别抗原的能力.抗原提呈细胞的能力和B细胞潜在产生抗体的能力也很重要.
免疫应答的调控攸关重要.无限制的产生抗体(特别是针对自身抗原的抗体)可能会导致自身的破坏.调节体液免疫应答首先是将入侵的外源性物质(如细菌)从体内清除.其他的调节包括通过抗体和T细胞,抗体的独特型网络和细胞因子.抗原能将B细胞上特异性抗原受体与一些Fcγ受体交联,因而抑制了未经刺激的B细胞被激活.抗独特型抗体与Ig分子可变区上的独特型决定簇起反应.由于细胞克隆所产生的抗体中每个抗体分子的可变区是专一的,每个抗独特型抗体本身有其独特型抗原,接着,此抗原又将被其他抗独特型抗体所识别,这样就使一个Ig与其他Ig相反应的过程能持续下去.抗独特型抗体通过阻断B和T细胞上的受体抑制它们产生独特型抗体.此抑制机制已被应用于预防新生儿的Rh病,即将抗Rh(抗D)的IgG类抗体被动应用于母亲.