与病毒的战斗中 我们靠的是体内的1亿种抗体“特种部队”

人体内驻扎着近1亿种“特种部队”

抗体是适应性免疫系统的成员，具有特异性，即特定抗体会结合病原体表达的特定抗原（antigen）。为了应对各种自然界存在的各种病毒、细菌、真菌和寄生虫（统称为病原体），科学家估计，人体大约需要1亿种抗体。这就像是人体内驻扎着1亿种“特种部队”随时待命，准备出击。抗体是由B细胞产生的，也就是说人体所需要的B细胞种类约为1亿种。

然而，人体所有的细胞均来源于受精卵的分裂，除了复制时可能出现的些许差错，所有子代细胞的DNA都是和受精卵DNA一模一样的拷贝。DNA就像编码信息可以被解密为另一种语言——蛋白质，抗体的化学本质也是蛋白质，如果是这样的话，每个B细胞应该会产生同样的抗体。那么抗体的多样性又是从何而来呢？

日本科学家利根川進（Susumu Tonegawa）于1977年解开了这个谜，十年后他也因阐明抗体多样性的遗传原理获得诺贝尔奖。利根川進假定传统的理论总体上是正确的，但是可能有例外。所有的B细胞起初具有相同的DNA，但当他们分化成熟后，用于制造抗体的基因改变了、多样化了。通过研究比较成熟的B细胞和未成熟的B细胞的DNA序列，这一假设被证实，并且科学家发现了抗体基因的模块化设计（modular design）。

未成熟的B细胞有4大类抗体基因模块，每一类又由序列稍有不同的基因拷贝组成，而成熟的B细胞从这4类基因进行选择和组合，从而形成自身独特的基因。就像玩纸牌一样，同样一副牌，洗牌之后，每个人抽到的组合多种多样。

未成熟和成熟B细胞的抗体基因组成

成熟B细胞中抗体的重链和轻链基因均由这种混合-匹配的策略（mix-and-match strategy）形成，由此可以产生约1千万种不同的B细胞。加上DNA片段连接时可能会发生的核酸删减或额外增加，B细胞的多样性也会进一步增加，因此人体内的抗体的种类可以达到大约1亿种。

同样的原则在生物世界并不罕见，例如，20种氨基酸可串联折叠成无数种蛋白质大分子，4种脱氧核糖核苷酸可组成各种DNA遗传信息，单糖分子的组合连接形成各种多糖……

蛋白质（左），基因（中）及多糖（右）的组成示意图（作者改编）

这些结构最小的单元就像计算机程序代码中的码元，即使二进制里看似无比简单的0和1也可以组成无数序列，编程出令人惊叹的内容。生命的设计师将同一个原则应用得非常巧妙。

抗体的死亡之吻

在我们还没接触到病原体之前，基因早就准备了多种多样的抗体，那么它们是如何发挥作用的呢？

当某种病原体入侵体内时，最初由相应B细胞表面的抗体识别病原体表达的抗原，此时的抗体也叫B细胞受体（B cell receptors， BCRs）。每个B细胞约有1万个BCR，某个B细胞的BCR撞上与它匹配的抗原后，B细胞被刺激，就会增殖，而且B细胞会转变为抗体制造工厂（此时叫浆细胞），一边生产一边将抗体运送出细胞到血液中，去对付同样在增殖的病原体。

抗体的结构可分为Fab（fragment antigen-binding）片段和Fc（fragment constant）片段，Fab含有可变区，即每种抗体具有不同的抗原结合位点。当机体受到特定抗原刺激后，B细胞会产生特异性抗体——一支专业对抗入侵者的敢死队。

抗体结构示意图

抗体就像连接抗原和巨噬细胞的桥梁，一端（Fab）结合抗原，另一端（Fc）结合巨噬细胞膜表面Fc受体，从而介导抗原被巨噬细胞所吞噬。这就像抗体给予抗原一个死亡之吻，让巨噬细胞将其毁灭，只不过抗体也作为抗原抗体复合物的一部分和抗原同归于尽了，免疫系统的很多成员都是这样勇敢无私地保卫着主人的健康。

抗体的桥连作用（左）及巨噬细胞吞噬（右）

免疫系统的记忆功能让疫苗能发挥作用

为了应对不同病原体，我们体内存在多种B细胞，但每种B细胞的数量并不多（血液中大约有30亿个B细胞，那么，对于每一种特定抗原，约有30个B细胞可以产生特异性抗体），只有在特定病原体入侵时，人体才会生产出更多能对付这种病原体的一类B细胞，这种现象在免疫学中被称为克隆选择性（clonal selection）。

这样的设计一方面避免让我们的血液被塞满各种各样的B细胞，因为很多B细胞可能不会派上用场，例如，你可能一生都不会得SARS或艾滋病毒等等，就不会需要大量的能产生相应抗体的B细胞。

另一方面，免疫应答经过大约1周，当免疫系统将入侵者消灭完之后，B细胞不再接受刺激就会死亡，只留下少量的记忆B细胞。这让机体下次遇到同样敌人的时候能快速反应作战，免去几天痛苦的战争，正所谓“知敌知己，百战不殆”！

正是借用类似的策略，人类发明了疫苗，注射疫苗是为了协助免疫系统做好备战准备来对付凶猛的敌人。实践中，用于预防接种的疫苗是一种结构和病原体类似而毒性较弱的抗原。使用疫苗刺激B细胞时，免疫系统生产抗体的响应就像是一场预演作战，由此使机体认识并记住敌人的面貌特征，当真正的凶猛的敌人出现的时候，免疫系统就有更大的胜算了。