摘要
免疫球蛋白(Igs)作为获得性免疫的标志之一，大约在5亿年前随着有颌类脊椎动物的出现而首次出现。从软骨鱼到哺乳动物，Igs的进化史上有两个突出的事件:(1) Ig重链(IgH)基因的多样化，进化出与新功能相关的Ig同种型或亚类；(2) 遗传和结构策略的多样化（染色体重组以及重轻链重排等），导致我们今天所知的抗体库的产生。这篇综述概括了迄今为止在有颌类脊椎动物中已鉴定的IgH同种型以及不同脊椎动物物种Igs比较研究中的新发现。
主要概念
体细胞高频突变（Somatic hypermutation，SHM):重组之后的Ig基因V区DNA突变产生特异性和抗原亲和力与胚系Ig有细微差异的Igs
同种型（Isotype）:也称为类别，根据它所具有的恒定区类型来定义的重链或轻链
Cμ：IgM的H链的C区或编码IgM的H链的C区的基因
类别转换（Class-switch recombinationCSR):一种在活化B细胞中的非同源基因重组，用不同的CH基因替换了Cμ基因，如Cμ转换为Cγ，即IgM型抗体转换为了IgG型抗体
铰链区（Hinge region）:位于Fab区和Fc区之间的一个柔性区域，允许两个Fab有一定程度的运动
CH domains:组成重链C区的蛋白质结构域
补体(C’):血浆蛋白的集合，它们相互作用，激活3条不同的补体激活途径（经典途径、替代途径和凝集素途径）来杀死病原体
J链：一种多肽链，通过连接到μ链或α链末端的半胱氨酸来促进IgM或IgA的聚合
转换区（Switch region）:位于在CSR中起作用的每个C区基因上游的重复的DNA片段
1.引言
适应性免疫系统是大约5亿年前脊椎动物出现时，通过抗原受体的重排进化而来的。无颌类脊椎动物通过将富含亮氨酸的重复序列特异性插入可变淋巴细胞受体（variable lymphocytereceptors，VLR）基因来组装成完整的VLRs，与此相反，有颌类进化出了一种不同的策略来产生更多样的抗原受体。这种策略依赖于重组激活基因（RAG）介导的免疫球蛋白（Ig）或T细胞受体（TCR）基因座内variable (V)、diversity (D)和joining (J)片段的重排（图1），随后是活化诱导胞苷脱氨酶(Activation-inducedcytidine deaminase,AID)介导的重排V(D)J区的体细胞高频突变(SHM)。多年来，不同Ig同种型已在不同脊椎动物物种中鉴定出来。有关于Ig同种型多样性和编码它们的基因多样性的新信息正从除人类和小鼠之外的生物体研究中迅速出现。这些新信息不仅扩展了我们对Igs在抵御病原体方面灵活性的理解，而且在许多其他研究领域也有潜在应用。本文总结了有颌类脊椎动物中鉴定的Ig重链(IgH)同种型并介绍了最近从Igs比较研究中得出的几个主要发现。
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。
基于提出的证据，我们可以推测，在各种物种中观察到的不同IgD结构可能通过适应每个物种或属面临的特定免疫环境来执行特定的效应器功能。最近在人类和老鼠身上发现IgD的一些新功能，将在下一节讨论。
4.2.IgD的功能的可塑性
尽管IgD从软骨鱼进化到哺乳动物，但它仍然是一个谜一样的抗体同种型，因为它的生物学功能直到最近才开始被阐明。最近的研究表明，IgD-BCR在B细胞发育和自我耐受中发挥重要作用。
早期的研究表明IgM-BCRs和IgD-BCRs之间存在广泛的功能重叠。对单独表达IgM或IgD的小鼠进行的比较表明，IgM-和IgD-BCRs同样能够支持(1)正常的B细胞发育；(2)对T细胞依赖抗原和T细胞非依赖抗原的免疫反应的启动；(3)体内自我耐受性的诱导。最近，超分辨率技术被用于监测静息和活化B细胞中IgM-BCRs和IgD-BCRs的纳米级组织，结果揭示了两件事。首先，在静息B细胞中，IgM-BCRs和IgD-BCRs位于由不同的蛋白质和脂质组成的膜域(称为蛋白质岛或纳米簇)。IgM纳米团簇比IgD纳米团簇更小，包含的BCR数量更少，CD19分子更靠近IgD-BCR。其次，在激活B细胞后，BCR纳米团簇变得更小、更分散，因此IgM-BCR和IgD-BCR可以彼此靠近，同时伴随着IgD-BCR CD19分子的解离以及它们与激活B细胞上IgM-BCR的结合。
图4.不同脊椎动物类别的IgH同种型
sIgD的主要功能是参与粘膜免疫。在人类中，sIgD是从类别转换的IgD+IgM–血浆母细胞中释放出来的，这种物质已在上呼吸道粘膜中检测到，但很少在脾脏、骨髓和非呼吸粘膜部位发现。血清sIgD的浓度远低于IgG、IgA和IgM，但高于IgE。除了介导粘膜免疫，人sIgD还可以结合各种先天免疫细胞，尤其是嗜碱性粒细胞和肥大细胞。IgD与粒细胞的结合是进化上保守的免疫途径，甚至在鲶鱼粒细胞亚群中也能观察到。在人类中，嗜碱性粒细胞结合的IgD与特异性单克隆抗IgD抗体的交联诱导嗜碱性粒细胞产生(1) B细胞激活因子，如IL-4、IL-13、BAFF和APRIL；(2)抗微生物因子，如β-防御素3、抗菌肽、SPAG11、PTX3和CRP和(3)促炎和免疫刺激因子，如肿瘤坏死因子、白细胞介素-1β、白细胞介素-8和CXCL10。最近的一项研究表明慢性鼻窦炎患者的鼻腔鼻窦粘膜中sIgD蛋白水平增加。IgD激活的肥大细胞可以促进局部IgE的产生，并加剧嗜酸性炎症。此外，通过对与高IgD产生相关的自身炎症的分析进一步证明了IgD的促炎功能。与健康个体相比，自身炎症性疾病患者有更多的类转换IgD+IgM–浆细胞和粘膜IgD-armed嗜碱性粒细胞(可能还有更多的肥大细胞)，这表明异常的sIgD水平可能会增强粘膜归巢、增殖和嗜碱性粒细胞和肥大细胞的激活，导致免疫系统失衡。总的来说，类别转换的IgD+IgM– B细胞分泌的sIgD可能有助于武装嗜碱性粒细胞(可能还有肥大细胞)，使它们能够在免疫和炎症的界面上进行进化上保守的免疫监测。
5. IgY、IgG和IgE:与系统免疫有关的同种型
5.1.IgY , IgG和IgE的进化和功能
IgG和IgE代表两种只在哺乳动物中发现的同种型。在健康人体中，IgG有四个亚类，其血清浓度是IgE的104倍。相比之下，在迄今已知的所有哺乳动物物种中，IgE仅由单个基因拷贝编码。虽然人类IgG亚类的γCH结构域共享90%以上的氨基酸序列同一性，但不同IgG亚类对抗原及其效应分子(包括C1q、各种FcγRs和IgG的替代受体)的亲和力和特异性差异很大，反映了每个IgG亚类的不同生物学功能。值得注意的是，一些重要的家畜（如猪和马）有多个Cγ基因，这些基因是由IgH基因座内最近发生的复制事件产生的，遵循物种形成的过程。重复的Cγ基因的保留意味着每个表达的IgG亚类都有特定的重要功能。不同的IgG亚类特异性抗体的产生将使我们能够对它们在家畜中的各种效应器功能进行彻底的检查和比较。
像哺乳动物IgG一样，IgY是鸟类中发现的主要血清抗体，但在爬行动物和两栖动物中没有发现。IgY的功能尚未得到广泛研究，但已知IgY以T细胞依赖的方式表达。IgY不仅是参与调理作用的主要系统性抗体，而且也可能介导过敏反应。人们普遍认为，IgY也是IgE和IgG的前体。它不仅似乎结合了哺乳动物的IgG样和IgE样功能，而且在三种Ig同种型之间有相当大的序列同源性和结构相似性。IgY作为一种专门负责系统免疫的原始抗体同种型，其起源尚不清楚。分别用不同同种型的前两个或后两个CH结构域构建进化树时，χ/αCH1和χ/αCH2与υCH1和υCH2有明显的同源性，而χ/αCH3和χ/αCH4与μCH3和μCH4同源。在豹式壁虎的IgA样基因以及爪蟾和蝾螈的IgX中也观察到了这种同源性模式。用不同的方法和使用不同的模型对IgM、IgD/W、IgA/X和IgY/G/E的整个CH区进行的其他氨基酸序列系统发育分析进一步表明，IgA/X要么首先与IgM聚集，然后与IgY/G/E聚集，要么首先与IgY/G/E聚集，然后与IgM聚集。这些发现支持张等人的假设，即IgM首先产生粘膜抗体IgA/X，IgY随后从IgM和IgA/X的祖先进化而来。由于IgA/X似乎是连接IgM和IgY/G/E的过渡同种型，IgM和IgA/X之间或IgA/X和IgY/G/E之间必然存在功能重叠。
5.2.爬行动物和鸟类中的IgY(ΔFc)
一种截短的IgY亚型，命名为IgY(ΔFc)，最初在鸭中发现，其特征是缺失Fc区(包括υCH3和υCH4结构域的缺失)(图3)。IgY(ΔFc)随后在许多其他物种中得到鉴定，如蜥蜴、海龟、蛇、蝾螈(大鲵)和鹅。不同物种采取不同的策略产生IgY(ΔFc)。在鸭和鹅中，IgY(ΔFc)是通过使用不同的转录终止位点对同一基因(编码完整的IgY抗体)进行选择性剪接而产生的。在海龟中，IgY和IgY(ΔFc)由单独的基因编码。我们最近的研究表明，在一些蛇中，IgY和IgY(ΔFc)由相同的基因表达，产生相同的转录本，然后通过翻译后修饰机制进行不同的处理。
IgY(ΔFc)也在许多两栖动物、爬行动物和雁形鸟类中表达，这些截短的抗体形式的表达为动物宿主提供了哪些免疫学优势还有待研究。Magor认为高亲和力IgY(ΔFc)可以作为免疫调节机制，一方面，IgY(ΔFc)不能促进巨噬细胞介导的调理病原体的清除或病原体对T细胞抗原呈递的摄取。另一方面，IgY(ΔFc)可以限制病毒感染。
Meddings等人首次提出病毒感染的抗体依赖性增强(antibody-dependent enhancement，ADE)可能是IgY(ΔFc)同种型。基于ADE的机制，Meddings等人提出，至少在鸭中，截短的Ig(缺乏Fc区)如IgY(ΔFc)，在免疫反应的后期占优势，将比全长抗体对同一抗原更具竞争力。然而，因为(1)不同类型的抗体，包括中和、增强、非中和和非增强抗体，在病毒感染的宿主中平行产生；(2)抗体与病毒的结合进一步由抗体亲和力、表位的位置和表位的可及性决定，所以仍需进一步研究IgY(ΔFc)是否真的有助于限制Fc受体介导的和C’介导的ADE。
6. IgA、IgX和IgT：不同种有颌类脊椎动物的特殊粘膜同种型
6.1.特异性粘膜Igs的进化和功能
迄今为止，IgA已在哺乳动物、鸟类和鳄鱼物种中得到鉴定。在人类中，IgA以二聚体的形式存在，代表了全身最丰富的同种型，尤其集中在粘膜部位。IgA也是血清中第二丰富的同种型，以单体形式存在。IgA的主要功能是通过免疫排斥、中和以及抗原排泄在粘膜部位进行被动免疫。IgA也能够通过调节粘膜和非粘膜部位各种细胞因子的产生来诱导主动免疫。另一个IgA研究热点是其在宿主-微生物共生中的作用。
虽然IgA在下颌脊椎动物中不存在，但两栖动物和硬骨鱼通过趋同进化独立表达特殊的粘膜抗体同种型(IgX和IgT)。自2005年以来，在各种条鳍硬骨鱼中相继发现新的IgT和IgT亚类。一系列研究表明，IgT是粘膜组织(包括肠道、皮肤、嗅觉上皮和鳃)中响应病原攻击而诱导的主要同种型，它在覆盖这些表面上发现的微生物群方面也起着普遍作用。
有趣的是，粘膜抗体都具有多聚体结构:分泌的IgA (sIgA)在哺乳动物分泌物中通常是二聚体，在鸟类分泌物中是二聚体、四聚体或三聚体；分泌型IgX是五聚体或六聚体；分泌型IgT是一种非共价连接的四聚体(图3)。值得注意的是，Cτ基因在一些条鳍硬骨鱼种中是缺失的，包括鲶鱼和青鳉 (图2)。巧合的是，在许多爬行动物物种中也报道了Cα基因的自然缺失，这表明特异性粘膜抗体的功能可能不是完全独立的。
6.2.许多爬行动物Cα基因的自然缺失
到目前为止，还没有在海龟、蛇或穿山甲物种中鉴定出编码IgA的基因(图4和图2)，这表明这些物种中天然缺失Cα基因。然而，在豹式壁虎 (图4)中发现了两个具有四个CH结构域的IgA样基因(Cα样)。这两个基因在蛋白质的分泌端都含有半胱氨酸密码子，用于产生聚合物。其中一种IgA样同种型仅在肺中表达，另一种仅在肠中表达，表明它们在功能上与哺乳动物IgA相当。虽然由类Cα基因编码的总氨基酸序列与IgA的相似性高于其他同种型，但Cα样基因可能是由与IgX相似的重组模式产生的，因为CH1-CH2和CH3-CH4结构域分别与IgY (υCH1和υCH2)和IgM (μCH3和μCH4)显示出明显的同源性。到目前为止，还没有在其他鳞目物种中鉴定出类似于Cα的基因，这表明该基因是由壁虎目的真睑科分支内的独立重组事件进化而来的。考虑到IgA在被动免疫和主动免疫中的关键作用，IgA作为宿主抵抗粘膜病原体的防御机制和维持肠道内环境稳定的手段而丧失的补偿机制值得进一步研究。
基于小鼠模型和患有选择性IgA缺乏症(sIgAD)的人类受试者的研究表明，其他同种型，特别是与IgA具有进化、结构和功能相似性的sIgM(包括Fc部分和尾片之间的序列同源性、J链的存在、聚合物的形成以及对相同pIgR在粘膜上皮细胞中转运的依赖)，可以补偿IgA的损失。与野生型小鼠相比，靶向缺失IgA开关和恒定区的小鼠表现出正常的淋巴细胞发育、增殖反应和细胞因子产生，但表现出粘膜和血清中IgM和IgG水平的补偿性升高。IgA敲除小鼠也显示出正常的原发性感染清除率，以及对阴道单纯疱疹病毒2型、胃幽门螺杆菌和可能的轮状病毒和流感病毒继发感染的同等保护水平(从不同的感染模型获得的相互矛盾的结果)。通过AID敲除产生的IgA缺乏小鼠也引起针对小肠中共生微生物的补偿性IgM反应，小肠通常涂有IgA。此外，具有J链或pIgR缺失(分别影响sIgA和sIgM的正常组装和运输)的小鼠显示出粘膜免疫缺陷和上皮屏障功能的恶化。在人类中，sIgAD是最常见的一级抗体缺陷类型之一，在不同人群中的患病率从1/100到1/22 000不等。与其他免疫缺陷相比，sIgAD具有相对温和的临床表型，包括反复呼吸道和胃肠道感染、过敏和自身免疫，大多数患者保持无症状。与IgA缺乏小鼠相似，这些患者的补偿性粘膜IgM计数升高。总之，这些数据表明，在人类和小鼠中，IgM可以很大程度上补偿IgA缺乏引起的被动免疫功能的丧失。
相比之下，哪种同种型可以补偿IgA的主动免疫功能还不太清楚，因为这不太可能依赖于IgM。Hansen等人提出，在人类中，IgG可以补偿IgA诱导的炎性细胞因子的产生，这可以通过(1) IgG在各种组织中的广泛分布来证明，包括肠、血液和皮肤的固有层， (2)FcγRs和FcαRI的共表达来证明，这两者都通过许多免疫细胞促进类似的后续免疫反应和细胞因子谱。在这方面，有趣的是，伴有相关抗体缺乏(如IgG2亚类缺乏)的sIgAD患者患更严重感染和并发症的风险更高。
总之，IgA的作用可以被IgM补偿，甚至可能被IgG和IgD补偿。在爬行动物中，如蜥蜴和乌龟，它们天生缺乏IgA，IgM在肠道中的表达很高，甚至高于脾脏。在蛇牛带绦虫中，IgM的表达水平也比肺、胃和肠中发现的IgY (IgY1和IgY2)的总滴度高得多。这些数据表明，在哺乳动物和上述爬行动物物种中，IgM可能在缺乏IgA的情况下在协调粘膜防御中起重要作用。在缺乏IgA的爬行动物物种中，发现多个IgY或IgD亚类是很常见的。在这些物种中，IgA的主动免疫功能也可以由一个或多个IgY或IgD亚类来补偿。
7. 具有异常结构的抗体及其应用
7.1.重链抗体
传统的免疫球蛋白分子是一种异源四聚体，由两条相同的H链和两条相同的L链组成，通过链间二硫键连接在一起。除了产生常规Igs外，驼科动物和软骨鱼还产生仅由两条H链(HCAbs)组成的功能性同二聚体抗体。HCAb抗原结合位点由一个单一的可变结构域组成，在骆驼中称为VHH或纳米抗体，在软骨鱼中称为IgNAR的V-NAR(图3)。
尽管驼科动物HCAbs和IgNAR是两种完全不同的HCAb同种型，但它们似乎在驼科动物和软骨鱼的祖先中独立地经历了显著的趋同进化。HCAbs和IgNAR都使用相似的策略或机制来避免在没有VL伴侣的情况下与L链相互作用产生可溶性V结构域，以及在没有VH-VL组合多样性(包括较长的CDR1和CDR3、广泛的SHM以及复杂的环内和环间二硫键)的情况下产生高度可变的抗原结合库。
特别值得注意的是，VHH结构域和V-NAR结构域都以其小尺寸、高溶解度和强稳定性以及多种拓扑结构为优势。这些优势使它们能够靶向传统抗体无法到达的抗原表位，即使在苛刻的生理条件下也是如此。自发现以来，HCAbs已广泛应用于基础研究以及治疗、诊断和其他生物技术领域。
7.2.牛的超长CDR H3
与人类和小鼠不同，牛VH基因库非常有限，仅由12个潜在功能性VH基因组成，所有这些基因都属于同一个IGHV1亚组，并共享90%以上的核苷酸序列同一性。然而，牛H链的一个子集(约10%)具有异常长的CDR H3结构，长度超过70个氨基酸，这比迄今为止在人类、骆驼HCAbs和IgNARs中发现的最长的CDR H3区域长得多。五种具有不相关的超长CDR H3序列的牛抗体的晶体结构表明，它们都具有独特的微折叠结构，由β链柄组成，支持二硫键结的旋钮结构域，柄和旋钮结构域都可以适应显著的结构变化。在传统抗体中，抗原结合位点由H链和L链的CDRs形成。在具有超长CDR H3的抗体中，H1和H2的CDRs以及一组限制性λ链的CDRs不用于结合抗原，而是为CDR H3柄提供结构支持。
超长CDR H3到底给Ig功能带来了什么好处仍未知。对于牛本身来说，超长CDR H3可能已经发展成为一种替代机制，当面对有限的组合库时，可以实现最大程度的多样化。或者，超长CDR H3可能已经进化到优化与源自瘤胃微生物或某些牛特异性病原体的抗原的结合，而其他脊椎动物通常不会遇到这种情况。最近的一项研究表明，牛可以可靠而快速地引发针对有序的HIV BG505 SOSIP囊膜(Env)三聚体的广泛中和抗体反应。
超长CDR H3的旋钮结构域，其分子量甚至低于VHH或V-NAR，可以独立地结合到抗原表位，而典型的抗体更难接近这些抗原表位。因此，超长CDR H3的这种不寻常的结构特征为产生针对具有挑战性的抗原靶标的工程抗体提供了一种新的途径。
结论
随着新试剂和强大测序技术的快速发展，我们开始对脊椎动物物种中特定Ig同种型的结构特征、效应器功能和多样性机制有更多的了解。一方面，这些新发现可以帮助我们更全面地了解Ig分子是如何进化以适应某些物种独特的生理环境的；另一方面，也为新的治疗和诊断应用的发展提供了新思路。
原文出处
Sun Y , Huang T , Hammarstrm L , et al. The Immunoglobulins: New Insights, Implications, and Applications[J]. Annual Review of Animal Biosciences, 2020, 8(1).
DOI：10.1146/annurev-animal-021419-083720
指导老师：王战辉
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