摘要：IgY普遍存在于鸟类、爬行动物和两栖类，在功能上等价于哺乳动物IgG，但其许多生物学性质仍未被发现。近来许多研究者分析了IgY的基因组成和生物学功能，而且证实其为哺乳动物IgG和IgE的直接起源。本文将对IgY的分子结构、生物学功能、基因组成与表达和抗体进化方面作较详细的阐述。

　　关键词：IgY；IgY（△Fc）；起源；

　　1969年Leslie和Clem提出将鸡血清中的主要抗体(Ig)命名为IgY，而不是IgG，理由是IgY的重链明显大于哺乳动物IgG的重链以及两者在抗原性方面存在较大的差异。起初人们对IgY的命名法并不乐观。首先，IgY在功能上被认为等价于IgG，而IgG的命名法早已确定；第二，在那时还没有更多证据表明IgY和IgG在结构和功能上的不同之处，而IgY的“拉长”的H链与人的IgG3延长的铰链相似；最后，当时人们并不有意识到IgY 广泛分布于非哺乳动物中。然而，现代研究发现，IgY属于典型的低分子量抗体，分布于鸟类、爬行类和两栖类，甚至还可能存在于肺鱼，而IgG仅仅分布于哺乳动物体内。现代分子克隆技术业已证实，IgG和IgE是从类似IgY的祖先分子分化而来的。

　　一、分子结构

　　IgY，由两条重链（H）和轻链（L）组成，重链（υ）由一个可变区（V）和4个恒定区（C）组成，没有铰链结构。完整分子量为180KDa（7.8S），重链为 67－70KDa，轻链为25KDa，但还存在一个小体积副本，120KDa（5.7S），发现于野鸭和某些龟类中。克隆IgY H链表明，较小的IgY H链缺乏C3、C4区，由于使用了特异的未端外显子（位于C2和C3恒定区外显子间的内含子中），5.7S的IgY的H链仅有两个C区，实际与7.8S IgY的H链CH1和CH2相一致，见图1。5.7S IgY与F（ab`）2片段十分相似，因此正确名称为IgY（△Fc），其H链为υ（△Fc）。7.8S IgY和5.7S IgY（△Fc）可共存于同一种动物或单独存在：鸭和鹅都有全长和截短的IgY，鸡和火鸡仅有全体积的IgY分子。

　　　　比较IgG和IgY的恒定区发现，IgG的Cγ2、Cγ3与IgY的Cυ3、Cυ4极相似，而Cυ2可能经“压缩”形成IgG的铰链结构，铰链结构是哺乳动物抗体的独特结构。在IgY分子结构上的Cυ1－Cυ2和Cυ2－Cυ3间存在脯氨酸、甘氨酸残基，这些区域为IgY分子提供了一定的摆动性。

　　二、生物学功能

　　在抗体进化过程中，IgY的许多生物学功能变得不能适应物种的进化，从而必须进化为一种更高等、更优越、功能更强的抗体IgG。由于IgY存在于许多物种内，从低等的两栖类、爬行类到高等动物鸟类，因此我们很难对IgY的功能进行系统地归纳，而且目前人们对IgY功能的了解也甚少。然而现有数据表明 IgY的用途是非常广泛、多样的。其中最重要的功能是由母体传递IgY给新生儿提供被动地免疫保护力。产生IgY的动物基本是卵生的，IgY或与IgY （△Fc）一起产生的动物通过卵黄把IgY传递给胚胎和新生动物，而单独只形成IgY（△Fc）的动物则是通过卵黄囊上皮传递的。IgY通常是一种系统型而非分泌型抗体，但在美西螈中IgY获得了分泌型功能，充分证实了IgY功能的多样性。

　　下面将对IgY特殊的3种生物学功能着重讨论，同时也将进一步证实，尽管它的分布广泛性和存在时间的长久性（大约超过了3亿年），IgY作为一种不成熟的抗体必将为一种更优越的取代。

　　1、IgY抗体的限制多样性

　　抗体仅在脊椎动物中发现，其分子结构存在多样性，与抗原结合位点构成组分相关，其编码基因是可变基因（V）、多样化基因（D）和结合基因（J）通过V，（D）和J基因的随机选择重组产生所有多样性初级抗体。低等脊椎动物对抗原应答所产生的抗体呈现较窄的、受限制的多样性。鸡的抗体 L和H基因座位仅有一个V基因和一个J基因，只有D基因成簇存在（16个基因）。因此鸡的Ig基因多样性是以基因转变的形式通过同源重组产生，涉及与基因转变有关的体细胞突变。体细胞发育过程中主要发生在V基因的突变，对于产生更多的多样性抗体，起到了更大的潜在作用，而IgY基因缺乏选择高亲和性的体细胞突变的机制。

　　2、IgY的沉淀和凝集反应特性

　　IgY和IgY（△Fc）都含有2个抗原结合位点，原则上来说，可以与多个抗原发生沉淀或凝集反应现象，但事实并非如此。大多数鸡的抗体能牢固地结合抗原却只有在高盐浓度下（如1.5M NaCl）才能引起沉淀或凝集反应。鸭的抗体经常不能表现有效地沉淀或凝集作用，那些没有发生凝集的抗体即使在提高盐的浓度下仍不能获得凝集抗原的能力。

　　IgY沉淀反应失败的原因既与Fc区无关，因为：①鸭IgY（△Fc）能介导沉淀反应，②鸡IgY在胃蛋白酶水解下产生的F（ab/）2结构在高盐浓度下有较好的沉淀作用；又与抗体的结合位点（价位）无关。一般抗体含2个结合位点，经测定，鸡IgY在高盐浓度存在情况下与否都含有2个结合位点，鸭IgY （△Fc）为1.5个结合位点。

　　沉淀失败的真正原因是在于IgY的空间构象：两个Fab片段的距离太近，由于空间位阻的原因，阻碍了它们与大分子抗原的结合。在高盐或低pH情况下，IgY释放Fab间的距离以允许它们各自独立地结合抗原分子。

　　3、IgY的第二效应器功能

　　Ig的许多效应器功能是通过Fc区介导的，理所当然IgY（△Fc）不能激活哺乳动物的补体系统、不与RF因子、类风湿因子结合和SPA、SPG结合等功能。从系统进化角度来说，△Fc Igs的存在是具有一定的选择优势，还是对现存免疫系统良好动物的一种威胁，这是个值得探索的问题。

　　△Fc Igs的选择优势在于：人们发现IgY（至少在鸟类中）是一种皮肤敏感性抗体，它能介导炎症反应，而IgY（△Fc）由于缺乏Fc区，不能致敏本身组织细胞，从而巧妙地避免了致死性的超敏反应。IgY（△Fc）仍保留了中和外界抗原、毒素的功能，可以认为，选择有效但又不对自身有害的抗体是进化过程中的一个重要选择压力。

　　另外一方面，IgY（△Fc）也有可能是进化过程中的一种不太适应动物生存的抗体。①IgY（△Fc）甚少在脊椎动物中发现，表明早期产生此类型抗体的动物现已灭绝；②目前随着生物数量的急骤减少，可能与利用此类型抗体的动物有关，不过这与环境因素造成的影响是无法相提并论的。

 

三、IgY基因组成与表达

　　目前，我们仍只对鸭υ基因结构与表达描述比较详细，不过可从中了解IgY的结构、生物学功能和进化过程。

　　鸭υ基因组成和表达是目前所知抗体 H链中比较特殊的：υ基因含有7个外因子，通过RNA选择加工，编码3种不同的H链，即全长分泌型（υs）、截断分泌型υ（△Fc）和全长转膜型（υTM），见图2。

　　　分析鸭基因表达可看出υ（△Fc）的产生机制：一个极短的终止子（Term）（仅编码2个υ（△Fc）C末端氨基酸片段，不出现在全长型υ基因内）位于 Cυ2和Cυ3的外显子之间的内含子中。当终止了启动后，RMA加工产生VDJ－CH1－CH2－Term mRNA。至于终止子是如何启动的，目前还不清楚。然而，位于终止子和Cυ3外显子间的内含子由一大段的高度重复DNA序列组成，它会造成此区域基因的不稳定。

　　四、IgY与抗体的起源

　　由于只有IgM普遍分布于脊椎动物体内，也因此被认为是所有抗体分子的祖先。但是，现有数据表明类似IgY分子的抗体才是IgG和IgE的直系祖先。主要有三方面的证据：IgY抗体的生物学功能、多肽H链的结构和H链的基因组成与表达。

　　关于抗体的活性，IgY具有IgG和IgE各自的典型性功能。与IgG相似，IgY是血清中主要的低分子量抗体，为对外界感染因素的主要防御和清除机制。同时，IgY具有介导炎症反应的功能，而这是IgE的独有性质。值得注意的是某些动物IgGs仍保留了介导炎症反应的性质（如土拨鼠）。

　　然而，抗体功能方面只是为它们在进化关系上提供了一个间接证据，蛋白质和基因水平的结构信息提供了更直接的证据。IgY与IgE不仅在重链的恒定区数量上相同，而且具有相同的分子内和分子间二硫键及其组成方式。见图3

　　　比较它们的氨基酸排列顺序也表明IgY与IgG、IgE存在同源性。图4为各种动物IgM、IgA、IgG、IgE和IgY的H链进化关系树，从图中可看出有相似氨基酸序列的同种类型抗体分布于同一簇中，而υ、γ和ε的簇非常接近。

　　　IgG的一个主要进化优势在于具有位于Cγ1、γ2之间的编码铰链区的基因，从而使Fab片段获得了较大的灵活度和多样化功能。在铰链区和υ、ε的 CH2羧基末端都有一对Cys－Pro残基，加上Cγ2:Cv3和Cγ3:Cv4结构的相似性，存在一个这样假设即由CH2区经“压缩”成铰链结构。

　　编码分泌型（S，secretory）和转膜型（TM，trans－membrane）H链的mRNA选择加工途径同样暗示了υ、γ和ε链的亲缘关系。在脊椎动物中，编码TM型mRNA分子中的TM1外显子被剪切为分泌区末端的一个隐藏位点(也有少数动物的TM1被剪切成一个正常的供体位点)。一旦隐藏剪切位点被启用，它编码形成一个分泌片段，只存在于分泌型的H链，而在TM型中丢失。γ、υ链的分泌片段的典型长度为2个氨基酸残基（一般为Gly－ Lys），ε链同样为2个氨基酸长度(例外，啮齿动物为8个氨基酸）。与此相比，μ、α的分泌片段更长，一般为20个氨基酸长度。

　　五、总结

　　过去30多年来在物理化学性质和基因组学方面的研究表明IgY出现于整个脊椎动物内，包括两栖类、爬行类和鸟类。因此，与IgG相比，IgY是一种分布更广、数量更大的抗体，不管是现存还是过去大量存在现已灭绝的动物体内。利用IgY抗体的动物有许多具有重要的经济作用，也有一些作为哺乳动物病原菌的传播者，同时它们对维持整个地球生态平衡也是必需的。

　　目前，只有少数种类的IgY分子特征在文献中描述，大量关于IgG、IgE由IgY进化而来方面的问题未被解决。在本文中，我们主要阐述了IgY的结构－生物学功能之间的关系，有益于人们进一步了解Ig的进化演变过程。

　　IgY:clues to the origins of modern antibodies

　　Yi Quan Mao

　　(JiangXi New Century Mixing Animal Health Products CO.，LTD.JiangXi NanChang,330200)

　　Abstract:IgY is the functional equivalent of IgG in birds,reptiles and amphibia,but many aspects of its biology are poorly understood.Recent studies have increased awareness of the genetics and functions of this molecule,and have revealed its position as the ancestor of the uniquely mammalian antibodies IgG and IgE.Here,we review current knowledge of IgY structrue ,function and expression in the context of the evolutionary role of primitive immunoglobulin.

　　Key Words:IgY; IgY（△Fc）;ancestor;

　　(本文译自David Higgins的《IgY:clues to the origins of modern antibodies》，在原文基础上有所增删)

一直不了解IgY，呵呵，长知识了 感谢