人類的日常生存環(huán)境中存在著無數(shù)病原體，而抗體是人體免疫系統(tǒng)對抗外界病原體入侵的主要分子“士兵”。

這些人類的抗體分子由B淋巴細胞分泌的免疫球蛋白構成。當病原體入侵免疫系統(tǒng)時，淋巴細胞通過基因突變等方法，利用甚至不足一百納米的DNA編碼多種多樣的抗體分子，“以萬變應萬變”，產生能夠針對性結合入侵病原體的抗體分子，這個過程被稱為抗體親和力成熟。

人體細胞內部總長2米的DNA鏈條上，有的地方筆直如橋梁，有的地方彎彎繞繞如鄉(xiāng)間小路。 受訪者 供圖

抗體分子在分子水平上長得像一個兩臂舉著武器的字母“Y”，最頂端的氨基酸是識別病原體的“武器”，而下方“身體”部分的氨基酸則負責維持抗體結構的穩(wěn)定和信息傳遞。不同的抗體分子擁有大致相同的“身體”，但它們頂部的“武器”卻千差萬別。

1981年，美國免疫學家大衛(wèi)·巴爾的摩等人發(fā)現(xiàn)，在抗體親和力成熟過程中，基因突變更傾向于發(fā)生在編碼識別病原體的“武器”區(qū)域。在一百納米的范圍內，基因突變?yōu)楹尉哂衅眯?，一直是分子免疫學家苦苦追尋的問題。

4月24日深夜，國際學術期刊《細胞》在線發(fā)表了中國科學院分子細胞科學卓越創(chuàng)新中心（生物化學與細胞生物學研究所）孟飛龍研究組和上海交通大學醫(yī)學院上海市免疫學研究所葉菱秀研究組的合作研究論文。這一工作發(fā)現(xiàn)抗體基因DNA的力學性能，特別是柔性，決定了抗體親和力成熟過程中的基因突變效率。

在人體免疫系統(tǒng)中，B淋巴細胞是制造抗體士兵的工廠。它可以解讀抗體基因遺傳信息，并將其加工為一個個合格的士兵?！鞍彰摪泵窤ID”是B細胞工廠流水線上的“魔鬼教練”，他可以在抗體基因上制造基因突變，從而打造不同的抗體士兵。在抗體士兵的“武器”區(qū)域產生突變，可以產生擁有不同武器的士兵。但是如果在抗體士兵的“身體”部位產生突變，則可能產生不合格的士兵。

為什么在抗體基因上“武器”區(qū)域更容易發(fā)生突變，而“身體”區(qū)域的突變相對較少？上?？茖W家的工作發(fā)現(xiàn)，原來抗體基因上“武器”區(qū)域更加柔軟，“身體”區(qū)域相對僵硬。在柔軟的地方，“魔鬼教練”更容易訓練該處的基因，從而產生更多的突變。

這是“魔鬼教練”（工具酶）和士兵材料（底物DNA）在漫長的進化過程中雙向奔赴的結果。相關機制在人類、猴子、小鼠、羊駝、兔子、狗甚至是鴨嘴獸中都普遍存在。

在人體細胞內部總長2米的DNA鏈條上，有的地方彎曲，有的地方筆直。該工作發(fā)現(xiàn)在抗體士兵制造過程中，DNA的柔性發(fā)揮了重要作用，也提示DNA柔性等力學性質可能在其它生命活動如腫瘤發(fā)生發(fā)展中，發(fā)揮重要作用。

分子細胞科學卓越創(chuàng)新中心博士生王燕燕為該論文的第一作者，中心孟飛龍研究員和上海交通大學醫(yī)學院葉菱秀研究員為該論文的共同通訊作者。

上海師范大學數(shù)學系博士生張森欣在數(shù)據(jù)分析，上海交通大學博士生楊欣瑞在分子動力學模擬，哈佛大學Joyce Hwang和王寵在模型構建等方面作出重要貢獻。