結構生物化學/遺傳密碼/免疫系統
免疫系統摧毀進入人體的外部入侵者。它還摧毀一些不再執行其功能的非外部細胞，例如癌細胞。
免疫系統是生物體內的生物系統，它應該對抗疾病。在脊椎動物中，免疫系統被認為是抵禦外部入侵者的最後一道防線。它透過摧毀病原體和腫瘤細胞來對抗疾病，使用不斷適應以識別和清除這些致病細胞的機制。這種機制是必要的，以便免疫系統不攻擊自身或生物體內的健康細胞。不幸的是，病原體可以快速進化，這將使它能夠逃避免疫系統並攻擊宿主。
已經進化了許多機制，使免疫系統能夠識別甚至中和病原體。每一個活著的生物體，即使是最基本的單細胞生物體，細菌，都包含一些酶系統，用來保護免受病毒感染。同樣，許多古老的真核生物中也進化了基本的免疫機制，並已傳承給它們現代的後代。這些進化機制中的一些是補體系統、吞噬作用和防禦素，它們是抗菌肽。脊椎動物（如人類）的免疫系統是一個複雜的網路，包含許多型別的組織、細胞、器官和蛋白質。由於這種先進的免疫系統，它可以隨著時間的推移更有效地識別特定的病原體。這種適應被稱為“獲得性免疫”，並導致免疫記憶，它可以比作一本充滿資訊的教科書。這種免疫記憶是由直接接觸特定病原體形成的，導致第二次遇到相同的特定病原體時做出準備充分的反應。疫苗接種就是為了這個目的。
然而，當免疫系統開始正常運作時，疾病會導致免疫系統。其中一種疾病稱為免疫缺陷，在這種疾病中，免疫系統的運作水平遠低於它應該達到的水平，因此導致持續復發並可能危及生命的感染。這種疾病可能是由遺傳性疾病或感染引起的，例如艾滋病，它是由艾滋病毒引起的。在另一個極端是自身免疫性疾病，在這種疾病中，免疫系統非常活躍，以至於開始攻擊自身的組織，就像它們是外部入侵者一樣。
免疫系統有多層防禦，以保護免受感染，每層防禦的特異性越來越高。最基本的防禦是物理屏障，它阻止病原體進入生物體。然而，如果病原體能夠穿過這些物理屏障，先天免疫系統就會接管並提供非特異性的即時反應。防禦的第二道防線是先天免疫中的內部防禦。先天免疫中的內部防禦包括吞噬細胞、抗菌蛋白、炎症反應、自然殺傷細胞。如果病原體能夠穿過這第二道防線，那麼第三道防線就是適應性免疫系統。為了提高其在感染期間識別病原體的能力，免疫系統會調整其反應。在病原體被消除後，改進後的反應會保留下來，形成免疫記憶，使適應性免疫系統在下次遇到相同病原體時更快更強地攻擊它。
適應性免疫和先天免疫都需要免疫系統能夠區分哪些分子是自身分子和非自身分子。自身分子是生物體自身的一部分，與外部的外國物質不同，而非自身分子通常被稱為抗原，特定免疫受體與之結合。
生物體透過各種屏障來保護自己。抵禦感染的第一道防線是表面屏障，包括膜和外骨骼。其他身體系統也透過自然排斥外來物質來保護身體。眼淚、尿液、粘液、咳嗽和打噴嚏都是身體排出外來物質的例子。另一種對抗感染的屏障是化學屏障，它利用酶（也稱為抗菌劑）來殺死病原體。
粘膜的某些細胞會產生粘液，這是一種粘稠的液體，透過捕獲微生物和其他顆粒來增強防禦。唾液、眼淚和浸潤各種暴露的上皮組織的粘液分泌物提供沖洗作用，這也抑制了微生物的定殖。進入人體的病原體可能會被白細胞檢測到。這些細胞使用 Toll 樣受體來識別微生物。Toll 樣受體識別一組病原體特徵性分子的片段。同樣，在內吞作用形成的囊泡的內表面上，是雙鏈 RNA 的感測器，它是一種特定病毒的核酸形式。
先天免疫中有四種類型的內部防禦
吞噬作用是細菌和其他外來物質的攝取和消化。它是由迴圈在血淋巴中的血細胞觸發的。下面顯示了典型的吞噬細胞吞噬和破壞微生物的六個步驟。
(1) 假足包圍微生物。
(2) 微生物被吞噬進入細胞。
(3) 含有微生物的液泡在細胞內形成。
(4) 液泡和溶酶體融合。
(5) 有毒化合物和溶酶體酶破壞微生物。
(6) 微生物碎片透過胞吐作用釋放
有四種類型的吞噬性白細胞在先天免疫系統中發揮不同的作用。
(1) 中性粒細胞是哺乳動物體內最豐富的吞噬細胞。中性粒細胞佔迴圈在血液中的總白細胞的 50-60%。來自感染組織的訊號會吸引中性粒細胞，然後吞噬並破壞微生物。
(2) 巨噬細胞提供比中性粒細胞更有效的吞噬防禦。一些巨噬細胞在體內遷移，而另一些則永久駐留在各種器官和組織中。脾臟、淋巴結和其他淋巴系統組織中的巨噬細胞特別適合對抗病原體。血液中的微生物會被困在脾臟中，而間質液中的微生物會流入淋巴並被困在淋巴結中。
(3) 嗜酸性粒細胞的吞噬活性低，但在抵禦多細胞入侵者（如寄生蟲）方面很重要。嗜酸性粒細胞不會吞噬這些寄生蟲，而是將自己定位在寄生蟲的身體上，然後釋放破壞性的酶來損傷入侵者。
(4) 樹突狀細胞存在於與環境接觸的組織中。它們主要刺激針對它們遇到的微生物的適應性免疫的發展。樹突狀細胞也是組織中的吞噬細胞，但與外部環境接觸，因此主要存在於腸道、胃、鼻子、肺和皮膚中。它們類似於神經元樹突，因為它們都具有棘狀突起。樹突狀細胞將身體組織以及適應性和先天免疫系統聯絡起來，因為它們將抗原呈遞給 T 細胞。
干擾素是提供針對病毒感染的先天防禦的蛋白質。感染病毒的身體細胞分泌干擾素，誘導附近的未感染細胞產生抑制病毒複製的物質。干擾素限制病毒在體內的細胞間傳播，有助於控制感冒和流感等病毒感染。一些白細胞分泌不同型別的干擾素，有助於啟用巨噬細胞，增強其吞噬能力。
補體系統由血漿中大約 30 種蛋白質組成，這些蛋白質共同作用以對抗感染。這些蛋白質在非活性狀態下迴圈，並在一系列生化反應中被啟用，導致入侵細胞破裂。
炎症反應是指讓你察覺到皮膚下的木刺而產生的疼痛和腫脹。組胺是重要的炎症訊號分子之一，它儲存在肥大細胞中。肥大細胞存在於粘膜和結締組織中，調節著炎症反應。它們分泌的化學介質通常用於抵禦寄生蟲，有時也參與過敏反應，如哮喘。自然殺傷細胞是一種白細胞，攻擊腫瘤細胞和被病毒感染的細胞。肥大細胞在組織損傷部位釋放的組胺會觸發附近的血管擴張並變得更通透。
以下是區域性炎症反應中主要事件的步驟。
(1) 損傷部位的啟用巨噬細胞和肥大細胞釋放訊號分子，作用於附近的毛細血管。
(2) 毛細血管擴張並變得更通透，使含有抗菌肽的液體進入組織。免疫細胞釋放的訊號分子吸引更多的吞噬細胞。
(3) 吞噬細胞消化病原體和細胞碎片，組織癒合。
自然殺傷 (NK) 細胞幫助識別和消除脊椎動物中某些患病細胞。除紅細胞外，體內所有細胞的表面通常都有一種叫做 I 類 MHC 分子的蛋白質。病毒感染或癌變後，細胞有時會停止表達這種蛋白質。在體內巡邏的 NK 細胞會附著在這些受感染的細胞上，並釋放化學物質，導致細胞死亡，從而抑制病毒或癌症的進一步擴散。
適應性免疫中有兩種型別的免疫。
細胞免疫也稱為細胞介導的免疫 (CMI)。這種型別的免疫是免疫反應的第二道防線。免疫細胞具有不同的功能。例如，這種細胞介導的免疫包括殺死胞內病原體，以及細胞毒性 T 細胞、自然殺傷細胞和殺傷細胞直接殺死細胞（T 細胞透過掃描細胞表面尋找任何異物來發揮作用）。在 CMI 中，T 細胞或淋巴細胞會附著在其他細胞的表面，然後展示抗原，並觸發反應。這種型別的免疫反應也可能包括白細胞 (白血球)。
這種型別的免疫防禦由細菌和病毒感染的細胞外階段引起的感染。這種免疫是由一大類、種類繁多的蛋白質介導的，這些蛋白質被稱為抗體或免疫球蛋白；在哺乳動物中，它們是由骨髓中的 B 細胞產生的。B 細胞在體液免疫中起著重要作用。B 細胞像 T 細胞一樣，也有表面受體，使它們能夠識別特定的抗原。B 細胞中的可變部分接受特定的抗原。一旦 B 細胞識別到這種抗原，它就能執行兩種功能。一個是產生能夠複製具有特定結合位點的更多細胞的漿細胞 B 細胞。另一個是形成記憶 B 細胞，每當再次遇到抗體時，它就會作為免疫起作用。
在免疫系統中，炎症通常是最初的反應之一。這通常可以透過腫脹和發紅來觀察，這是組織血流增加的結果。受損或感染的細胞釋放細胞因子和類花生酸，導致炎症。血管擴張和發熱是由前列腺素產生的，而白細胞是由白三烯吸引的，這兩者都是類花生酸的一部分。常見的細胞因子是干擾素，它可以關閉蛋白質合成，以及白細胞介素，它在白細胞之間傳遞資訊。細胞因子以及其他化學物質吸引免疫細胞到感染部位，並清除病原體，然後修復受損的組織。
適應性免疫系統可以產生強烈的免疫反應，並且是免疫記憶的基礎，因為身體遇到的每個病原體都會被特定的抗原記住。適應性免疫反應需要身體在抗原呈遞過程中識別特定的非自身抗原。這種抗原特異性使身體能夠產生針對特定病原體和受病原體感染細胞的反應。產生針對該病原體的正確反應的能力是由體內記憶細胞維持的。如果病原體多次感染身體，特定的記憶細胞會迅速消滅病原體。
適應性免疫系統細胞稱為淋巴細胞，是白細胞的一種特殊型別。淋巴細胞的主要型別包括 B 細胞和 T 細胞，它們來源於骨髓中發現的骨髓造血幹細胞。T 細胞參與細胞介導的免疫反應，而 B 細胞參與體液免疫反應。
T 細胞和 B 細胞都含有用於識別特定目標的受體分子。T 細胞只有在抗原（病原體的一小部分）與稱為主要組織相容性複合體 (MHC) 分子的自身受體結合在一起後，才能識別非自身目標，例如病原體。其中包括兩種主要的 T 細胞，即輔助 T 細胞和殺傷性 T 細胞。殺傷性 T 細胞只能識別與 I 類 MHC 分子結合的抗原，而輔助 T 細胞只能識別與 II 類 MHC 分子結合的抗原。
另一方面，B 細胞抗原特異性受體是存在於 B 細胞表面的抗體分子，可以識別病原體，無需任何抗原加工。不同的 B 細胞表達不同的抗體，因此 B 細胞抗原受體的完整集合代表了身體可以產生的所有抗體。
殺傷性 T 細胞殺死被病毒和其他病原體感染的細胞，或者受損或功能失調的細胞。與 B 細胞類似，不同型別的 T 細胞識別不同的抗原。當殺傷性 T 細胞的相應 T 細胞受體 (TCR) 結合到另一個細胞的 MHC I 類複合體受體中的特定抗原時，殺傷性 T 細胞就會被啟用。CD8 是 T 細胞上的共受體，有助於識別這種 MHC 抗原複合體。T 細胞在整個身體中游走，尋找 MHC I 受體中含有該抗原的細胞。當活化的 T 細胞接觸到這些細胞時，它會釋放細胞毒素，導致靶細胞質膜形成孔洞，使水、毒素和離子進入。另一種毒素肉毒桿菌素的進入會導致靶細胞發生凋亡，這基本上是細胞的自毀。殺死宿主細胞的 T 細胞在阻止病毒複製方面極其重要。T 細胞活化受到嚴格控制，通常需要輔助 T 細胞提供的非常強的 MHC/抗原活化訊號。
當 B 細胞和 T 細胞開始複製時，它們產生的後代中的一些最終會變成壽命長的記憶細胞。這些記憶細胞會記住動物一生中遇到的所有特定病原體，因此如果病原體再次入侵身體，它們就能引發強烈的反應。這被稱為“適應性免疫系統”，因為它是在個體一生中對病原體感染的適應的結果，並繼續為潛在的未來病原體準備免疫系統。免疫記憶可以是主動的長期記憶或被動的短期記憶。
新生兒特別容易受到感染，因為他們之前沒有接觸過病原體。因此，母親透過多層被動保護來保護嬰兒。在懷孕期間，TgG 是一種特定的抗體，透過胎盤從母親傳遞給嬰兒，因此即使嬰兒也具有高水平的抗體，這些抗體與母親具有相似的抗原特異性。即使母乳也含有抗體，這些抗體被轉移到嬰兒的腸道中，並在嬰兒能夠產生自己的抗體之前，保護他們免受細菌感染。由於胎兒沒有產生任何記憶細胞或抗體，因此被稱為被動免疫。被動免疫是短暫的，從幾天到幾個月不等。
主動記憶和免疫
[edit | edit source]感染後，透過啟用 B 細胞和 T 細胞獲得長期的主動記憶。疫苗利用了這種機制，人工產生主動免疫。在接種疫苗時，病原體的抗原被引入體內，刺激免疫系統產生針對該病原體的特異性免疫，而不會真正導致病原體帶來的疾病。這種對病原體的故意引入是成功的，因為它利用了免疫系統的天然特異性和誘導性。疫苗接種是免疫系統的一種極其有效的操縱方法，可以幫助對抗疾病。
許多細菌疫苗是微生物的無細胞成分，而病毒疫苗是活的減毒病毒以及無害的毒素成分。由於源自無細胞成分的細菌疫苗不會誘導強烈的適應性反應，因此大多數細菌疫苗都與佐劑一起提供，佐劑啟用存在於先天免疫系統中的抗原呈遞細胞，以最大限度地提高免疫原性。
免疫缺陷
[edit | edit source]當人類免疫系統的某些部分失活時，就會發生免疫缺陷。由於一個成分失活，其對病原體的反應能力就會降低。免疫功能低下常見的病因包括肥胖、藥物和酒精。發展中國家免疫缺陷最常見的原因是營養不良。蛋白質不足通常會導致補體活性、細胞介導的免疫、細胞因子產生和吞噬細胞功能受損。單一營養素的缺乏也會降低免疫反應。此外，胸腺的丟失，無論是透過基因突變還是透過手術切除，也會導致嚴重的免疫缺陷，因為動物對感染變得高度敏感。
免疫缺陷也可以是獲得性的或遺傳性的。遺傳性免疫缺陷的一個例子是慢性肉芽腫病，在這種疾病中，吞噬細胞破壞病原體的能力降低了。獲得性免疫缺陷的一個例子是艾滋病和某些型別的癌症。
自身免疫
[edit | edit source]自身免疫發生在免疫反應過度活躍，導致自身免疫性疾病時。在這些疾病中，免疫系統無法正確區分自身和非自身，因此會攻擊自身。通常，抗體和 T 細胞會與自身肽發生反應。為了防止自身免疫，專門細胞（通常存在於胸腺和骨髓中）的功能之一是讓年輕的淋巴細胞產生全身的自身抗原，並清除識別自身抗原的細胞。
超敏反應
[edit | edit source]當免疫反應損害身體自身的組織時，就會發生超敏反應。超敏反應有四類（I 型到 IV 型）。I 型超敏反應是一種過敏反應，通常與過敏有關。症狀範圍很廣，從輕微的不適到死亡都有。I 型超敏反應通常由 IgE 介導，IgE 從嗜鹼性粒細胞和肥大細胞釋放。II 型超敏反應發生在抗體與動物自身細胞上的抗原結合，將其標記為破壞時，這通常被稱為抗體依賴性超敏反應。III 型超敏反應通常由沉積在各種組織中的免疫複合物觸發。遲髮型超敏反應或 IV 型超敏反應涉及許多自身免疫性疾病和傳染病，通常需要兩天到三天才能發展。這些通常由巨噬細胞、單核細胞和 T 細胞介導。
腫瘤的免疫學
[edit | edit source]免疫系統的一個重要作用是識別和消除腫瘤。腫瘤的轉化細胞表達在正常細胞上通常找不到的抗原。這些抗原對免疫系統來說看起來很陌生，當靠近腫瘤時，免疫細胞會攻擊轉化的腫瘤細胞。腫瘤表達的抗原來自多種來源，包括乳頭瘤病毒，乳頭瘤病毒源自致癌病毒，通常會導致宮頸癌，而其他來源是生物體自身的蛋白質，這些蛋白質在正常細胞中通常只有低水平，但在腫瘤細胞中達到異常高的水平。一個例子是酪氨酸酶，當酪氨酸酶以非常高的水平表達時，它可以將某些皮膚細胞轉化為稱為黑色素瘤的腫瘤細胞。腫瘤抗原的另一個來源是正常情況下對生存至關重要的蛋白質的突變，這些蛋白質會調節細胞生長，從而轉化為誘導癌症的分子。
免疫系統用於腫瘤的主要反應是利用殺傷性 T 細胞在輔助性 T 細胞的幫助下破壞異常細胞。存在於 MHC I 類分子上的腫瘤抗原與病毒抗原非常相似。這種相似性使殺傷性 T 細胞能夠識別腫瘤細胞為異常。NK 細胞以類似的方式殺死腫瘤細胞，尤其是在它們的表面上，MHC I 類分子的數量少於正常水平；這是腫瘤的常見特徵。有時會產生針對腫瘤細胞的抗體以破壞它們。
然而，有些腫瘤躲避了免疫系統，最終導致癌症。由於腫瘤細胞的表面通常只有 MHC I 類分子數量減少，因此它們經常躲避殺傷性 T 細胞的檢測。一些腫瘤細胞也會釋放抑制免疫反應的產物，例如當它們分泌細胞因子 TGF-B 時，已知 TGF-B 會抑制淋巴細胞和巨噬細胞的活性。此外，有時當對腫瘤抗原產生免疫耐受時，免疫系統不再攻擊腫瘤細胞。
巨噬細胞可以促進腫瘤的生長，因此腫瘤細胞會釋放細胞因子，這些細胞因子可以吸引巨噬細胞，巨噬細胞會釋放細胞因子和生長因子，最終滋養腫瘤，促進其發育。腫瘤中的缺氧和巨噬細胞釋放的細胞因子的結合會誘導腫瘤細胞減少產生一種蛋白質，這種蛋白質通常會阻止轉移，幫助癌細胞擴散。
病原體躲避免疫系統
[edit | edit source]病原體的成功取決於其躲避宿主免疫反應的能力。因此，病原體已經進化出幾種方法，使它們能夠透過躲避免疫系統的檢測和破壞而成功感染宿主。細菌通常透過分泌酶來消化屏障來克服物理屏障，例如 II 型分泌系統。它們還使用 III 型分泌系統，使它們能夠插入一個空心管，為蛋白質進入宿主細胞提供一條直接途徑。這些蛋白質通常會關閉宿主的防禦系統。
一些病原體透過隱藏在宿主的細胞內來躲避先天免疫系統，這也稱為細胞內致病機制。病原體隱藏在宿主細胞內，在那裡它受到補體、抗體和免疫細胞直接接觸的保護。許多病原體釋放化合物，這些化合物會誤導或削弱宿主的免疫反應。一些細菌甚至會形成生物膜，保護它們免受免疫系統蛋白質和細胞的攻擊。許多成功的感染通常涉及生物膜。一些細菌會產生表面蛋白，這些蛋白會與抗體結合，使抗體無效，例如鏈球菌。
其他病原體透過快速改變其表面上非必需的表位入侵身體，同時將必需的表位隱藏起來。這被稱為抗原變異。HIV 迅速變異，因此存在於其病毒包膜上的蛋白質（這些蛋白質對其進入宿主靶細胞至關重要）不斷發生變化。由於這些抗原變化如此之大，因此疫苗尚未發明。另一種常用的策略是使用宿主分子來掩蓋抗原，從而躲避免疫系統的檢測。在 HIV 中，覆蓋病毒體的包膜是由宿主細胞最外層的膜形成的，這使得免疫系統難以將其識別為非自身結構。
藥物操縱
[edit | edit source]免疫應答系統可以被操控，從而抑制過敏和自身免疫導致的不良反應。它也可以被操控，以增強針對逃避免疫系統的病原體的保護性反應。自身免疫性疾病、由於過度組織損傷引起的炎症以及器官移植後防止移植排斥反應，都是透過免疫抑制藥物來控制的。抗炎藥用於控制炎症的影響，但會產生骨質疏鬆等不良副作用。因此，抗炎藥通常與免疫抑制藥物一起使用。細胞毒性藥物可以透過破壞分裂的細胞（如活化的 T 細胞）來抑制免疫系統。然而，負面的是它是非選擇性殺傷，其他不斷分裂的細胞也會受到影響，從而導致毒性副作用。
較大的藥物可以促進中和免疫反應，尤其是在反覆給藥或大劑量給藥的情況下。因此，這限制了它基於更大的蛋白質和肽的有效性。已經開發了預測蛋白質和肽免疫原性的方法，這在設計治療性抗體時特別有用。早期的技術通常依賴於這樣的觀察：親水性氨基酸在表位區域的代表性往往高於疏水性氨基酸。
免疫反應是由外來大分子（通常是蛋白質或碳水化合物）的存在觸發的；這些被稱為抗原。例如，免疫球蛋白存在於 B 細胞表面。
先天免疫系統反應通常是由模式識別受體識別的微生物觸發的。這些防禦是非特異性的，對外國代理沒有持久免疫力，但它是大多數生物體中防禦系統響應的最動態方式。先天免疫系統透過產生細胞因子來招募免疫細胞到感染部位，啟用補體級聯來識別病原體，協助白細胞識別，以及透過抗原呈遞啟用適應性免疫系統。
補體系統攻擊病原體的表面。補體系統包含 20 多種蛋白質，是先天免疫反應中最大的體液成分。該反應是由補體結合到附著在微生物表面碳水化合物上的抗體觸發的，從而觸發快速殺傷反應。補體蛋白最初與微生物結合並激活其蛋白酶活性，從而啟用其他補體蛋白酶，產生催化級聯，利用正反饋放大初始訊號。這導致產生吸引免疫細胞並增加囊袋通透性的肽，同時標記病原體的表面以進行破壞。
對感染的另一個快速反應是炎症。炎症通常以紅腫為標誌，這是由組織血流增加引起的，是由受攻擊細胞釋放的類花生酸和細胞因子產生的。類花生酸誘導發燒和血管擴張，而白三烯吸引白細胞。細胞因子招募免疫細胞到感染部位，以促進去除病原體後受損組織的癒合。
適應性免疫系統透過識別和記憶特定病原體併為每次遇到病原體創造更強的攻擊來消除和預防病原體。這種適應性特性有助於為未來的挑戰做好準備。
當抗原與這種免疫球蛋白結合時，B 細胞會吞噬抗體-抗原複合體並將其降解。在此過程之後，T 細胞刺激 B 細胞增殖，並針對其他抗原重複該過程。B 細胞可以存活數天；一些 B 細胞可以存活數年，被稱為記憶 B 細胞。這些可以刺激對過去遇到的抗原的更快反應。
影像：newImmuneSystemOverview.gif
抗體結構形成一組相關且龐大的蛋白質。所有免疫球蛋白至少包含四個亞基：2 個相同的重鏈（重約 53-75 kD）和 2 個相同的輕鏈（重約 23 kD）。亞基透過二硫鍵以及非共價相互作用連線形成 Y 形結構，該結構是對稱的。免疫球蛋白有五種不同的類別（IgA、IgD、IgE、IgG、IgM），它們主要在所含的重鏈型別（有時也包括亞基結構）方面有所不同。因此，不同的免疫球蛋白具有不同的功能。例如，IgE 與過敏原結合並保護免受寄生蟲的侵害，而 IgA 存在於粘液中並防止定植。迄今為止，最常見的免疫球蛋白是 IgG。
免疫球蛋白由同源單元組成，所有這些單元都具有相同的特徵摺疊。這種摺疊存在於輕鏈中，由三個和四個鏈的反平行 β 摺疊組成，這些摺疊透過二硫鍵連線。這種結構可以容納大量不同的抗原。輕鏈透過其可變域（輕鏈的一部分）中的三個環來識別抗原。該域包含整個免疫球蛋白中抗體之間氨基酸變異最大的區域；這些被稱為高變區序列。
抗體和抗原之間涉及的力和鍵合包括範德華力、氫鍵、疏水力和離子相互作用。兩者在結構上互補；因此，形成了牢固的鍵。抗原和抗體之間的解離常數範圍為 10^-4 - 10^-10，這大於或等於酶與其底物相關的解離常數。
在大多數情況下，免疫球蛋白是二價分子，能夠同時結合兩種不同的抗原。外來生物體或物質通常在其表面具有許多抗原。因此，典型的免疫反應包括具有不同特異性的抗體混合物，這些抗體二價結合到抗原上。這種結合允許抗原交叉連線形成擴充套件的晶格形成，這有助於並減少去除抗原所需的時間。這也觸發了進一步的 B 細胞形成和增殖。[[媒體：媒體：Example.ogg]]
抗原不會影響 B 細胞產生新的免疫球蛋白來與其結合。相反，抗原刺激預先存在的識別該抗原的 B 細胞抗體的增殖。因此，免疫系統能夠產生大量不同的抗體。其中大多數足以使一個人透過其免疫系統做出反應，以應對他或她可能遇到的幾乎所有抗原。抗體序列的多樣性源於 B 淋巴細胞發育過程中的遺傳變化，不僅來自免疫球蛋白基因的數量。
免疫系統獨特之處在於它只對外國物質做出反應，而不對大量不同的內源性分子做出反應。由於大多數大分子實際上都是抗原性的，因此在個體之間以及物種內部轉移組織、器官或血液樣本帶來了巨大的挑戰，並且正在不斷進行研究。
免疫系統可能對一些自身抗原失去耐受性，導致自身免疫性疾病，在最嚴重的情況下，可能危及生命。自身免疫性疾病包括：Addison 病、克羅恩病、多發性硬化症、牛皮癬和 Graves 病。
Addison 病是由腎上腺無法產生足夠的稱為皮質醇的類固醇激素引起的。這種罕見的遺傳性疾病可能在兒童、成人甚至某些動物物種中發展。治療包括補充激素。
克羅恩病是一種影響腸道的自身免疫性炎症性疾病。身體的免疫系統攻擊胃腸道，引起炎症。普遍認為是一種主要的 T 細胞自身免疫性疾病，新的研究認為它是一種受損的先天免疫，這是由於巨噬細胞的細胞因子分泌受損導致的微生物誘導的炎症反應。
多發性硬化症是指身體的免疫系統攻擊中樞神經系統，導致脫髓鞘。影響脊髓和大腦之間的交流，神經細胞透過沿包覆髓鞘的軸突發送電訊號（動作電位）來進行交流。髓鞘受到攻擊並受損，導致 MS。
牛皮癬是一種慢性、主要是遺傳性的、非傳染性的自身免疫性疾病，影響皮膚和關節，使其變成紅色，皮膚上出現鱗片狀斑塊。這些炎症和皮膚過度增生的區域呈銀白色。在這種特殊情況下，炎症不是由病原體引起的，而是由 T 細胞從真皮轉移到表皮引起的。
Graves 病是一種影響甲狀腺的自身免疫性疾病，導致其尺寸增大兩倍並變得過度活躍。這也影響眼睛和身體的其他系統。身體產生針對促甲狀腺激素 (TSH) 受體的抗體，導致甲狀腺機能亢進，因為 TSH 受體和抗體結合。T3 和 T4 的產生異常高，導致甲狀腺機能亢進和甲狀腺腫大。