《Fish & Shellfish Immunology》：IgY Antibodies as a Non-Antibiotic Approach to Combat
Vibrio vulnificus Infection and Gut Microbiota Dysbiosis in Zebrafish
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本文系统综述了IgM从软骨鱼类到哺乳动物的进化轨迹，结合结构生物学与功能适应性分析，揭示了其多聚体构象与功能分化的协同进化规律，并提出未来研究方向。
杨顺|赵 lu-chuan|郭富珍|徐洪森|黄梦梦|费辉
浙江科技大学生命科学与医学院，杭州，310018，中国
摘要
免疫球蛋白M（IgM）是脊椎动物中最古老且最保守的抗体类别之一，在先天免疫和适应性免疫中发挥着关键作用。作为有颌脊椎动物中最早出现的抗体类型，IgM在其5亿年的进化历程中经历了复杂的结构和功能适应。本文从结构和功能的综合角度系统地探讨了IgM从软骨鱼类到哺乳动物的进化轨迹，阐明了其多聚体结构变化与功能特化之间的内在关系。在现有知识的基础上，我们提出了一个新假说，解释了IgM的多聚化模式是如何与功能特化共同进化的，并概述了未来研究的方向。了解IgM的进化有助于揭示适应性免疫的起源以及新型治疗策略的发展。
引言
免疫球蛋白M（IgM）作为最古老的抗体类型，在脊椎动物的免疫系统中起着关键作用。IgM的独特之处在于其多聚体结构。在现存的脊椎动物中，我们可以观察到多种结构形式，包括四聚体（硬骨鱼类）、五聚体（软骨鱼类、鸟类和哺乳动物）以及六聚体（两栖动物和爬行动物）。这种结构多样性反映了不同进化阶段的选择压力。值得注意的是，连接链（J链）的获得和丢失与多聚体形式的变化密切相关，表明免疫系统具有复杂的环境适应性。从功能角度来看，IgM经历了从“通用型”到“专用型”的转变。在低等脊椎动物中，IgM同时具有效应分子和识别分子的双重功能；而在高等脊椎动物中，随着IgG/IgA等新抗体类型的出现，IgM逐渐专门化，主要参与早期免疫反应和先天免疫防御。这种进化上的分工使免疫系统能够更有效地对抗病原体。
结构生物学和比较基因组学的最新进展为IgM研究带来了突破性发现。包括阐明哺乳动物IgM多聚体免疫球蛋白受体（pIgR）复合体结构以及原始脊椎动物IgM分子的结构特征在内的标志性成果，为IgM的进化提供了新的视角。本文将从结构和功能两个方面系统总结IgM从原始脊椎动物到哺乳动物的进化轨迹，揭示其结构-功能关系的进化规律，并讨论未来的研究方向。
部分摘录
IgM的结构进化
IgM与其他免疫球蛋白具有基本相同的结构，由重链（μ链）和轻链（L链）组成。大多数脊椎动物的μ重链包含四个恒定结构域（Cμ1-Cμ4）和一个负责抗原结合的可变结构域（V结构域）。虽然IgM单体的基本结构高度保守，但它主要以多聚体形式存在，并在不同脊椎动物物种中表现出显著的进化差异。以下是IgM结构进化的概述。
功能适应
作为主要以多聚体形式存在的免疫球蛋白，IgM具有更高的抗原结合能力，从而增强了病原体的识别能力。大量研究表明，IgM在先天免疫和早期适应性免疫反应中起着关键作用。此外，IgM在系统免疫和黏膜免疫中也具有独特的意义。然而，其功能特性在不同脊椎动物谱系中经历了显著的进化变化。
比较免疫学见解与展望
作为脊椎动物中最早出现的免疫球蛋白，IgM主要以多聚体形式存在。在整个脊椎动物进化过程中，IgM多聚体的结构组织经历了多次变化：从软骨鱼类中的五聚体形式，到硬骨鱼类中的四聚体形式，再到两栖动物和爬行动物中的六聚体形式，最终在鸟类和哺乳动物中恢复为以五聚体为主的结构（图2A）。从结构上看，IgM的多聚化过程经历了显著的进化演变。
CRediT作者贡献声明
杨顺参与了本综述的构思和设计，收集了参考资料，并起草了手稿。赵lu-chuan、郭富珍、徐洪森和黄梦梦参与了参考资料的收集。费辉参与了综述的构思、图表的制作以及手稿的编辑。所有作者都阅读并批准了最终版本的手稿，并确认了这项工作的完整性。
资助信息
本工作得到了中国国家自然科学基金（项目编号：32102824）、中国国家重点研发计划（项目编号：2022YFC2803900）以及浙江省农业农村厅项目（项目编号：2025SNJF090）的支持。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的研究工作。
