十三章淋巴细胞成熟与抗原受体基因的表达

-2010- - 孙汶生教授高教版秋朱 1

十三章淋巴细胞成熟与抗原受体基因的表达

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概述均起源骨髓多能干细胞 T 细胞在胸腺内分化成熟 B 细胞 :

胎儿期 , 可由胎肝和骨髓产生出生后在骨髓内产生成熟过程分为骨髓内和骨髓外成熟

中心事件 :TCR 和 BCR 基因重排形成庞大抗原受体库


第一节 B 细胞的成熟过程



一、 B 细胞在骨髓内的分化

Ig 基因重排膜 Ig 的表达自身反应性 B 细胞清除

骨髓内


1. 骨髓微环境和 B 细胞成熟干细胞——多能干细胞——定向 B 细胞骨髓微环境：骨髓基质细胞

SecretedFactors - CYTOKINES

2. Secretion of cytokines by stromal cells

B

Stromal cell

1. Specific cell-cell contacts between stromal cells and developing B cells

Cell-cell contact




2. B 细胞成熟的分期祖 B 细胞：表 CD45R ， Ig 重链基因重排，胞

质出现链 , 表达 Ig-Ig 异源二聚体前 B 细胞：替代轻链与链表达于膜表面 —— 前 B 细胞标志未成熟 B 细胞：轻链基因重排产生或链，表达 IgM ，阴性选择成熟 B 细胞：表达 mIgM 和 mIgD


B 细胞发育阶段及主要标志祖 B细胞（ pro-B

）

前 B细胞（ pre-B）

未成熟 B细胞

成熟 B细胞

重链基因 DHJH VHDHJH VHDHJH VHDHJH

轻链基因 VpreB+5 VpreB+5 VLJL VLJL

RAG-1/RAG-2

+ + — —

模型重链 — +

轻链 — 替代轻链或或


3. 未成熟自身反应性 B 细胞的阴性选择(Negative selection )

清除自身反应性 B 细胞，获得自身耐受

Immature B cells that bind to multivalent self Ag undergo apoptosis

YYImmatureB-2 CellYY

ImmatureB-2 Cell

anergy

Immature B cells that bind to monovalent self Ag undergo anergy


4. Ig 基因重排（ 1 ） Ig 基因特点 IGH 链基因— 14 ， IGK—2 ， IGL—22 每种链的基因含有许多基因片段， 3-4 区

段 V 区 J 区 D 区 (diversity region) C 区



V D J C

D JV CD J

V CD JV

Germline

DH-JH joining

VH-DHJH joining

V J C

V CJV

Germline

VL-JL joining

Heavy and light chain rearrangement is potentially wasteful

Largepre-B

Smallpre-B

With two “random” joins to generate a heavy chainthere is a 1:9 chance of a rearrangement of being in frame

With one “random” join to generate a light chainthere is a 1:3 chance of a rearrangement being of frame

There is, therefore, only a 1:27 chance of an in frame rearrangement

Out of frame rearrangements arrest further B cell maturation


mIgM/D 转录、剪接和翻译示意图


(2) 重链重排

-2010- - 孙汶生教授高教版秋朱 17膜表面 IgM 基因转录示意图表达


（ 3 ）轻链基因的重排


（ 4 ）等位排斥和同种型排斥等位排斥 :Ig 基因重排时，两条同源染色

体上的等位基因只有一个能表达

同种型排斥：指一个 B 细胞中，链基因和链基因只有一个能表达。

结果 : 表达 IgM


骨髓内阴性选择不完全，其输出的不成熟的自身反应 B 细胞在脾脏内继续经历阴性选择，且不依赖抗原存在


(5) Ig 基因重排机制 1 ）重组识别信号和重组酶

① 重组酶 (Recombinases) ： RAG-1/2( 重组激活基因 1 和 2 ）组成的二聚

体只在 T 、 B 细胞发育早期表达 Ig 和 TCR 基因重排必须的 RAG1 或 RAG-2 敲除小鼠无 T 、 B 细胞


② 识别信号序列（ RSS ） RAG-1 和 RAG-2 特异性识别的位于各

个基因侧翼的核苷酸序列。每个 V 区基因片段 3′ 端和 J 区基因片的 5′

端、 D 区基因片段的上下游各有一个 RSS. RSS 结构 : 高度保守

紧邻基因端有七聚体远离基因为九聚体间隔序列： 7 聚体和 9 聚体之间 12mer 和 23mer 两种

7 12 9

9 23 7


③“12/23” 原则与 V(D)J 基因片段重组： “12/23” 原则：指只有 RSS 间隔序列不相

同的片段之间才能发生重组，反之不能重组。

V

7 12 9J

9 23 7轻链

重链

7 12 99 12 7JH

9 23 7VH

7 23 9DH


（ 5 ） Ig 表达

H 和 V 链的表达H 链的表达和链的表达链只有一个 C 基因，产生一种链链有胚系基因有四种 C 基因产生四种链

轻重链的装配


二、 B 细胞在骨髓外的发育

受抗原驱动1. 亲和力成熟2. Ig 转类3. 浆细胞和记忆 B 细胞的形成


1. 抗体亲和力成熟亲和力成成熟：抗体平均亲和力的提高，

通常在初次应答后期和再次应答中发生。

体细胞的高频突变（ somatic hypermutaton ) ：生发中心， B 细胞继续增殖， V 区基因发生随机点突变，高 10-6


Somatic hypermutationFR1 FR2 FR3 FR4CDR2 CDR3CDR1

Amino acid No.

Variability80

100

60

40

20

20 40 60 80 100 120

Wu - Kabat analysis compared point mutations in Ig of different specificity.

What about mutation throughout an immune response to a single epitope?How does this affect the specificity and affinity of the antibody?


Clone 1Clone 2Clone 3Clone 4Clone 5Clone 6Clone 7Clone 8Clone 9Clone 10

CD

R1

CD

R2

CD

R3

Day 6

CD

R1

CD

R2

CD

R3

CD

R1

CD

R2

CD

R3

CD

R1

CD

R2

CD

R3

Day 8 Day 12 Day 18

Deleterious mutationBeneficial mutationNeutral mutation

Lower affinity - Not clonally selectedHigher affinity - Clonally selected

Identical affinity - No influence on clonal selection

Somatic hypermutation leads to affinity maturation

Hypermutation occurs under the influence of activated T cellsMutations are focussed on ‘hot spots’ (i.e. the CDRs) and are due to double

stranded breaks repaired by an error prone DNA repair enzyme.


2. 抗体类别转换

IgM IgG, IgA, IgE VDJ 基因片段与下游的一个 C 基因片段重

组转类和重链 C 区有关，转换信号序列 S 、

S 、 S 等不影响抗体的特异性可改变抗体的生物学效应受 CD40 及细胞因子的调节


C2CC4C2C1C1C3CC

C

C

C3VDJ

S3

C

C

C3

VDJ

C1

S1

C1

C3

VDJ C1

C3VDJ

IgG3 produced.Switch from IgM

VDJ C1

IgA1 produced.Switch from IgG3

VDJ C1

IgA1 produced.Switch from IgM


3. Ig 多样性机制多个 V （ D ） J 基因片段重组多样性连接产生的多样性

连接的不精确性N 区插入的多样性

重链和轻链的组合体细胞的高频突变


（三）浆细胞和记忆性细胞的分化


第二节 T 细胞在胸腺中的成熟


（一）胸腺微环境与 T 细胞成熟的分期

1. 胸腺微环境功能：产生 T 细胞库；形成自身耐受

胸腺细胞

哺育细胞和上皮细胞

胸腺 DC

髓质内 M


T 细胞在胸腺内发育可分为 TCR 基因重排

阳性选择

阴性选择


T 细胞成熟分期

① 祖 T 细胞期（ pro-T stage ）— DN 细胞② 前 T 细胞期（ pre-T stage ）— DP 细胞 TCR

已重组， D4+CD8+ TCRpT:+ 前 T 细胞③ 未成熟 T 细胞期（ immature T stage ） CD4+CD

8+ + TCR 前 T 细胞④ 成熟 T 细胞期（ matureT stage ）— SP 细胞 CD4+ 或 CD8+ 细胞阳性选择和阴性选择


（二） T 细胞抗原受体基因重排双阴性细胞（ DN 细胞）

TCR T 细胞 TCR T 细胞

胸腺内发育进入外周组织


1.TCR 链基因重排晚期 DN 表达 CD25 ，并开始链重排

TcR

D1 J1 x 6 C1 D2 J2 x 7 C2

TcR genes segmented into V, (D), J & C elements(VARIABLE, DIVERSITY, JOINING & CONSTANT)

Closely resemble Ig genes (~IgL and ~IgH)

This example shows the mouse TcR locus

L & Vx52


Rearranged TcR 1° transcript

Spliced TcR mRNA

L & Vx52 D1 J C1 D2 J C2

Germline TcR

TcR gene rearrangement

D-J Joining

V-DJ joining

C-VDJ joining


D1 J C1 D2 J C2

Germline TcR

D-J Joining

V-DJ joining

V

TcR gene rearrangement RESCUE PATHWAYThere is a 1:3 chance of productive D-J rearrangement and a 1:3 chance of

productive V-D rearrangement(i.e only a 1:9 chance of a productive chain rearrangement)

2nd chance atV-DJ joining

Need to remove non productiverearrangement

Use (DJC)2 elements


前 T 细胞链（替代链）— pT pT: 与 CD3 分结合前 T 细胞受体复合物抑制诱导等位基因重排 CD4 和 CD8 分子表

达

双阳性细胞（ DP 细胞）


2.TCR 链基因重排

TcR

L & Vx70-80 CJ x 61

位于 14 号染色体


TcR gene rearrangement bySOMATIC RECOMBINATION

Spliced TcR mRNA

Germline TcR

Vn J CV2 V1

Rearranged TcR1° transcript

Rearrangement very similar to the IgL chains


TcR gene rearrangement RESCUE PATHWAY

There is only a 1:3 chance of the join between the V and J region being in frame

Vn J CV2 V1Vn+1

chain tries for a second time to make a productive join using new V and J elements

Productivelyrearranged TcR

1° transcript


链基因重排，也存在等位基因排斥现象

TCR 基因重排具有高度多样性，但 95% 以上的细胞未达到成熟阶段即死亡


3.TCR 多样性产生的机制① 具有多个 V 、 D 和 J 基因片段② 重排的多样性③ N 区插入的多样性 , 多于 B 细胞④ 、链配对的多样性


2. 阳性选择 DP ，胸腺皮质深层进行，涉及未成熟 T 细

胞和皮质上皮细胞 TCR MHC- CD8Ⅰ +T 细胞 TCR MHC- CD4Ⅱ +T 细胞 TCR MHC- / Ⅰ Ⅱ 细胞凋亡获得自身 MHC 限制性

≠

单阳性细胞（ SP 细胞）


3. 阴性选择 SP ，髓质中进行

自身肽 -MHC 复合物（ DC 、 M ）

TCR

高亲和力结合

作用

低亲和力结合

凋亡进入外周血

获得自身耐受



B cell self tolerance: clonal deletion

Immature B cell recognises

MULTIVALENTself Ag

B

Clonal deletion byapoptosis

YYBImmature

BB

Smallpre-B

Small pre-B cellassembles Ig


Y

B cell self tolerance: anergy

B

YY

YB

Anergic B cell

IgD normal IgM low

Immature B cell recognises

soluble self AgNo cross-linking

YYB

ImmatureB

BSmallpre-B

Small pre-B cellassembles Ig

IgM

IgD

IgD

IgD

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