医学免疫学-B淋巴细胞

3. 体细胞高频突变（Ag刺激下）
成熟B细胞 （基因已重排形成功能基因） 抗原、Th、CK
活化、增殖、分化 （生发中心） 亲和力↑（成熟） V区发生高频率的突变 改变特异性→新克隆产生→多样性↑ die
各种亲和力BCR的B细胞（升高和降低） 选择
高亲和力BCR的B细胞
B LYMPHOCYTE
• 组合造成的多样性：如 BCR 的多样性
轻链
VH DH JH Cμ 编码完整μ/δ链 VL JH Cμ
编码完整轻链
sIgM/sIgD
B LYMPHOCYTE
B细胞发育过程中的阴性选择
前B细胞在发育为未成熟的B细胞后，只表达mIgM,与骨髓自 身抗原结合后，发育停滞。此时通过受体编辑改变受体特性，形 成对自身抗原无反应性的细胞克隆继续发育成熟。若受体编辑不 成功，则被克隆清除，形成自身耐受。
BCR分子的结构
B LYMPHOCYTE
B LYMPHOCYTE
酸 相 50 残 应 40 基位 的 置 30 变上 异 氨 20 率基
10
0
抗体分子的多样性
CDR3
CDR1
CDR2
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210 Igl 链 的 氨 基 酸 序 列
• 连接造成的多样性：在V、J或V、D、J片段的连接处可有一定的变化
范围，若丢失或插入几个氨基酸，即增加了其V区的多样性
• 体细胞高频突变引起的多样性：在已成熟的 B细胞发育过程中，V区
基因发生突变，即增加了其基因库的容量
V D J VDJ IgH 、 、l链的组合 不准确的连接 核苷酸插入 可能出现的组合 Ig基因重排及高频突变
链基因： 位于第2号染色体的短臂上，由V、J、C三种基因片段组成
l链基因： 位于第22号染色体上长臂上，由V、J、C三种基因片段组成
人BCR的功能性基因片段数
肽链 所在染色体
V
D
J
C
(Variable) (Diversity) (Joining) (Constant)
H
14
95（50） 27
9（6） 11（9）
B LYMPHOCYTE
特异性/克隆水平
多样性/个体水平
T细胞多样性库（1015-1018） T cell repertoire B细胞多样性库（109-1012） B cell repertoire
BCR的基因结构
胚系基因（germline gene） 结构
由多个处于分割状态的基因片段组成 V区基因和C区基因
μ
VH-DH-JH VL-JL μ
VH-DH-JH μ+δ
替代轻链
κ/λ
κ/λ
κ/λ
祖B细胞（pro B）
早祖B细胞阶段：首先发生Ig重链DHJH的重排． 晚祖B细胞阶段：开始编码无V片段基因产物的μ链。轻链
仍处于胚系（germ line)状态.，但出现替代轻链。
重链 VH
DH JH Cμ
IgM
DH-JH重排
VH-DH-JH重排
VL-JL重排
IgM IgD
早期祖B细胞
重链基因 轻链基因 膜型重链
轻链
DH-JH _ _ _
晚期祖B细胞
VH-DH-JH _ _ _
大前B细胞
小前B细胞
不成熟B细胞
成熟B细胞
VH-DH-JH
Vpre-B + l 5 胚系κ＋λ
μ
VH-DH-JH
Vpre-B + l 5 VL-JL
AT CG
剪切
5'
AT CG
3'
D1 D2
J2 J3 C
一个IGHD（如IGHD2） 和一个IGHJ （如IGHJ2） 基因片段, 通过其两侧的 23bp-RSS 和12bp-RSS被 拉拢在一起, 它们之间的 DNA 片段形成环状并被 剪除，IGHD2和IGHJ2之 间被修复酶连接在一起。
B LYMPHOCYTE
*重排机制
▪ 重组酶 recombinase ▪ 重组激活基因（RAG1、RAG2） ▪ 重组信号序列（RSS）
recombination signal sequence
RSS
12/23
7 spacer 9
V RSS D RSS J
12/23 “法则”
B LYMPHOCYTE
V1
V2
D
7 12 9
B细胞在骨髓微环 境中的发育也同样经 历阳性选择和阴性选 择，通过这两次选择 大约75%的B细胞经 历凋亡过程。只有少 量经历功能性免疫球 蛋白基因重排的B细 胞进入外周淋巴器官。
B LYMPHOCYTE
B220LOWCD43+
B细胞在中枢免疫器官中的分化发育
B220LOWCD43+
替代轻链
Pre-B受体+ CD43-
在已成熟的b细胞发育过程中v区基因发生突变即增加了其基因库的容量65403010530200120ighl链的组合10530200120不准确的连接多样性至少增加3000核苷酸插入多样性增加100可能出现的组合10111012ig基因重排及高频突变突变频率是其他基因的百万倍lymphocytebcr多样性和cdr3vhvl骨架区cdr1cdr2cdr3vdjvj体细胞高频突变重排连接突变多样性主要发生在cdr3对bcr的特异性和多样性影响最大的是cdr3骨髓造血微环境him骨髓基质中的细胞因子骨髓基质中的粘附分子是b细胞发育的必要条件成熟b细胞的特性细胞的分化和发育过程b细胞的分化过程可分为两个阶段抗原依赖期
子多样性产生的的分子生物性基础。
基因重排的结果，使有限的基因造就了机体众多具
有精细识别抗原能力的BCR和TCR分子。
B LYMPHOCYTE
基因重排的信号序列
基因重排的信号序列（recombination signal sequences，RSS）是 由一个七核苷酸的七聚体（CACAGTG）和一个九核苷酸的九聚 体（ ACAAAAACC ），之间间隔一非保守的 12 或 23 碱基对的 间隔序列组成
V基因片段（variable gene segment) D基因片段(diversity gene segment) J基因片段(joining gene segment) C基因片段(constant gene segment)
B LYMPHOCYTE
BCR的基因结构
H链基因： 位于第14号染色体长臂上，由V、D、J、 C 四种基因片段组成
DH-JH连接 VH-DH-JH连接 Vκ-Jκ连接
Vλ -Jλ连接
Alletic exclusion
等位排斥
Alletic exclusion
Isotype exclusion同种 型排斥
与C区基 因构成功 能性基因
两种轻链之间的排斥，一个BCR 和Ig分子只表达一种轻链， κ或
λ
B LYMPHOCYTE
H
l
65
40
30
27
6
5
4
10530
200
120
10530 （200 ＋ 120 ）≈ 3.5 106
多样性至少增加 3000 倍
多样性增加 100 倍
1011～1012
突变频率是其他基因的百万倍
BCR多样性和CDR3
VH VL
骨架区 CDR1 CDR2
V
V
V
V
V
V
CDR3
VDJ
VJ
体细胞高频 突变
BCR/Ig基因表达的特点
• 等位排斥（allelic exclusion）：是指对于一个特定的 B 细胞，其两个 同源染色体上编码重链或轻链的两个等位基因，只有其中一个得到 表达的现象
• 同种型排斥（isotype exclusion）： 是指一个 BCR 分子的两个轻链， 只能表达相同的 链或 l 链， 其表达频率在不同的物种有所不同 （如人类为 65 : 35）
• 类别转换（class switch）：是指B细胞受抗原刺激后，膜上表达的和 分泌的 Ig 从 IgM 转换为其他 Ig 类别的现象（受细胞因子影响）
• 膜型 Ig 和分泌型 Ig：即 Ig分子存在于细胞膜或体液中的现象
抗原识别受体多样性产生的机制
1. 组合造成的多样性
重排多样性
VH=65× 27× 6=10530 V κ =40 × 5=200 V λ =30 × 4=120
重排、连接、突变
多样性主要发生在CDR3 对BCR的特异性和多样性影响最大的是CDR3
B细胞的分化和发育
➢骨髓造血微环境（HIM） ➢骨髓基质中的细胞因子 ➢骨髓基质中的粘附分子 是B细胞发育的必要条件
B LYMPHOCYTE
成熟B细胞的特性
• 功能性BCR的表达 • 自身免疫耐受的形成
B LYMPHOCYTE
IMMUNOCYTE
免疫细胞
• B lymphocyte • T lymphocyte • APC和抗原提呈
依赖于骨髓或法氏囊发 育的淋巴细胞，负责体液免 疫和抗原递呈功能，参与抗 细胞外感染微生物、速发型 变态反应、溶细胞型变态反 应、免疫复合物型变态反应。
B LYMPHOCYTE
B细胞的来源与分布
不成熟B细胞
重链 VH DH JH Cμ
编码完整μ链
轻链 VL
JH Cμ
编码完整轻链
BCR
这个阶段的B细胞表面最早表达sIgM分子。此时若受 到抗原的刺激，易致膜受体交联而产生负信号，使B细胞 不能进一步分化成熟。这可能是自身反应性B细胞克隆发 生流产，形成B细胞耐受性的机制之一。
成熟B细胞
重链出 现类别 转换
V1
V2 D2 J3 J4 Cm C Cg Ce Ca
V2 D2J3 J4
V 2 D2J3
Cm C
V2 D2J3 Cm
J4 Cm C
Cm J4
V2 D2J3
C
V2 D2 J3 C
L
VH
Cm
L
VH
C
B LYMPHOCYTE
B细胞中位于一对染色体上的轻链或重 链基因，其中只有一条染色体上的基
因得到表达
抗原受体编辑（receptor editing）：二次 重排，消除自身应答性B细胞
B细胞在外周淋巴器官中的分化发育过程
编码DH JH Cμ
VL 轻链（胚系）
JH Cμ
替代BCR
l5基因 Vpro-B基因
编码l 5蛋白 编码Vpro-B蛋白
前B细胞（pre-B）
早期前细胞
重链 VH DH JH Cμ
编码完整μ链
VL 轻链（胚系）
JH Cμ
前受体
l5基因 Vpro-B基因
编码l 5蛋白 编码Vpro-B蛋白
晚期前B细胞
B LYMPHOCYTE
Ig 重 链 基 因 重 排
1.胚系基因
V1 V2 V3
Vn D1 D2 D3 Dn J1 J2 J3 J4 Cm C Cg Ce Ca
2.基因重排
3.重排基因
4.RNA转录本 （核内） 5.mRNA剪切 6.成熟mRNA
7.Igm前体多肽
V1 V2
D2
J3 J4 Cm C Cg Ce Ca
2
90（60） ―
5
1
l
22
60（30） ―
7
7（4）
B LYMPHOCYTE
Ig H基因：V、D、J、C基因片段
• VH基因：编码VH N端 96 ~ 101个氨基酸 ,包括：CDR1、CDR2 • DH基因：可编码5 ~ 9个氨基酸，构成 VH功能区的CDR3 • JH 基因：编码15 ~ 17 个氨基酸，构成VH功能区的部分 CDR3 • C 基因： 人类有 9 个基因片段，除外，其他8个片段的5 端各有
H链、L链配对的多样性
10530 × 200 × 120=2.5 × 108
2. 连接造成的多样性
不精确连接
（核苷酸丢失）
N区核苷酸插入 （只发生在H链）
结果：
V
D
J
N
N
重新连接后插入的核苷酸称为N区
连接部氨基酸变化
连接部以后编码改变
GGC GTC GCG ACGT GAT ATC TAT GTA
重链 VH DH JH Cμ
编码完整μ链
VL JH Cμ 轻链（重排）
前受体
l5基因
编码l 5蛋白 编码Vpro-B蛋白
前受体对B细胞分化早期起着十分重要作用，它介导的信号可导致：
A、 细胞大量增殖；B、 RAG-1/RAG-2的表达短暂下调；C 、上述 重排终止。
此阶段若重链与轻链的基因重排发生错位时，这些细胞将发生凋亡。
• 人类B细胞来自骨髓，并在骨髓中发育成熟 • 人B细胞占外周血淋巴细胞的5% ~ 25% • 在淋巴结中占淋巴细胞的25% • 在脾脏中为淋巴细胞的50% • 骨髓中淋巴细胞主要为B细胞 • 胸腺中B淋巴细胞含量较少（<1%）
B LYMPHOCYTE
成熟B细胞的特性
• 功能性BCR的表达 • 自身免疫耐受的形成
一个无编码功能的转换区（S区）
BCR的基因重排
B LYMPHOCYTE
基因重排(gene rearragement)—— 抗原识别受体在分化成熟过程中，V区基因由
分隔的、无转录活性的基因片段在特异性重组酶的 作用下连接成一个完整的、有转录功能的活性基因 的过程。
基因重排 (gene rearrangement) 是抗体分子及 TCR 分
7 12 9
//
9 23 7
7 12 9
J
// 9 23 7
V1
V2
DJ
7 12 9
7 12 9
//
9 23 7
V1
7 12 9
V2D J
Ig基因重排的12-23原则
B LYMPHOCYTE
Ig 基 因 重 排 序 列
D4
D23
D3
J1
CG
CG
AT
AT
AT
AT
AT
CG
AT
23bp
12bp
GC
TA
GC
B 细胞的分化和发育过程
B细胞的分化过程可分为两个阶段
• 抗原非依赖期：在中枢免疫器官中进行，与抗原刺激无关 • 抗原依赖期：在外周免疫器官中进行，依赖抗原刺激
抗原非依赖期
多能干细胞 祖B 前B 不成熟 B 成熟B
抗 原 抗原依赖期
浆细胞
IgαIgβ
m链
mIgM
mIgM mIgD
抗原非依赖阶段