第十章 基因与发育

λ基因
小鼠有两个Vλ基因：Vλ1和Vλ2。人类Vλ基因 有30个拷贝，可分为Vλ1-10十个亚群，Vλ1-5 是主要亚群，比较保守。 小鼠Cλ基因簇有4个拷贝，而人类Cλ基因有6 个以上的拷贝。基因表达过程中，每个Vλ基因 都和Cλ基因成对排列。
免疫球蛋白重链基因结构
人重链基因位于14号染色体，由V、D、J和 C四种不同基因片段组成。编码重链V 区基 因长约1 0 0 0 －2000kb，包括V、D、J三 组基因片段。每个V基因片段上游有L基因片 段，编码20－30个疏水性氨基酸的信号肽。
作用，称调理作用。 抗原-抗体复合物可以与补体结合，补体使病原体穿孔崩裂
，还可促进抗原-抗体复合物与吞噬细胞结合。
(2) 细胞免疫
由骨髓迁移到胸腺发育而成的T细胞种类极多,每种T细胞含 有一种多个特定的T细胞受体(TCR)。
T细胞按功能主要分为两个亚群: Tc细胞(细胞毒性T细胞)的受体与抗原肽-MHCI（主要组织 相容性复合体I）复合物结合后,细胞被激活并大量增殖,增殖后 的细胞产生穿孔素和颗粒酶,使受感染的细胞裂解,还可以使 DNA内切酶激活,造成细胞凋亡。 TH细胞(辅助性T细胞)的受体与抗原肽- MHCII（主要组织 相容性复合体II）复合物结合后,细胞被激活并大量增殖, 产生 多种细胞因子。细胞因子与Tc细胞、 TH细胞、 B细胞和吞噬细 胞的特异性受体结合,促进其增殖。 TH细胞还可以促进一些抗原与B细胞结合,因此, TH细胞功能 障碍会引起严重的疾病,如HIV引起的艾滋病。
B-淋巴细胞和T-淋巴细胞的发育过程
B细胞的分化
哺乳类动物：祖B细胞（proB）、前B细 胞（preB）、未成熟B细胞和成熟B细胞等。 不依赖于抗原，其分化过程在骨髓中。抗原依 赖阶段指成熟B细胞受抗原刺激活化并分化为 浆细胞的过程，主要在外周免疫器官中完成。
B-淋巴细胞的发育和分化
成熟B细胞受相应抗原刺激后发生增殖和 分化，并在抗原呈递细胞和Th细胞的辅助下成 为活化B细胞，进而分化为浆细胞（piasma cell）或称抗体分泌细胞，合成和分泌各种免 疫球蛋白。
VНDНJН基因单位与Cμ基因或Cδ基因在RNA 水平上的剪接。VНDНJН基因簇作为一个转 录单位先转录成mRNA前体，经剪接加工 形成μm、μs、δ三种mRNA 。具体形成哪 一种mRNA，则要根据Cμ基因中加poly（ A）的部位而定。
V-J 连
接反应 造成Ig 多样性 的分子 机制
重链基因的重排与连接
重链基因虽只有一个位点，但结构十分复 杂。V基因和D及J片段组合能产生4000个不 同的V区，每个V区都能和CΗ基因相组合。
人类的CΗ基因簇含有10个基因（Cμ、Cδ 、Cγ3、Cγ1、Cε4、 Cα1、Cγ2、Cγ4、Cε 、Cα2，其中Cε4是假基因）。
第十章 基因与发育
一、免疫体系发育及 免疫球蛋白基因表达
免疫系统
1.免疫学的含义 免疫是指机体识别并清除从外环境中入侵
的病原体及其毒素,和内环境中因基因突变产 生的异常细胞,保持内环境稳定的功能。
免疫学是研究免疫系统结构,免疫的机制,及 利用免疫的方法预防和治疗疾病的学科。
2.免疫组织和器官
D－－diversity segment 高变区
◘ J和C之间有增强子
抗体的分类
E. 免疫球蛋白基因结构
免疫球蛋白（lg）分子由lgκ、lgλ和 lgH基因编码，分别位于不同的染色体上 。编码一条lg多肽链的基因是种系中数 个分隔开的DNA片段经重排后产生的。
免疫球蛋白基因组成
免疫球蛋白轻链基因结构
C. T-淋巴细胞发育及分化
T-淋巴细胞（T lymphocyte）来源于骨 髓的淋巴样干细胞，简称T细胞，主要功能是 产生一种蛋白质，即T淋巴细胞受体。T细胞 直接执行细胞免疫，通过产生多种细胞因子或 表达黏附分子等手段，与其他免疫细胞发生直 接或间接的接触，而发挥广泛的免疫调节作用 。
T细胞分化与发育
③ 巨噬细胞
Notch信号途径与T细胞分化
在免疫系统发育过程中，Notch信号途 径使淋巴干细胞向T细胞前体分化，表 达功能性TCRαβ 而 非 TCRγδ， 并 使 CD4＋CD8＋T细胞向CD4－CD8＋T 细胞表型分化。
Notch信号决定了骨髓淋巴样干细胞向B系 或T系方向分化，调控了CD4＋CD8＋T细 胞的阳性选择过程,提高了胸腺中成熟的 CD4－CD8＋T细胞比例，促进了TCRαβ型 T细胞的形成。
第一次重排发生于DН和JН之间，第二次重排发 生于VН和DНJН之间，形成有转录功能的 VНDНJН基因。
第二次重排过程中，同样会产生不精确性，进 一步造成免疫球蛋白的多样性。
重链基因结构以及 伴随细胞分化而来的基因重排
在VНDНJН重排过程中，在DNA聚合 酶或脱氧核酸转移酶的作用，有时会在结 合处插入一个脱氧核苷酸，形成所谓“N 区”插入序列，致使重链V区重排后形成 VНNDНNJН基因单位。
胚胎发育到11-12天时，淋巴干细胞 进入胸腺微环境的影响下迅速发生增殖 和分化。诱导T淋巴细胞在胸腺内分化、 成熟的主要因素有：
① 胸腺基质细胞（thymus stromal cell ，TSC
② 胸腺中的“抚育细胞”（nurse cell） 胸腺细胞自身可分泌IL-2和IL-4等多种 细胞因子，影响本身的分化和成熟；
κ基因 位于人类第2号染色体 上，其可变区和恒定区分别由不连 续的V基因和C基因编码。V与J基因 以多拷贝形式存在，其中V基因簇 含有约300个拷贝。
人类和小鼠的J基因簇都包含5个J基因，位于 V基因簇的3’端，与最后一个V基因的3’端 相距23kb，与κ链恒定区C基因的5’ 端相距 约2.5kb。 人和小鼠的C基因都是单拷贝，它编码了κ链C 区的106个氨基酸序列（第109-214位氨基 酸）。
抗原与BCR结合后，通过细胞内信号转导系统启动细胞的快 速分裂，使细胞大量增殖。
增殖后的细胞大部分用来产生可溶性抗体，称作浆细胞，一 小部分用来产生膜结合抗体，并长期生存，称记忆细胞。
同种抗原再次入侵时，记忆细胞可快速启动免疫系统，疫苗 就是根据这一原理设计的。
抗体可结合抗原，并使其失活，称中和作用。 抗原-抗体复合物可以与吞噬细胞的Fc受体结合，促进吞噬
按照重链的类型分为: 重链 轻链
IgG γ κ或λ IgA α κ或λ IgM μ κ或λ IgD δ κ或λ IgE ε κ或λ
非共价键和二硫键连接的轻、重链
均含可变区或V区－－N端 恒定区或C区－－C 端
Ig分子结构示意图
◘ 轻链基因家族的组成：L、V、J、C四类基 因片段
L－－leader segment V－－variable segment J－－jioning segment C－－constant segment ◘ 重链家族：L、V、D、J、C五类片段
T细胞表面受体
T细胞受体（T cell receptor，TCR ）是T淋巴细胞表面识别自身MHC-抗原 肽复合物的受体，TCH再细胞表面与 CD3分子传递的。在同种异体移植中， TCR也识别单独的非己MHC抗原。
D. 免疫球蛋白的结构
所以lg分子都含有两类轻链中的一类 ，即κ型或λ型。组成的恒定区和可变区 的氨基酸序列都是不同的。根据抗体的 重链结构特征将其分为5类，根据抗原的 不同和结构的变化又可分出若干亚类。
(2)吞噬细胞的作用 识别病原体糖蛋白和糖脂的糖基，可吞噬多种病原体。 巨噬细胞：由血液中单核细胞移行到各组织发育而成，可吞噬或杀伤微生
物。 中性粒细胞：感染发生时，从血管移出，在感染部位吞噬病原体。
(3)自然杀伤细胞（NK细胞） 其细胞表面有两种受体 杀伤细胞活化受体（KAR）：识别病毒感染细胞和肿瘤细胞表面的糖基，
通过免疫细胞与受感染细胞结合而清除受感染细胞 的途径称细胞免疫。
A. 脊椎动物免疫系统
生物体存在着两条免役途径： 体液免疫（humoral immunity） 细胞免疫（cellular immunity）
(1) 体液免疫
由骨髓的多能造血干细胞发育而成的B细胞种类极多，每种B 细胞含有一种多个特定的受体(BCR,实际是膜结合的抗体)。
B-淋巴细胞由骨髓(bone marrow)产生，主要 功能是制造用于对付外来抗原的抗体，它专 一地识别相应的抗原。
B. B-淋巴细胞及其发育和分化
成熟的B细胞重要存在与淋巴结皮质浅层 的淋巴小结及脾脏的红髓与白髓淋巴小结内。 B细胞在抗原刺激下可分化为浆细胞，合成和 分泌免疫球蛋白来专一地识别相应的外来抗原 ，主要执行机体的循环免疫功能。
B细胞膜表面分子标记
B细胞表面有许多膜表面分子，包括白细 胞分化抗原、MHC以及多种膜表面受体，这 些分子可被用与识别抗原，与免疫细胞和免疫 分子相互作用，同时也是分离和鉴别B细胞的 重要依据。
B细胞发育和分化过程中 有不同免疫球蛋白表达
B细胞的功能
B细胞免疫系统中产生抗体的主要细胞. 1、专职的抗原呈递细胞。 2、分泌多种细胞因子，参与机体的免疫 调节。 3、参与机体的体液免疫。 非活化状态的B细胞不产生细胞因子，而 活化的B细胞可产生多种细胞因子，参与免疫 应答及机体的造血和类症反应等。
特殊的结构和识别序列有着密切的关系，V、 J结合后，上述茎-环结构被切除，形成连续的 V、J片段
V κ与J κ基
因的重排
通过V κ基 因3’和J
κ基因5’ 短的识别 序列完成
这种V-J单位的组合重排是随机的这 种随机组合重排又是不精确的，直接造成 了重排后的多样性。造成免疫球蛋白结构发生多样性变 化。
抗体、T淋巴细胞受体和组织相容性抗原 是免疫系统中3种最重要的成分。共同的特点 ：多样性。在抗体和T淋巴细胞受体中，基因 片段重排导致了所编码蛋白质的多样性。
T-淋巴细胞产生于胸腺（thymus），它的主要 功能是产生T淋巴细胞受体，识别产生抗体的 B淋巴细胞，以帮助巨噬细胞发挥功能。