第九章 淋巴细胞的分化成熟和受体

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第九章 淋巴细胞的分化成熟 和受体的基因表达
T、B淋巴细胞是体内惟一能表达不同抗原受体的细胞,并 可通过抗原受体识别各种外源性物质。这种多样性是在祖淋巴细 胞到成熟B和T淋巴细胞发育过程中产生的,前淋巴细胞不表达 抗原受体,不能识别抗原和对抗原产生反应。来源于骨髓的祖淋 巴细胞转变成成熟淋巴细胞的过程被称作淋巴细胞的成熟。在淋 巴细胞成熟过程中,抗原受体的基因表达使得发育细胞的表型发 生改变,产生1个多样性的细胞库,通过选择,确保进入外周组 织的大多数淋巴细胞是有功能并对外源性抗原起反应,但对大多 数自身抗原无反应性。
相互作用,未成熟B细胞受到抗原强烈刺激后死 亡或失活,从细胞库中去除自身反应性B细胞; ▪ 第三阶段存活的未成熟B细胞成熟,同时表达 IgD、IgM,并迁移至外周,它们可以被次级淋 巴器官中的特异性外来抗原激活; ▪ 第四阶段,活化的B细胞发生增殖、分化成浆细 胞、记忆细胞。
㈢ 细胞成熟过程中的阴性和阳性选择
♦TCRγδ基因结构
人 γ链:位于第7号染 色体的短臂
δ链:位于α基因位 点的Vα基因和Jα基因 群之间。 鼠 γ链:位于第13号 染色体的短臂
δ链:同人类
机制:其基因重组方 式与Ig和TCRα、 β相似
♦TCR基因多样性形式的机制
TCR基因多样性的形成与表达机制与Ig基因基本相似,也 主要由重组和连接造成的。
那么其机理是什么呢?
亲和成熟是由个体内抗原刺激B细胞中编码IgV 区的DNA突变引起的,后面的选择过程确保存活 细胞以高亲和力识别抗原。
小结
综上所述,B细胞的成熟过程可分为4个阶段: ▪ 第一阶段原B细胞与骨髓基质细胞相互作用,在
骨髓中重组Ig基因; ▪ 第二阶段是表达抗原受体的未成熟B细胞与抗原
每个基因位点各有不同的等位基因,在T细胞发育分化早期与Ig基因一样 经历基因重组、转录和翻译。TCR的特异性是由α链的V-J和β链的V-D-J基因 片段决定的。因此,二条链基因重组后可形成千万种不同特异性的TCR分子, 故可识别环境中多种多样的抗原。
在通常情况下,异种蛋白抗原分子必须与细胞表面的自身MHC分子结合后 才能被TCR所识别,因此TCR只能识别细胞膜上的MHC分子与抗原分子,这是与 B细胞识别抗原的主要不同特性。
♦TCRαβ基因重组
TCR基因片段以固定的次序发生重组,从而 形成具有功能的TCRα和β基因,使得V、D、J 和C片段互相靠近。
TCR的V、D和J基因的重组是由重组酶参与的。 TCRβ链先发生重组,先是D基因与J基因片段重组, 然后V基因片段重组到DJ形成VDJ基因,接着α链 开始基因重组,α链的第一次基因重组清除了染色 体上所有δ链的DJ和C基因片段(δ链基因位于Vα 和Jα之间),灭活了δ链基因,大量存在的Vα和Jα 基因片段使α链位点的重组可进行几个循环,因此 不同的重组经常发生。
2、阴性选择
在骨髓中,表达自身抗原高亲和力受体的未成熟B细胞 与这些抗原相遇时可能死亡或不能获得功能活性,称为阴 性选择。阴性选择是为了维持自身抗原B细胞耐受。
介导阴性选择的抗原通常是丰富或多价自身抗原(如膜结 合型),它们向表达IgM的未成熟B细胞传递较强的信号, 这些B细胞碰巧表达这些自身抗原的特异性受体,抗原的 识别导致未成熟B细胞的凋亡性死亡。
原B细胞:定向分化为B细胞系的最早的骨髓细胞,不产生Ig,可通 过B细胞系限制性表面分子的表达与其它不成熟细胞区分开,如 CD19和CD10。
前B细胞:只存在于造血组织中,合成一种可检测的Ig基因产物即 胞浆μ重链,与被称为替代轻链(结构上与κ或λ同源)的蛋白结 合成复合物,其称为前B细胞受体,在细胞表面低水平表达,其 与Igα和Igβ蛋白结合在一起,转导受体所产生的信号,为B细 胞发育成熟所必需。
三、B细胞的亚群
根据发育早晚、存在部位、表面标志和功能的不同,可以把
B 细 胞 分 为 B1 和 B2 两 个 亚 群 。 B1 细 胞 组 成 性 表 达 CD5, 故 又 称 CD5+B细胞,而B2细胞不表达CD5,故又称CD5-B细胞。
Байду номын сангаас
特性
B1细胞
B2细胞
首次产生时间 V区库 主要分布 更新方式 分泌Ig同种型 对糖类抗原应答 对蛋白质抗原应答 T细胞辅助 记忆性分化发育
3、受体编辑
除了阴性选择之外,识别自身抗原的未成熟B细胞被诱 导改变其特异性,这个过程称为受体编辑。在该过程中, 重组活化基因 (recombination activation gene,RAG)
再次活化,发生额外的轻链V-J重组,产生一个新的Ig轻链, 使细胞表达无自身反应性的不同Ig受体。
目前,受体编辑已在正常鼠及识别自身抗原的BCR转基因 鼠中得到证实,其可能是维持自身耐受的重要机制。
该过程很多方面与B细胞相似,但由于T 淋巴细胞特异性识别自身MHC相关的肽抗 原,并且需要特殊的微环境,T细胞的成熟 又有一些独特的特征。
●TCR基因的表达
♦TCRαβ基因结构
α链:基因位点定位于14号染色体 V、J基因段编码可变区 C基因段编码恒定区
β链:位于7号染色体 V、D、J基因段编码可变区 C基因段编码恒定区
M D
原B细胞
Pro-B cells
M
M
M
前B细胞
(胞浆出现 IgM重链)
Pre-B cells
未成熟B细胞 出现IgM
Immature B cells
M D G
M D A
成熟B细胞(出现IgM、IgD)
Mature B cells
㈡ B细胞在外周免疫器官的成熟
在外周淋巴组织中,成熟B细胞对外来抗原应 答发生增殖和分化。成熟B细胞一旦被抗原或其 它信号刺激就成为活化的B细胞,并发生增殖、 分化,使分泌型的Ig增加、膜结合型Ig减少。
抗原受体基因的表达是所有过程中最重要的环节,在此过程中 B细胞获得了表达免疫球蛋白基因(Immunoglobuin,Ig)的 能力,T细胞获得了表达T细胞受体基因(T cell receptor, TCR)的能力。
第一节 B淋巴细胞的分化成熟
膜表面免疫球蛋白(mIg)作为B细胞的特征性表面标志, 是B细胞的特异性抗原受体,可识别不同的抗原分子,使B细胞 激活,分化为浆细胞,并产生不同的特异性抗体,发挥体液免 疫功能。
㈢协同刺激受体—CD40
CD40为跨膜糖蛋白,属于肿瘤坏死因子受体家族。主要 表达于成熟和不成熟B细胞、单核细胞和树突状细胞等APC表 面。当BCR被抗原交联后,Igα和Igβ 向细胞内发出激活第一 信号,诱导B细胞表达CD40,CD40与Th2表面的CD40L结 合后,向细胞内发出第二信号,导致B细胞激活、增殖并分化。
胚胎期 有限 体腔(腹腔、胸腔) 自我再生 IgMIgG
+

出生后 广泛 外周淋巴器官 骨髓新生 IgGIgM
+

第二节 T淋巴细胞的分化成熟
T细胞是由一群功能不同的异质性淋巴细胞组成, 由于它在胸腺内分化成熟故称为T细胞。成熟T细胞由 胸腺迁出,移居至周围免疫器官中,如淋巴结的副皮质 区。不同功能成熟的T淋巴细胞均属于小淋巴细胞,在 形态上不能区分,但可通过细胞膜上表面分子不同而加 以区别。
一、B细胞的分化成熟
B 淋巴细胞的成熟过程包括不成熟细胞的增殖和成熟细胞库 的选择。原B细胞发育成表达膜结合蛋白IgM和IgD的细胞,然 后离开骨髓,循环到外周淋巴器官,在那儿它们通过膜Ig分子 识别抗原,并对外源性抗原做出应答。即B细胞分化可分为2个 阶段: a 抗原非依赖期(不成熟细胞的增殖):发生在成年动物的骨髓 中,导致B细胞成熟并对抗原具有应答能力。 b 抗原依赖期(成熟细胞库的选择):发生在外周免疫器官,出 现在细胞对抗原产生应答后。
在T细胞发育的不同阶段以及成熟T细胞的静止期和活 化期,其细胞膜分子的种类和数量均不同。这些分子为 抗原性不同的糖蛋白,它们不仅与T细胞对抗原的识别、 活化、信息的传递、细胞的增殖和分化以及T细胞的功 能表达相关,而且与T细胞在外周免疫器官中的定位有 关。
一、T细胞的分化成熟和胸腺选择
研究发现,T细胞成熟经历了体细胞基 因重组,TCR基因的表达,细胞增殖,抗 原诱导的选择及成熟表型和功能特性的获 得等过程。
此时,一些活化的B细胞进行重链类型的转变, 开始表达其它类型的Ig,如γ、α、ε。
同时,一些活化的B细胞不分泌抗体,而是成为 持续存在的表达膜Ig的记忆细胞。记忆细胞可存 活几周或几个月,在血、淋巴和淋巴器官内循环, 但受到抗原刺激时,可引起次级抗体应答。
值得注意的是,在整个过程中,每一个B细胞 克隆表达相同的V区,保持相同的抗原特异性。 然而,对抗原的应答过程中,抗体的V区可发生 微小的变化,抗原刺激后,抗原特异性B细胞上 的膜Ig和分泌Ig平均亲和力均增加。因此,再次 应答大大高于初次应答,这个过程称为亲和成熟, 是蛋白质抗原体液免疫应答的典型特征。
但其多样性与Ig基因不同,TCR分子无同型转换,TCR基 因也无体细胞突变。
二 者 之 间 不 同 还 表 现 在 , 虽 然 TCRV 区 基 因 的 数 量 远 较 IgV基因的少,但TCR分子多样性潜能,推测起来却大于Ig 分子,这是因为TCR基因形成功能性重组,就不会进一步导 致蛋白受体功能和亲和性改变,另外,N区的插入多于BCR, 在BCR中只有重链有N-核苷酸的插入,而TCR的αβ 链基 因中都有N区的插入,也就是在α链的V-J片段和β链的V-D、 D-J之间都有N区的插入。
㈠ B细胞在骨髓中分化成熟
B细胞在骨髓内分化各阶段的变化主要为免疫球蛋 白基因的重组和膜表面标志的表达。在其成熟的过程之 中,B细胞经历了几个阶段,每个阶段都有一种特异性 Ig基因的表达和其它细胞表面蛋白的表达,可作为该阶 段成熟的显性标记。 其在骨髓中的发育过程如下:
原B细胞(pro-B )前B细胞(pre-B) 不成熟B细 胞(immature B) 成熟B细胞(mature)
成熟B细胞库是未成熟B细胞池内的细胞在离开骨 髓之前经过选择而来。
1、阳性选择
1)在B细胞发育的抗原非依赖期,可发生阳性选择, 这种选择的信号是由B细胞表面表达的μ链传导。
2)在抗原依赖阶段,同样发生阳性选择,成熟B细胞 在外周淋巴器官接受外来抗原刺激时,发生广泛的 IgV区体细胞超突变,部分细胞经突变后能更有效地 与抗原结合而免于死亡,发育成浆细胞,另有少数细 胞分化为记忆细胞。
未成熟B细胞:前B细胞继续发育产生κ或λ链,轻链和μ重链组成 复合物,重组的IgM分子在细胞内表达,并与Igα和Igβ 结合在一起形成了抗原特异性受体,但抗原并不能引起这些细胞 的增殖和分化,不过如与自身抗原相遇将导致细胞死亡或功能上 无反应。
成熟B细胞:IgM表达后,在细胞共表达μ和δ重链,与κ或λ轻 链结合在一起产生了膜IgM和IgD,膜Ig有共同的V区,也 有共同的抗原特性,IgM和IgD的共表达伴随着功能性能力的获 得。因此,此时的B细胞称为成熟B细胞,其对抗原有应答,但 如果几天内或几周内没有接触抗原,它们将会死亡。成熟的B细 胞离开骨髓,进入外周循环,到外周的淋巴器官。
㈠T细胞分化成熟
1、T细胞的不同分化形式
胸腺是T细胞成熟的主要场所,研究表明,T细胞的成熟 经历了TCR表达和CD4、CD8受体的表达等过程。
存在于胸腺膜下外皮质区的大多数未成熟T细胞不表达TCR 或CD4、CD8受体,当未成熟T细胞经过皮质区时逐渐成熟, 在皮质区开始表达TCR,成熟为CD4+ MHCⅡ 限制性或 CD8+ MHCⅠ 限制性T细胞,到成熟的最后阶段,T细胞从 皮质转到髓质,随后经淋巴管或静脉离开胸腺。
为此,根据T细胞的不同发育阶段,将T细胞分为三种 细胞发育形式:
二、 B细胞表面的膜分子
IL-5
补体 (C3b,C4b )
CD28 B7-2
IgM
FcmR IL-2
CD40 CD40-L
CD32
IgG
CD23 IgE
CD21 IL-4 补体 (C3bi )
Antigen
㈠B细胞抗原识别受体-BCR复合体
㈡B细胞协同受体-CD19、CD21 和CD81
BCR有协同受体,其包括CD19、CD21和CD81 3 种膜分子,它们在B细胞膜上与BCR直接接触,其能 够促进通过BCR-Igα-Igβ产生的活化信号。
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