第3章 抗體 2

1、第二節(jié) 免疫球蛋白基因,免疫球蛋白是具有與抗原決定簇特異性結(jié)合的大量蛋白分子的總稱，多樣性是免疫球蛋白的重要特點。 抗原的種類極多，免疫球蛋白的多樣性也非常高，數(shù)目可達(dá)百萬以上。而人類基因組中的基因總數(shù)不到3萬，與免疫球蛋白的多樣性并不一致。 免疫球蛋白的多樣性是其基因發(fā)生重排的結(jié)果,抗體結(jié)合抗原的特異性是由重鏈和輕鏈V區(qū)的氨基酸序列決定的，為了產(chǎn)生大量的不同抗體，免疫系統(tǒng)必須產(chǎn)生大量不同的V區(qū)序列。 另一方面恒定區(qū)的序列在同一類型的抗體中是相似的，并且對抗原特異生無影響。 只有淋巴細(xì)胞具有完整的、有功能的編碼抗體的基因，這些抗體基因經(jīng)過一系列高度有序的加工才形成功能基因，其他的細(xì)胞并沒有這個

2、過程,一、免疫球蛋白基因結(jié)構(gòu) 1.免疫球蛋白基因結(jié)構(gòu)的實驗證據(jù) 利根川進(jìn)應(yīng)用分子雜交技術(shù)證明并克隆出Ig分子V區(qū)和C區(qū)基因。同時應(yīng)用克隆cDNA片段為探針，證明了B細(xì)胞在分化發(fā)育過程中編碼Ig基因結(jié)構(gòu)，闡明了Ig抗原結(jié)合部位多樣性的起源，以及遺傳和體細(xì)胞突變在抗體多樣性形成中的作用。1987年獲得諾貝爾醫(yī)學(xué)獎,編碼人和小鼠輕重鏈的Ig基因分別位于不同的染色體上，總體分為編碼V區(qū)和C區(qū)的兩大部分。 重鏈的胚系基因中有許多基因片段(gene segment)。 包括：眾多的V基因片段(variable segment)，多個D基因片段(diversity segment)和幾個J基因片段(join

3、ing segment,V區(qū)基因,C區(qū)基因,V基因片斷,D基因片斷,J基因片斷,IgH基因簇：包括V、D、J、C 基因片段。 基因簇： 包括V、J、C 基因片段。 基因簇： 包括V、J、C 基因片段,免疫球蛋白基因結(jié)構(gòu),胚系基因結(jié)構(gòu)：三個基因簇，四種基因片段,人Ig重鏈胚系基因結(jié)構(gòu),抗體編碼基因的染色體定位 肽鏈 所在染色體 基因片段及排列 人 小鼠 22q11.2 16 Vn(JC)n 2 p11-12 6C2 VnJnC H 14q32.3 12F1 VnDnJnCn,抗體的胚系基因（germline genes） 重鏈：L,V,D,J,C基因片段 輕鏈： L,V,J,C基因片段,基因重排

4、： 免疫球蛋白胚系基因狀態(tài)下的V、（D）、J基因片段成簇存在，要編碼完整的功能性的Ig多肽鏈必須在這些成簇存在的基因簇中選擇某些基因片段進(jìn)行重新組合，這一過程稱為基因重排。 在V、D、J、C基因群中各選擇一個基因片段，組成單個Ig的編碼基因，進(jìn)而轉(zhuǎn)錄和翻譯，產(chǎn)生功能性Ig,二、免疫球蛋白基因的重排與表達(dá)調(diào)控,1.胚系基因,2.基因重排,3. 重排的基因,4.RNA轉(zhuǎn)錄本,5.mRNA剪切,6.成熟mRNA,7.IgM前體多肽,三、抗體多樣性的形成 1.胚胎細(xì)胞的V-J或V-D-J重排 胚系免疫球蛋白基因在B細(xì)胞發(fā)育分化過程的重排是抗體多樣性的主要來源,人Ig多樣性產(chǎn)生的機(jī)制,多樣性機(jī)制 H 胚

5、系基因數(shù)（功能性） V 65 30 40 D 27 0 0 J 6 4 5 組合多樣性 1.1104 1.2102 2102 總計 11000 (120+200)=3106 連接多樣性 共100 核苷酸插入 300 / / 體細(xì)胞突變 + +,Ig多樣性數(shù)目 Ig的V區(qū)基因組合數(shù)3.4106 連接多樣性 100 核苷酸插入多樣性 300 Ig的多樣性總計約 1010 1011,2.體細(xì)胞突變 B細(xì)胞發(fā)育和成熟過程中，胚系免疫球蛋白基因經(jīng)過重排，形成完整的有功能的基因。V區(qū)基因在重排后仍可發(fā)生改變，這種改變是由體細(xì)胞突變產(chǎn)生的。 體細(xì)胞突變發(fā)生在初次免疫應(yīng)答的后期和再次免疫應(yīng)答。成熟B細(xì)胞在受到

6、抗原刺激后，在生發(fā)中心發(fā)生體細(xì)胞突變。由于免疫球蛋白基因的突變頻率比正常細(xì)胞中其他基因突變頻率高106倍，也稱為體細(xì)胞高頻突變,經(jīng)過類別轉(zhuǎn)換之后抗體的親和力增高（親和力成 熟,成熟B細(xì)胞在識別抗原后分化成為漿細(xì)胞，其中一部分漿細(xì)胞分泌IgM類抗體，其余的須進(jìn)行第二次基因重排,第二次基因重排時V區(qū)的突變頻率高，稱為體細(xì)胞超突變（高頻突變），并發(fā)生類別轉(zhuǎn)換，使分泌抗體的類別由IgM轉(zhuǎn)換成IgG、IgA或IgE,體細(xì)胞突變多發(fā)生在Ig的CDR區(qū)，體細(xì)胞突變是隨機(jī)的，突變后的B細(xì)胞受抗原選擇，親和力降低的B細(xì)胞克隆凋亡，親和力增高的B細(xì)胞克隆存活?？乖x擇的結(jié)果是抗體總體的親和力提高。這種通過體細(xì)胞突

7、變使抗體親和力普遍提高的現(xiàn)象稱為親和力成熟,第三節(jié) 免疫球蛋白的合成與分泌,抗原刺激機(jī)體產(chǎn)生相應(yīng)的抗體，抗體的產(chǎn)生過程即為特異性體液免疫應(yīng)答。分泌抗體的漿細(xì)胞來源于B淋巴細(xì)胞，抗原只作為淋巴細(xì)胞克隆的選擇因子，刺激相應(yīng)B淋巴細(xì)胞分化增殖成為抗體分泌漿細(xì)胞和記憶細(xì)胞。大多數(shù)抗體的產(chǎn)生需要其他細(xì)胞及其分泌的細(xì)胞因子的輔助,一、體液免疫應(yīng)答與抗體的產(chǎn)生 1.初次應(yīng)答與再次應(yīng)答 抗原初次侵入機(jī)體所誘導(dǎo)的特異性免疫應(yīng)答稱為初次免疫應(yīng)答。 相同抗原再次侵入機(jī)體，記憶性免疫細(xì)胞可迅速、高效、特異地產(chǎn)生應(yīng)答，稱為再次免疫應(yīng)答,1.初次免疫應(yīng)答 潛伏期，對數(shù)期，平臺期，下降期 （1）潛伏期(誘導(dǎo)期)長(約710

8、天) （2）抗體的種類以IgM為主 （3）抗體親和力低 （4）維持時間短 （5）總抗體水平低,2.再次免疫應(yīng)答 （1）潛伏期短（約23天） （2）抗體的種類以IgG為主 （3）抗體親和力比初次應(yīng)答明顯增強(qiáng) （4）維持時間長 （5）總抗體水平高,A B C D E,初 次 與 再 次 體 液 免 疫 應(yīng) 答,抗C 抗體,抗C 抗體,Bm細(xì)胞,Bm細(xì)胞,血清抗體濃度,天 數(shù),針對抗原 C 的初次體液免疫應(yīng)答,針對抗原 B 的初次應(yīng)答,抗原C 免疫,抗原C 抗原B,免疫,針對抗原 C 的再次體液免疫應(yīng)答,2.TD和TI抗原的免疫應(yīng)答 胸腺依賴性抗原(TD-Ag)： 需要在T細(xì)胞輔助下才能誘導(dǎo)產(chǎn)生抗體

9、。大多數(shù)天然抗原，由蛋白質(zhì)組成，相對分子量大。能夠引起體液免疫、細(xì)胞免疫；可發(fā)生Ig類轉(zhuǎn)換，產(chǎn)生各類抗體（IgM, IgG，IgA, IgE）產(chǎn)生抗體以IgG為主；有免疫記憶,胸腺非依賴性抗原(TI-Ag)： 不需要T細(xì)胞輔助就能直接誘導(dǎo)B細(xì)胞產(chǎn)生抗體。細(xì)菌脂多糖、肺炎球菌莢膜多糖、多聚鞭毛素等。不能產(chǎn)生細(xì)胞免疫；只產(chǎn)生IgM類抗體，無Ig類轉(zhuǎn)換；無免疫記憶,TI抗原刺激B細(xì)胞活化 直接作用 TD抗原刺激B細(xì)胞活化 需兩種信號 第一信號（抗原刺激信號） 第二信號（Th細(xì)胞信號） Th細(xì)胞-B細(xì)胞間接觸作用 Th細(xì)胞分泌細(xì)胞因子 B細(xì)胞介導(dǎo)的免疫應(yīng)答絕大多數(shù)是由TD抗原引起，B細(xì)胞識別TD抗原后

10、的活化和增殖需要特異性Th細(xì)胞的輔助,B細(xì)胞和T細(xì)胞分別識別同一抗原分子中兩種不同的抗原表位。 B細(xì)胞的激活需要Th細(xì)胞輔助刺激分子的輔助，而Th細(xì)胞可被B細(xì)胞或其他APC遞呈的抗原與輔助刺激分子激活。 Th細(xì)胞不僅為B細(xì)胞提供第二活化信號，還分泌多種細(xì)胞因子輔助B細(xì)胞活化,3.抗體形成中抗體種類的轉(zhuǎn)換機(jī)制 Ig類別轉(zhuǎn)換: B細(xì)胞在生發(fā)中心發(fā)育過程中，表達(dá)的Ig分子可從IgM轉(zhuǎn)換為IgG、IgA、IgE，稱為類別轉(zhuǎn)換。 機(jī)制：轉(zhuǎn)換重組，即VDJ基因片段與下游的另一個C基因重組。 特點：Ig Fab不變，抗體特異性不變。 意義：Ig Fc的改變使抗體效應(yīng)機(jī)制發(fā)生變化，以適應(yīng)消滅抗原的需要,Ig類

11、別轉(zhuǎn)換,Ig類轉(zhuǎn)換,4.影響體液免疫應(yīng)答的因素 不同種類的抗原和免疫途徑導(dǎo)致應(yīng)答的方式與特點發(fā)生改變，免疫應(yīng)答過程受細(xì)胞因子的調(diào)控，因此，不同種類細(xì)胞因子或其相對比例不同對B細(xì)胞的作用也不一樣。 Th1可以分泌IL-2，IFN；可以誘導(dǎo)細(xì)胞免疫和遲發(fā)型變態(tài)反應(yīng)；刺激B細(xì)胞發(fā)生類型轉(zhuǎn)換，主要產(chǎn)生Ig2，調(diào)理M。 Th2可以分泌IL-4,5,10,13，刺激IgE和IgG1或IgG4產(chǎn)生，參與其他細(xì)胞如肥大細(xì)胞和嗜酸性粒細(xì)胞介導(dǎo)的免疫反應(yīng),二、免疫球蛋白的表達(dá)、裝配與分配 1.免疫球蛋白mRNA hnRNA需要polA尾巴和加帽結(jié)構(gòu)，DNA重排后的內(nèi)含子需要在拼接中除去。RNA拼接方式的不同，產(chǎn)生

12、的mRNA也不同。 2.膜結(jié)合型和分泌型免疫球蛋白的表達(dá),Membrane-bound vs. Secreted,Figure 2.23,Figure 2-18,V(D)J recombination is initiated by the Recombinase Activator Gene Products, RAG1 and RAG2 (found only in developing lymphocytes,3.B細(xì)胞發(fā)育與抗體形成 B細(xì)胞在骨髓內(nèi)產(chǎn)生并成熟，其成熟過程可分為骨髓內(nèi)和骨髓外兩個階段。 骨髓內(nèi)成熟過程中不接觸外來抗原，發(fā)生的變化是Ig基因重排、膜Ig的表達(dá)和具有自身反應(yīng)性受體的B細(xì)胞的清除。 骨髓內(nèi)成熟B細(xì)胞離開骨髓進(jìn)入外周免疫器官并通過血液和淋巴系統(tǒng)在全身淋巴組織中循環(huán),骨髓干細(xì)胞原B細(xì)胞前B細(xì)胞幼B細(xì)胞膜抗體 骨髓-外周循環(huán) 漿細(xì)胞抗體 成熟B細(xì)胞 抗原 記憶B細(xì)胞,Bone marrow,B cell development,輸入外周B細(xì)胞庫,以上的B細(xì)胞發(fā)育過程發(fā)生在骨髓內(nèi)，不依賴外來抗原。成熟B細(xì)胞若無抗原刺激很快就會死亡，若一旦被抗原或多克隆刺激劑刺激后成為活化B細(xì)胞，發(fā)生增殖和分化，膜表面Ig逐漸降低，而分泌型Ig逐漸增加，并可發(fā)生重鏈類別轉(zhuǎn)換,4.抗體在細(xì)胞內(nèi)的裝配、轉(zhuǎn)運與