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1、第第1313章章 淋巴细胞成熟与淋巴细胞成熟与抗抗 原受体基因的表达原受体基因的表达Lymphocyte Maturation&Antigen Receptor Expression免疫细胞（免疫细胞（immunocytes）凡参与免疫应答或与免疫应答有关的细胞凡参与免疫应答或与免疫应答有关的细胞包括：包括：淋巴细胞淋巴细胞单核巨噬细胞单核巨噬细胞抗原递呈细胞抗原递呈细胞粒细胞、肥大细胞、血小板等粒细胞、肥大细胞、血小板等淋巴细胞淋巴细胞T T淋巴细胞淋巴细胞B B淋巴细胞淋巴细胞NKNK细胞细胞免疫活性细胞免疫活性细胞 (immunocompetent cell，ICC)T T、B B细胞均
2、有特异性抗原受体，接受抗原刺细胞均有特异性抗原受体，接受抗原刺激后能发生活化、增殖和分化，产生特异性激后能发生活化、增殖和分化，产生特异性免疫应答，故称免疫活性细胞免疫应答，故称免疫活性细胞第一节第一节 B B细胞成熟过程细胞成熟过程 B cell maturation 骨髓内成熟骨髓内成熟 骨髓外成熟骨髓外成熟 B B细胞因在骨髓（细胞因在骨髓（b bone marrowone marrow）或）或禽类法氏囊（禽类法氏囊（b bursa of ursa of FabriciusFabricius）中）中分化成熟而得名，简称分化成熟而得名，简称B B细胞细胞The discovery of B
3、 cell immunity1957-Bruce Glick,Ohio State UniversityStudies on the function of the a lymphoid organ in the cloacal region of the chicken the bursa of Fabricius Bursectomy no apparent effectNone of the bursectomised chickens made anti-Salmonella antibodies Bursa was the organ where antibody producing
4、 cells developed Antibody producing cells were thereafter called B cellsTransfer foetalliver cellsOrigin of B cells and organ of B cell maturation No MatureB cellsAfter birth,development continues in the bone marrowNormal bone marrowDefective bone marrowMature B cellsin peripheryB cell development s
5、tarts in the foetal liver起源：起源：胎儿期胎儿期胎肝和骨髓胎肝和骨髓出生后出生后骨髓骨髓 两阶段两阶段:骨髓内成熟骨髓内成熟(抗原非依赖期抗原非依赖期)骨髓外成熟骨髓外成熟(抗原依赖期抗原依赖期)一、骨髓内成熟过程一、骨髓内成熟过程1 1、骨髓微环境和、骨髓微环境和B B细胞成熟细胞成熟2 2、B B细胞成熟的分期细胞成熟的分期3 3、未成熟自身反应性、未成熟自身反应性B B细胞的阴性选择细胞的阴性选择4 4、IgIg基因重排基因重排1 1、骨髓微环境和、骨髓微环境和B B细胞成熟细胞成熟B B细胞成熟四阶段细胞成熟四阶段祖祖B B细胞（细胞（pro B cellsp
6、ro B cells）前前B B细胞（细胞（pre B cellspre B cells）未成熟未成熟B B细胞（细胞（immature B cellsimmature B cells）成熟成熟B B细胞（细胞（mature B cellsmature B cells）1 1、骨髓微环境和、骨髓微环境和B B细胞成熟细胞成熟骨髓基质细胞提供微环境骨髓基质细胞提供微环境VCAM-1SCFIL-7基质细胞基质细胞VLA-4c-KitIL-7R祖祖B B细胞细胞Early pro-Bc-KitSCFVLA-4pro-BCytokines and cell-cell contacts at each
7、Cytokines and cell-cell contacts at each stage of differentiation are differentstage of differentiation are differentStromal cellCAMVCAM-1Early pro-BIL-7RStromal cellLate pro-BPre-BIL-7Cytokines and cell-cell contacts at each Cytokines and cell-cell contacts at each stage of differentiation are diff
8、erentstage of differentiation are differentBone marrow stromal cellMaturing B cellsBBStromal cell2 2、B B细胞成熟的分期细胞成熟的分期分期分期重链重链轻链轻链表面标志表面标志祖祖B B细胞细胞(pro-B)(pro-B)（重链基因重排）（重链基因重排）胞质胞质前前B B细胞细胞(pre-B)(pre-B)（轻链基因重排）（轻链基因重排）替代轻替代轻链链类类IgIg未成熟未成熟B B细胞细胞(immature-(immature-B)B)（轻链基因重排、阴性选择）（轻链基因重排、阴性选择）或或I
9、gMIgM成熟成熟B B细胞细胞(mature-B)(mature-B)+或或IgMIgMIgDIgD四阶段：四阶段：祖祖B B细胞细胞前前B B细胞细胞未成熟未成熟B B细胞细胞成熟成熟B B细胞细胞主要事件：主要事件：IgIg基因重排基因重排阴性选择阴性选择3、阴性选择、阴性选择（negative selection）发生于未成熟发生于未成熟B B细胞细胞若若mIgMmIgM与基质细胞上的多价自身抗原结合，与基质细胞上的多价自身抗原结合，发生交联而致未成熟发生交联而致未成熟B B细胞细胞凋亡凋亡（apoptosisapoptosis）若若mIgMmIgM与单价可溶性自身抗原结合，引起与单价
10、可溶性自身抗原结合，引起自身反应性自身反应性B B细胞细胞无能无能(anergyanergy)通过阴性选择的未成熟通过阴性选择的未成熟B B细胞继续发育为细胞继续发育为成熟成熟B B细胞细胞（表达（表达mIgMmIgM和和mIgDmIgD）Negative selection-ApoptosisImmature B cell recognisesMULTIVALENTself AgBClonal deletion by apoptosisY YBImmatureBYB BYYYB BAnergic B cellIgD normal IgM lowImmature B cell recognis
11、essoluble self AgNo cross-linkingYYBImmatureBIgMIgDIgDIgDNegative selection-AnergyYYYYYYMature B cellexported to theperipheryYYIgD and IgM normalIgMIgDIgDIgDIgDIgMIgMIgMImmature B cell doesnt recognise anyself AgYYBImmatureBBB BNegative selection-Mature B cellsBinding to self molecules in the bone m
12、arrow can lead to the death or inactivation of immature B cells 4 4、IgIg基因重排基因重排（gene rearrangement）IgIg的基因结构的基因结构(胚系基因胚系基因)链基因链基因-2-2号染色体号染色体 链基因链基因-22-22号染色体号染色体 H H链基因链基因-14-14号染色体号染色体 轻链基因分为轻链基因分为V V、J J、C C三组基因片段三组基因片段重链基因分为重链基因分为V V、D D、J J、C C四组基因片段四组基因片段无功能，不表达无功能，不表达The numbers of functiona
13、l gene segments for the V regions of human heavy and light chainsIg的基因重排（的基因重排（Ig gene rearrangement）B细胞成熟过程中，细胞成熟过程中，Ig基因片段经重排后基因片段经重排后方能表达为功能性的方能表达为功能性的Ig重链基因重排重链基因重排轻链基因重排轻链基因重排等位排斥和同种型排斥等位排斥和同种型排斥VDJCDJVCD JVCD JVGermlineDH-JH joiningVH-DHJH joiningVJCVCJVGermlineVL-JL joiningHeavy chain rearran
14、gementCVD JVHDHJH-CH joiningVCJVLJL-CLjoiningLight chain rearrangementDJDJ编码重链编码重链VDJVDJ(V(V基因基因)VDJCVDJCSplicing of IgM and IgD RNACm1Cm2Cm3Cm4Cd1Cd2Cd3pA1VDJCm1Cm2Cm3Cm4Cd1Cd2Cd3VDJAAA RNA cleaved and polyadenylated at pA2VDJ CmIgM mRNARNA cleaved and polyadenylated at pA1AAAVDJ CdIgD mRNACg1Cg3Cd
15、CmVDJCm1Cm2Cm3Cm4Cd1Cd2Cd3DNApA1pA2VDJTwo types of mRNA can be made simultaneously in the cell by differential usage of alternative polyadenylation sites and splicing of the RNAVJ(VVJ(V基因基因)VJCVJC编码轻链编码轻链等位排斥（等位排斥（allelic exclusion）Ig 基因重排时，一对同源染色体上的两个等位基因重排时，一对同源染色体上的两个等位基因中只有一个能表达基因中只有一个能表达使得一个使得一
16、个B细胞只能表达一种轻链和一种重链细胞只能表达一种轻链和一种重链同种型排斥（同种型排斥（isotypic exclusion）一个一个B细胞中，细胞中，链基因和基因和链基因只有其中的基因只有其中的一种能一种能够表达表达使得一个使得一个B细胞只能表达细胞只能表达或或链链中的一种中的一种 IgIg基因重排机制基因重排机制Ig 基因重排机制基因重排机制重组识别信号序列和重组酶重组识别信号序列和重组酶重组酶重组酶RAG1和和RAG2识别信号序列识别信号序列RSS12/23原则与原则与VDJ基因片段重组基因片段重组V7239J7129DH71297129VH7239JH7239 RSSRSS间隔序列相同
17、的基因片段之间不能发生重组间隔序列相同的基因片段之间不能发生重组 只有只有RSSRSS间隔序列不同的基因片段之间能发生重组间隔序列不同的基因片段之间能发生重组12merRSS12merRSS间隔序列的基因片段与间隔序列的基因片段与23merRSS23merRSS间隔序列的基因间隔序列的基因片段才有可能发生重组片段才有可能发生重组Recognition signal sequences(RSS)and Recognition signal sequences(RSS)and 12/23 Rule V7239D7129JV723972397129D7129J72397129VDJRAG1&RAG
18、2 and high mobility group proteins bind to the RSSThe two RAG1/RAG 2 complexes bind to each other and bring the V region adjacent to the DJ regionThe recombinase complex makes single stranded nicks in the DNAThe nicks are sealed to form a hairpin structure at the end of the V and D regions The recom
19、binase complex remains associated with the breakSteps of Steps of IgIg gene recombination gene recombinationVDJ72397129A number of other proteins,(Ku70:Ku80,XRCC4 and DNA dependent protein kinases)bind to the hairpins and the heptamer ends.VDJThe hairpins at the end of the V and D regions are opened
20、,and exonucleases and transferases remove or add random nucleotides to the gap between the V and D regionVDJ7 2397129DNA ligase IV joins the ends of the V and D region to form the coding joint and the two heptamers to form the signal joint.Steps of Ig gene recombinationIg的表达（成熟的表达（成熟B）重链与轻链的表达重链与轻链的
21、表达链和链和链链链或链或链链重链与轻链的装配重链与轻链的装配链和链和链分别与轻链配对，形成链分别与轻链配对，形成IgMIgM和和IgDIgD（BCRBCR）特异性相同，恒定区不同特异性相同，恒定区不同二、骨髓外成熟过程二、骨髓外成熟过程 成熟成熟B细胞在外周遇到抗原，产细胞在外周遇到抗原，产生免疫应答，最终分化成为浆细胞和生免疫应答，最终分化成为浆细胞和记忆细胞记忆细胞两个主要变化两个主要变化:体细胞高频突变体细胞高频突变Ig转类（同种型转换）转类（同种型转换）B cell recognisesnon-self antigenin periphery Ig-secreting plasma c
22、ellDifferentiation in the peripheryYYYYYYYYYBYYYYYYYBYYYYYYYBMature peripheralB cellYYYYYYYBmemory cell1、体细胞高频突变、体细胞高频突变(somatic hypermutation)初次免疫应答后期和再次免疫应答初次免疫应答后期和再次免疫应答生发中心活化增殖的生发中心活化增殖的B B细胞细胞轻链和重链轻链和重链V V基因发生随机点突变基因发生随机点突变抗原选择抗原选择表达高亲和力表达高亲和力IgIg的的B B细胞被选择存活细胞被选择存活表达低亲和力表达低亲和力IgIg的的B B细胞凋亡细胞凋
23、亡抗体亲和力提高抗体亲和力提高抗体亲和力成熟（抗体亲和力成熟（affinity maturation）BBBBBBBBMutation BBBBB2、重链转类重链转类(class switching)IgIg转类（转类（class switchingclass switching）同种型转换（同种型转换（isotypeisotype switching switching）B细胞受抗原刺激后，最先产生细胞受抗原刺激后，最先产生IgM，然后再转成，然后再转成产生其它类别的产生其它类别的Ig，这种现象称为，这种现象称为Ig转类转类机制：转换重组，即机制：转换重组，即VDJ基因片段与下游的另一基因片
24、段与下游的另一个个C基因重组基因重组特点：特点：Ig Fab不变，抗体特异性不变不变，抗体特异性不变意义：意义：Ig Fc的改变使抗体效应机制发生变化，以的改变使抗体效应机制发生变化，以适应消灭病原菌的需要适应消灭病原菌的需要class switchingCa2CeCg4Cg2Ca1Cg1Cg3CdCmCmCdCg3VDJSg g3CmCdCg3VDJCg1Sg g1Ca1Cg3VDJCa1Cg3VDJIgG3 produced.Switch from IgMVDJCa1IgA1 produced.Switch from IgG3VDJCa1IgA1 produced.Switch from
25、IgM三三、Ig多样性多样性产生产生机制机制多个多个V V（D D）J J基因片段基因片段重组多样性（重组多样性（VDJVDJ、VJVJ随机重组）随机重组）连接的多样性（连接的不精确性、连接的多样性（连接的不精确性、N N区多样性）区多样性）N N区插入区插入IgIg重链基因重排时，在重链基因重排时，在V-DV-D之间和之间和D-JD-J之间额外加入新的核之间额外加入新的核苷酸，这些核苷酸序列不是依赖模板而加入的，称为非模苷酸，这些核苷酸序列不是依赖模板而加入的，称为非模板区板区H H、L L链的随机组合链的随机组合体细胞高频突变体细胞高频突变Junctional DiversityN nuc
26、leotide additionsVTCGAAGD JATTATATerminal deoxynucleotidyl transferase(TdT)adds nucleotides randomly to the P nucleotide ends of the single-stranded V and D segment DNACACTCCTTATTCTTGCAAVTCGAAGD JATTATACACACCTTATTCTTGCAA Complementary bases annealVD JDNA polymerases fill in the gaps with complementa
27、ry nucleotides and DNA ligase IV joins the strandsTCGAAGATTATACACACCTTATTCTTGCAAD JTATA Exonucleases nibble back free endsVTCGACACACCTTATTCTTGCAAVTCDTAGTT AT ATAG C第一节第一节 T细胞成熟过程细胞成熟过程 胸腺微环境与胸腺微环境与T细胞成熟分期细胞成熟分期 T细胞胸腺内成熟过程细胞胸腺内成熟过程 T淋巴细胞因在胸腺中分化成熟，所以称淋巴细胞因在胸腺中分化成熟，所以称为胸腺依赖性淋巴细胞（为胸腺依赖性淋巴细胞（thymus-depen
28、dent lymphocytes），简称），简称T细胞细胞起源：起源：胚胎期：卵黄囊、肝脏胚胎期：卵黄囊、肝脏成人：骨髓成人：骨髓发育育:胸腺胸腺胸腺微环境：胸腺微环境：哺育细胞、胸腺上皮细胞、哺育细胞、胸腺上皮细胞、DC、M胸腺激素、胸腺激素、细胞因子胞因子胸腺胸腺细胞（胞（thymocytes）胸腺内胸腺内发育中的育中的T细胞胞一、胸腺微环境与一、胸腺微环境与T细胞成熟分期细胞成熟分期骨髓骨髓胸腺胸腺皮质浅层皮质浅层皮质深层皮质深层髓质髓质T细胞成熟分期细胞成熟分期T T细胞胸腺内成熟四阶段：细胞胸腺内成熟四阶段：祖祖T T细胞（细胞（pro T cellspro T cells）前前T
29、T细胞（细胞（pre T cellspre T cells）未成熟未成熟T T细胞（细胞（immature T cellsimmature T cells）成熟成熟T T细胞（细胞（mature T cellsmature T cells）T细胞成熟分期细胞成熟分期分期分期TCRCD4/CD8CD3祖祖T 细胞细胞（Pro T cell）TCR CD4-CD8-DNCD3-前前T 细胞细胞（Pre T cell）TCR pT:CD4+CD8+DPCD3+未成熟未成熟T细胞细胞（Immature T cell）TCR CD4+CD8+DPCD3+成熟成熟T细胞细胞（Mature T cell）T
30、CRCD4+/CD8+SPCD3+胸腺细胞三阶段胸腺细胞三阶段:DN（double negative cells）：CD4-CD8-DP（double positive cells）：CD4+CD8+SP（single positive cells）：CD4+/CD8+二、二、T细胞在胸腺内成熟过程细胞在胸腺内成熟过程三事件：三事件：TCR基因重排基因重排阳性选择阳性选择阴性选择阴性选择1、TCR受体基因重排受体基因重排 DNDP阶段阶段（祖（祖T细胞、前细胞、前T细胞、未成熟细胞、未成熟T细胞）细胞）TCR基因重排基因重排pT/CD3CD4;CD8TCR基因重排基因重排TCR/CD3CD4;
31、CD82 2、阳性选择、阳性选择（positive selection）DPSP（未成熟（未成熟T细胞）细胞）凡所表达凡所表达TCR 能够识别结合胸腺上皮细胞能够识别结合胸腺上皮细胞上自身上自身MHC分子的胸腺细胞被选择而存活分子的胸腺细胞被选择而存活凡所表达凡所表达TCR 不能识别结合胸腺上皮细胞不能识别结合胸腺上皮细胞上自身上自身MHC分子的胸腺细胞则自行凋亡分子的胸腺细胞则自行凋亡识别结合识别结合MHC类分子的胸腺细胞，发育类分子的胸腺细胞，发育为为CD8+T细胞细胞识别结合识别结合 MHC类分子的胸腺细胞，发育类分子的胸腺细胞，发育为为CD4+T细胞细胞结果：结果：获得自身获得自身MH
32、C限制性限制性CD8+T细胞具有识别细胞具有识别MHC类分子复类分子复合物的能力合物的能力CD4+T细胞具有识别细胞具有识别MHC类分子复类分子复合物的能力合物的能力 3、阴性选择、阴性选择（negative selection）（未成熟（未成熟T细胞）细胞）凡凡TCR与自身与自身Ag肽肽-MHC分子复合物高亲分子复合物高亲和力结合的胸腺细胞，发生凋亡和力结合的胸腺细胞，发生凋亡凡凡TCR与自身与自身Ag肽肽-MHC分子复合物低亲分子复合物低亲和力结合的胸腺细胞，则存活和力结合的胸腺细胞，则存活结果结果:清除自身反应性清除自身反应性T细胞，获得自身耐受细胞，获得自身耐受三、三、TCR基因重排基因重排TCR基因重排特点基因重排特点链链V V基因有效重排机会多基因有效重排机会多N N区插入多于区插入多于IgIg链基因重排不受严格等位排斥限制链基因重排不受严格等位排斥限制TCR多样性产生机制多样性产生机制具有多个具有多个V、D、J基因片段基因片段N区多样化区多样化、链配配对的多的多样性性