第3章抗体2

第三章抗体第二节免疫球蛋白基因免疫球蛋白是具有与抗原决定簇特异性结合的大量蛋白分子的总称，多样性是免疫球蛋白的重要特点。抗原的种类极多，免疫球蛋白的多样性也非常高，数目可达百万以上。而人类基因组中的基因总数不到3万，与免疫球蛋白的多样性并不一致。免疫球蛋白的多样性是其基因发生重排的结果。抗体结合抗原的特异性是由重链和轻链V区的氨基酸序列决定的，为了产生大量的不同抗体，免疫系统必须产生大量不同的V区序列。另一方面恒定区的序列在同一类型的抗体中是相似的，并且对抗原特异生无影响。只有淋巴细胞具有完整的、有功能的编码抗体的基因，这些抗体基因经过一系列高度有序的加工才形成功能基因，其他的细胞并没有这个过程。一、免疫球蛋白基因结构1.免疫球蛋白基因结构的实验证据利根川进应用分子杂交技术证明并克隆出Ig分子V区和C区基因。同时应用克隆cDNA片段为探针，证明了B细胞在分化发育过程中编码Ig基因结构，阐明了Ig抗原结合部位多样性的起源，以及遗传和体细胞突变在抗体多样性形成中的作用。1987年获得诺贝尔医学奖。编码人和小鼠轻重链的Ig基因分别位于不同的染色体上，总体分为编码V区和C区的两大部分。重链的胚系基因中有许多基因片段(genesegment)。包括：众多的V基因片段(variablesegment)，多个D基因片段(diversitysegment)和几个J基因片段(joiningsegment)。CmCdCgCeCaV1V2V3VnD1D2D3DnJ1J2J3J4V区基因C区基因V基因片断D基因片断J基因片断IgH基因簇：包括V、D、J、C基因片段。κ基因簇：包括V、J、C基因片段。λ基因簇：包括V、J、C基因片段。免疫球蛋白基因结构胚系基因结构：三个基因簇，四种基因片段。人Ig重链胚系基因结构抗体编码基因的染色体定位肽链所在染色体基因片段及排列人小鼠22q11.216Vn－(J－C)n2p11-126C2Vn－Jn－CH14q32.312F1Vn－Dn－Jn－Cn抗体的胚系基因（germlinegenes）重链：L,V,D,J,C基因片段轻链：L,V,J,C基因片段基因重排：免疫球蛋白胚系基因状态下的V、（D）、J基因片段成簇存在，要编码完整的功能性的Ig多肽链必须在这些成簇存在的基因簇中选择某些基因片段进行重新组合，这一过程称为基因重排。在V、D、J、C基因群中各选择一个基因片段，组成单个Ig的编码基因，进而转录和翻译，产生功能性Ig。二、免疫球蛋白基因的重排与表达调控1.胚系基因2.基因重排3.重排的基因4.RNA转录本5.mRNA剪切6.成熟mRNA7.IgM前体多肽V1V2V3VnD1D2D3DnJ1J2J3J4CmCdCgCeCaV1V2D2J3J4CmCdCgCeCaV1V2D2J3J4CmCdCgCeCaV2D2J3J4CmCdV2D2J3CmCdJ4LVHCmV2D2J3Cm三、抗体多样性的形成1.胚胎细胞的V-J或V-D-J重排胚系免疫球蛋白基因在B细胞发育分化过程的重排是抗体多样性的主要来源。人Ig多样性产生的机制多样性机制Hλκ胚系基因数（功能性）V653040D2700J645组合多样性1.1×1041.2×1022×102总计11000×(120+200)=3×106连接多样性共～100核苷酸插入300//体细胞突变+++Ig多样性数目Ig的V区基因组合数3.4106连接多样性100核苷酸插入多样性300Ig的多样性总计约1010～10112.体细胞突变B细胞发育和成熟过程中，胚系免疫球蛋白基因经过重排，形成完整的有功能的基因。V区基因在重排后仍可发生改变，这种改变是由体细胞突变产生的。体细胞突变发生在初次免疫应答的后期和再次免疫应答。成熟B细胞在受到抗原刺激后，在生发中心发生体细胞突变。由于免疫球蛋白基因的突变频率比正常细胞中其他基因突变频率高106倍，也称为体细胞高频突变。经过类别转换之后抗体的亲和力增高（亲和力成熟）。成熟B细胞在识别抗原后分化成为浆细胞，其中一部分浆细胞分泌IgM类抗体，其余的须进行第二次基因重排。第二次基因重排时V区的突变频率高，称为体细胞超突变（高频突变），并发生类别转换，使分泌抗体的类别由IgM转换成IgG、IgA或IgE。体细胞突变多发生在Ig的CDR区，体细胞突变是随机的，突变后的B细胞受抗原选择，亲和力降低的B细胞克隆凋亡，亲和力增高的B细胞克隆存活。抗原选择的结果是抗体总体的亲和力提高。这种通过体细胞突变使抗体亲和力普遍提高的现象称为亲和力成熟。第三节免疫球蛋白的合成与分泌抗原刺激机体产生相应的抗体，抗体的产生过程即为特异性体液免疫应答。分泌抗体的浆细胞来源于B淋巴细胞，抗原只作为淋巴细胞克隆的选择因子，刺激相应B淋巴细胞分化增殖成为抗体分泌浆细胞和记忆细胞。大多数抗体的产生需要其他细胞及其分泌的细胞因子的辅助。一、体液免疫应答与抗体的产生1.初次应答与再次应答抗原初次侵入机体所诱导的特异性免疫应答称为初次免疫应答。相同抗原再次侵入机体，记忆性免疫细胞可迅速、高效、特异地产生应答，称为再次免疫应答。1.初次免疫应答潜伏期，对数期，平台期，下降期（1）潜伏期(诱导期)长(约7～10天)（2）抗体的种类以IgM为主（3）抗体亲和力低（4）维持时间短（5）总抗体水平低2.再次免疫应答（1）潜伏期短（约2～3天）（2）抗体的种类以IgG为主（3）抗体亲和力比初次应答明显增强（4）维持时间长（5）总抗体水平高ABCDE初次与再次体液免疫应答抗C抗体抗C抗体Bm细胞Bm细胞血清抗体浓度天数针对抗原C的初次体液免疫应答针对抗原B的初次应答抗原C免疫抗原C抗原B免疫针对抗原C的再次体液免疫应答2.TD和TI抗原的免疫应答胸腺依赖性抗原(TD-Ag)：需要在T细胞辅助下才能诱导产生抗体。大多数天然抗原，由蛋白质组成，相对分子量大。能够引起体液免疫、细胞免疫；可发生Ig类转换，产生各类抗体（IgM,IgG，IgA,IgE）产生抗体以IgG为主；有免疫记忆。胸腺非依赖性抗原(TI-Ag)：不需要T细胞辅助就能直接诱导B细胞产生抗体。细菌脂多糖、肺炎球菌荚膜多糖、多聚鞭毛素等。不能产生细胞免疫；只产生IgM类抗体，无Ig类转换；无免疫记忆。TI抗原刺激B细胞活化——直接作用TD抗原刺激B细胞活化——需两种信号第一信号（抗原刺激信号）第二信号（Th细胞信号）Th细胞-B细胞间接触作用Th细胞分泌细胞因子B细胞介导的免疫应答绝大多数是由TD抗原引起，B细胞识别TD抗原后的活化和增殖需要特异性Th细胞的辅助。B细胞和T细胞分别识别同一抗原分子中两种不同的抗原表位。B细胞的激活需要Th细胞辅助刺激分子的辅助，而Th细胞可被B细胞或其他APC递呈的抗原与辅助刺激分子激活。Th细胞不仅为B细胞提供第二活化信号，还分泌多种细胞因子辅助B细胞活化。3.抗体形成中抗体种类的转换机制Ig类别转换:B细胞在生发中心发育过程中，表达的Ig分子可从IgM转换为IgG、IgA、IgE，称为类别转换。机制：转换重组，即VDJ基因片段与下游的另一个C基因重组。特点：IgFab不变，抗体特异性不变。意义：IgFc的改变使抗体效应机制发生变化，以适应消灭抗原的需要。Ig类别转换Ig类转换4.影响体液免疫应答的因素不同种类的抗原和免疫途径导致应答的方式与特点发生改变，免疫应答过程受细胞因子的调控，因此，不同种类细胞因子或其相对比例不同对B细胞的作用也不一样。Th1可以分泌IL-2，IFN；可以诱导细胞免疫和迟发型变态反应；刺激B细胞发生类型转换，主要产生Ig2α，调理MΦ。Th2可以分泌IL-4,5,10,13，刺激IgE和IgG1或IgG4产生，参与其他细胞如肥大细胞和嗜酸性粒细胞介导的免疫反应。二、免疫球蛋白的表达、装配与分配1.免疫球蛋白mRNAhnRNA需要polA尾巴和加帽结构，DNA重排后的内含子需要在拼接中除去。RNA拼接方式的不同，产生的mRNA也不同。2.膜结合型和分泌型免疫球蛋白的表达Membrane-boundvs.SecretedFigure2.23Figure2-18V(D)JrecombinationisinitiatedbytheRecombinaseActivatorGeneProducts,RAG1andRAG2(foundonlyindevelopinglymphocytes)3.B细胞发育与抗体形成B细胞在骨髓内产生并成熟，其成熟过程可分为骨髓内和骨髓外两个阶段。骨髓内成熟过程中不接触外来抗原，发生的变化是Ig基因重排、膜Ig的表达和具有自身反应性受体的B细胞的清除。骨髓内成熟B细胞离开骨髓进入外周免疫器官并通过血液和淋巴系统在全身淋巴组织中循环。骨髓干细胞→原B细胞→前B细胞→幼B细胞→膜抗体骨髓--外周循环浆细胞→抗体——————→成熟B细胞→抗原记忆B细胞BonemarrowBcelldevelopment输入外周B细胞库以上的B细胞发育过程发生在骨髓内，不依赖外来抗原。成熟B细胞若无抗原刺激很快就会死亡，若一旦被抗原或多克隆刺激剂刺激后成为活化B细胞，发生增殖和分化，膜表面Ig逐渐降低，而分泌型Ig逐渐增加，并可发生重链类别转换。4.抗体在细胞内的装配、转运与分泌粗糙内质网多聚核糖体粗面内质网浆细胞——→L链、H链————→聚合装配———→多聚核糖体光面内质网高尔基体出芽胞膜———→———→——→小泡———→分泌抗体于细胞外5.个体发育过程中抗体的形成在个体发育过程中，3~4个月胎儿的淋巴细胞已经达到了成人的水平，但主要形成膜型抗体。出生后随年龄的增加依次形成IgM,IgG,IgA,大约到7岁才能达到成年水平。出生时婴儿的抗体IgG都来自母体，出生后迅速下降，到第7个月几乎完全消失。