《細(xì)胞和分子免疫學(xué)》 一、　Ig重鏈基因的結(jié)構(gòu)和重排

Ig重鏈基因是由V、D、J和C四種不同基因片段所組成。

（一）Ig重鏈可變區(qū)（V區(qū)）基因

重鏈可變區(qū)基因是由V、D、J三種基因片段經(jīng)重排后所形成。

1.重鏈V區(qū)基因的組成　編碼重鏈V區(qū)基因長約1000～2000kb，包括V、D、J三組基因片段。

（1）重鏈V基因片段：小鼠VH基因片段數(shù)目為250～1000個(gè)。根據(jù)VH基因片段核酸序列的相似性（>80%同源性），至少可分為11個(gè)家族（family).人V基因片段約為100個(gè)，至少可分為6個(gè)家族，每個(gè)家族含有2～60個(gè)成員不等。V基因片段由2個(gè)編碼區(qū)（codingregions)組成：第一個(gè)編碼區(qū)編碼大部分信號(hào)序列；第二個(gè)編碼區(qū)編碼信號(hào)序列羧基端側(cè)的4個(gè)氨基酸殘基和可變區(qū)約98個(gè)氨基酸殘基，包括互補(bǔ)決定區(qū)1和2（complementarity determining region 1和2，CDR1和CDR2）。

（2）重鏈D基因片段：D（diversity)是指多樣性。DH基因片段僅存在于重鏈基因中而不存在于輕鏈基因。D基因片段編碼重鏈V區(qū)大部分CDR3。小鼠DH共有12個(gè)片段，位于VH和JH基因片段之間，大部分DH片段較為集中，約占60～80kb，但靠上游的DH可能位于VH區(qū)域內(nèi)，最后一個(gè)DH片段與JH基因5'端相距約0.7kb。人類DH片段可能有10～20個(gè)左右。

（3）重鏈的J基因片段：J（joining)指連接，是連接V和C基因片段。JH編碼約15～17個(gè)氨基酸殘基，包括重鏈V區(qū)CDR3除DH編碼外的其余部分和第4骨架區(qū)。小鼠JH基因片段有4個(gè)，與Cμ相距約6.5kb。人有9個(gè)JH，其中6個(gè)是有功能的JH基因片段。

V、D、J基因片段經(jīng)重組連接在一起，組成2個(gè)外顯子，一個(gè)外顯子編碼信號(hào)序列的大部分，另一個(gè)外顯子編碼信號(hào)序列的其余部分和重鏈可變區(qū)。

小鼠和人在胚系中Ig基因的結(jié)構(gòu)見圖3-4和圖3-5。

2.重鏈可變區(qū)基因的移位　在重鏈基因重排開始時(shí)，二條染色體上都發(fā)生D基因片段移位到J基因片段而發(fā)生D-J基因連接。在此以后，只有其中一條染色體上的V基因片段與D-J基因片段連接。VH基因片段5'端含有啟動(dòng)子（promoter)，JH和Cμ基因片段之間的內(nèi)含子中含有轉(zhuǎn)錄增強(qiáng)子（transcriptinalenhancer)。如果一條染色體VH基因與D-J基因重排無效（non-productive），另一條染色體的VH基因片段開始發(fā)生移位，與D-J基因片段連接。

某些與Ig基因片段重排有關(guān)的特殊序列稱為識(shí)別序列（recognition sequences)，位于V基因片段的3'端與J基因片段的5'端之間以及D基因片段的兩側(cè)。V基因片段3'端、J基因片段5'端以及D基因片段的兩側(cè)也是DNA重排識(shí)別信號(hào)所在區(qū)域，這些識(shí)別信號(hào)包括三部分：（1）高度保守的回文結(jié)構(gòu)的七聚體（palindromic heptamer);(2)較少保守、富含A/T的九聚體(nonamer);（3）七聚體和九聚體之間不保守的間隔序列（spacer sequence)，含有12±1堿基對(duì)或23±1堿基對(duì)。根據(jù)12/23堿基對(duì)間隔規(guī)則（或稱1圈/2圈定律），兩個(gè)基因片段的重組僅發(fā)生在兩個(gè)基因片段之間：各有一個(gè)12個(gè)堿基對(duì)片段和一個(gè)23個(gè)堿基對(duì)片段的結(jié)構(gòu)（圖3-6）。

圖3-4 小鼠Ig基因結(jié)構(gòu)

注：（1）L：先導(dǎo)序列基因片段　V：可變區(qū)基因片段　D：D基因片段

J：J基因片段　C：恒定區(qū)基因片段　E：轉(zhuǎn)錄增強(qiáng)子

S：轉(zhuǎn)換區(qū)　*：假基因

（2）內(nèi)含子區(qū)域所標(biāo)數(shù)字表示DNA長度（kb)。

（3）每個(gè)CH基因用一個(gè)方框表示，實(shí)際上包括幾個(gè)外顯子，如Cμ含有6個(gè)外顯子。

（4）λ基因增強(qiáng)子位于Cλ4和Cλ1基因片段的下游。

圖3-5 人Ig基因結(jié)構(gòu)

注：（1）L：先導(dǎo)序列基因片段　V：可變區(qū)基因片段　D：D基因片段

J：J基因片段　C：恒定區(qū)基因片　*：假基因

（2）內(nèi)含子區(qū)域所標(biāo)數(shù)字表示DNA長度（kb)

（3）每個(gè)CH基因用一個(gè)方框表示，實(shí)際上包括幾個(gè)外顯子

參與V/（D）/J基因重組過程的酶稱為V/（D）/J重組酶（recombinase),有關(guān)于執(zhí)行識(shí)別、切割和重新連接基因片段重組酶的純化和鑒定工作還剛開始。重組酶實(shí)際上包括重組過程中多種酶的活性。最近在前B細(xì)胞（pre-b cell)中已經(jīng)鑒定出兩種刺激Ig基因重排的基因，稱為重組激活基因1（recombinationactivating gene 1,RAG-1）和重組激活基因2（RAG-2），其確切的作用機(jī)理還不太清楚。重組酶作用的特點(diǎn)是：（1）淋巴細(xì)胞特異性的，非淋巴樣細(xì)胞如成纖維細(xì)胞無重組酶活性，這可能解釋了Ig基因的重排僅見于B淋巴細(xì)胞。目前一般認(rèn)為T細(xì)胞TCR基因重排中的重組酶與B細(xì)胞中重組酶相同或相似。（2）重組酶發(fā)揮其功能僅限于B細(xì)胞發(fā)育早期，未成熟B細(xì)胞如前B細(xì)胞（pre-b cell)細(xì)胞系重組酶活性很高，但抗體生成細(xì)胞或骨髓瘤細(xì)胞無明顯重組酶活性，因此時(shí)B細(xì)胞已經(jīng)分泌某一特異性抗體，不再發(fā)生重排其它的Ig基因，因此也不會(huì)改變原先所產(chǎn)生抗體的特異性。轉(zhuǎn)換重組酶（switch recom-binase)可能與VDJ重組酶（VDJ recombinase)相似，但缺乏七聚體/九聚體（heptamer/nonamer）識(shí)別蛋白。重組酶功能異?？蓪?dǎo)致機(jī)體不能產(chǎn)生Ig和TCR，很可能與重癥聯(lián)合免疫缺陷(severe combinedimmunodeficiency,SCID)的發(fā)生有關(guān)。例如SCID小鼠16號(hào)染色體著絲點(diǎn)末端存在一個(gè)scid基因，為單基因常染色體遺傳基因。scid基因純合將影響DNA重組酶的識(shí)別功能，在TCR或BCR基因片段重排時(shí)不能識(shí)別正確的位點(diǎn)，使T細(xì)胞、B細(xì)胞在淋巴干細(xì)胞發(fā)育早期即夭折，導(dǎo)致重癥聯(lián)合免疫缺陷。

圖3-6　參與Ig基因重排組酶識(shí)別的DNA序列

（二）Ig重鏈恒定區(qū)（C區(qū)）基因

1.重鏈C基因片段　重鏈恒定區(qū)基因由多個(gè)外顯子組成，位于J基因片段的下游，至少相隔1.3kb。每1個(gè)外顯子編碼1個(gè)結(jié)構(gòu)域（domain)，鉸鏈區(qū)（hinge region)是由單獨(dú)的外顯子所編碼，但α重鏈的鉸鏈區(qū)是由CH2外顯子的5'端所編碼。大多分泌的Ig重鏈羧基端片段或稱尾端“tail piece”是由最后一個(gè)CH外顯子的3'端所編碼，而δ鏈的“tailpiece”是由一個(gè)單獨(dú)的外顯子所編碼。小鼠CH基因約占2000kb，其外顯子從5'端到3'排列的順序是Cμ-Cδ-Cγ3-Cγ1-Cγ2b-Cγ2a-Cε-Cα。人CH基因外顯子排列的順序是Cμ-Cδ-Cγ3-Cγ1-Cε2（pseudo基因）Cα1-Cγ2-Cγ4-Cε1-Cα2。其中基因片段Cγ3-Cγ1-Cε2-Cα1和基因片段Cγ2-Cγ4-Cε1-Cα2可能是一個(gè)片段經(jīng)過一次復(fù)制而得，為研究CH基因的起源和進(jìn)化提供有用的依據(jù)。

2.免疫球蛋白類型轉(zhuǎn)換　1964年Nossal等發(fā)現(xiàn)B淋巴細(xì)胞存在著類型的轉(zhuǎn)換。Ig類型轉(zhuǎn)換（class switch)或稱同種型轉(zhuǎn)換（isotype switch)是指一個(gè)B淋巴細(xì)胞克隆在分化過程中VH基因片段保持不變，而發(fā)生CH基因節(jié)段的重排、比較CH基因片段重排后基因編碼的產(chǎn)物，V區(qū)相同而C區(qū)不同，即識(shí)別抗原特異性不變，而類或亞類發(fā)生改變。這種類型轉(zhuǎn)換在無明顯誘因下可自發(fā)產(chǎn)生。

局部微環(huán)境和細(xì)胞因子可影響和調(diào)節(jié)免疫球蛋白類型的轉(zhuǎn)換，如在腸道派伊爾氏結(jié)的B細(xì)胞V基因片段優(yōu)先轉(zhuǎn)換到Cα1進(jìn)行重排，因此主要合成和分泌IgA。在體外向經(jīng)LPS刺激的小鼠B細(xì)胞中加入IL-4，可促進(jìn)B細(xì)胞產(chǎn)生IgG1和IgE，抑制IgG2b產(chǎn)生；低濃度的IL-4主要誘導(dǎo)產(chǎn)生IgG1，高濃度IL-4主要誘導(dǎo)產(chǎn)生IgE。面IFN-γ則誘導(dǎo)小鼠B細(xì)胞合成IgG2a，抑制IgE的產(chǎn)生。TGF-β、IL-5和IL-6對(duì)IgA的產(chǎn)生具有促進(jìn)作用（表3-3）。細(xì)胞因子調(diào)節(jié)B細(xì)胞Ig類別轉(zhuǎn)換的機(jī)理可能是：（1）刺激某些細(xì)胞的克隆選擇性的增殖，使分泌某特定類、亞類抗體的克隆細(xì)胞增加，如IL-5、IL-6促進(jìn)IgA。產(chǎn)生除通過同種型轉(zhuǎn)換進(jìn)行調(diào)節(jié)外，還可選擇性促進(jìn)IgA定向細(xì)胞分化增殖為IgA分泌細(xì)胞。（2）通過誘導(dǎo)特定位置上兩個(gè)轉(zhuǎn)換區(qū)的重組，誘導(dǎo)B細(xì)胞由分泌IgM向某一同種型Ig轉(zhuǎn)換。如高濃度IL-4促進(jìn)LPS誘導(dǎo)小鼠B細(xì)胞產(chǎn)生IgE，主要是使Cε轉(zhuǎn)換區(qū)與重組酶的接近（accessibility),通過同種型轉(zhuǎn)換促進(jìn)IgE的產(chǎn)生。

表3-3　細(xì)胞因子對(duì)LPS誘導(dǎo)的Ig類和

亞類轉(zhuǎn)換的調(diào)節(jié)作用（占總Ig%）