抗体、基因重排及B细胞发育
医学免疫学-B淋巴细胞
3. 体细胞高频突变（Ag刺激下）
成熟B细胞 （基因已重排形成功能基因） 抗原、Th、CK
活化、增殖、分化 （生发中心） 亲和力↑（成熟） V区发生高频率的突变 改变特异性→新克隆产生→多样性↑ die
各种亲和力BCR的B细胞（升高和降低） 选择
高亲和力BCR的B细胞
B LYMPHOCYTE
• 组合造成的多样性：如 BCR 的多样性
轻链
VH DH JH Cμ 编码完整μ/δ链 VL JH Cμ
编码完整轻链
sIgM/sIgD
B LYMPHOCYTE
B细胞发育过程中的阴性选择
前B细胞在发育为未成熟的B细胞后，只表达mIgM,与骨髓自 身抗原结合后，发育停滞。此时通过受体编辑改变受体特性，形 成对自身抗原无反应性的细胞克隆继续发育成熟。若受体编辑不 成功，则被克隆清除，形成自身耐受。
BCR分子的结构
B LYMPHOCYTE
B LYMPHOCYTE
酸 相 50 残 应 40 基位 的 置 30 变上 异 氨 20 率基
10
0
抗体分子的多样性
CDR3
CDR1
CDR2
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210 Igl 链 的 氨 基 酸 序 列
• 连接造成的多样性：在V、J或V、D、J片段的连接处可有一定的变化
范围，若丢失或插入几个氨基酸，即增加了其V区的多样性
• 体细胞高频突变引起的多样性：在已成熟的 B细胞发育过程中，V区
基因发生突变，即增加了其基因库的容量
V D J VDJ IgH 、 、l链的组合 不准确的连接 核苷酸插入 可能出现的组合 Ig基因重排及高频突变
B淋巴细胞
B细胞激活
2 Th细胞给予的协同刺激信号：由Th细胞和B细胞表面的协 同刺激分子间的相互作用产生。
CD40
是B细胞表面最重要的共刺激分子,可与T细胞表
面CD40L结合，对激活T细胞依赖性B细胞及阻止B细胞 凋亡有重要意义。 B7 表达于活化B细胞表面，通过与CD28结合而提供T 细胞活化的第二信号。
是一种膜 表面免疫球蛋白
2 Igα/ Igβ(CD79a/CD79b)
Igα和 Igβ均是Ig基因超家族的成员，有胞外区、穿膜区
和相对较长的胞质区。它们在胞外区以二硫键相连，
构成异二聚体。Igα/ Igβ跨膜区有极性氨基酸，而后 者以静电吸引mIg而组成BCR- Igα/ Igβ复合物。
参与Ig从胞内 向胞膜的转运
产生特异性抗体
分化成浆细胞
1 抗原非依赖期/中枢发育（无需抗原刺激） 祖B细胞 重链基因重排
骨 髓
前B细胞
轻链基因重排
未成熟B细胞
表达完整mIgM
初始B细胞
成熟B细胞
表达mIgM和mIgD
2 抗原依赖期
抗原
初始B细胞
外 周 免 疫 器 官
增殖/广泛的Ig可 变区体细胞突变
不再与FDC 表面抗原结合
非抗原依赖期
抗原依赖期 B细胞
作用 分泌抗体 呈递抗原 免疫调节
表面分子
BCR
Igα/ Igβ
辅助分子 CD19/CD21
协同刺激分子
胞内区有ITAM基序，可 传导抗原与BCR结合所产 生的信号。
BCR- Igα/ Igβ复合体
功能：特异性识别抗原 BCR (mIg) 意义：B细胞的主要标志，成熟B 细胞同时表达mIgM和mIgD
组成
B细胞的发育
B细胞的发育鸟类的法氏囊是B细胞分化的场所。
哺乳类动物在胚胎早期，B细胞分化的最早部位是卵黄囊，此后在脾和骨髓，出生后则在骨髓内分化成熟。
B细胞分化过程可分为二个阶段，即抗原非依赖期和抗原依赖期。
在抗原非依赖期，B细胞分化与抗原刺激无关，主要在中枢免疫器官内进行。
而抗原依赖期是指成熟B细胞受抗原刺激后，可继续分化为合成和分泌抗体的浆细胞阶段，主要在周围免疫器官内进行。
（一）骨髓微环境早期B细胞的增殖与分化，其发生是与骨髓造血微环境（hemopoietic inducti ve microenviroment,HIM）密切相关。
HIM是由造血细胞以外的基质细胞（stroma cell）及其分泌的细胞因子和细胞外基质（extracellular matrix,ECM）组成。
基质细胞可包括巨噬细胞、血管内皮细胞、纤维母细胞、前脂肪细胞、脂肪细胞等。
由间质细胞分泌的纤粘连蛋白、胶原蛋白及层粘连蛋白等形成细胞外基质，此外还可合成和分泌众多的细胞因子。
HIM的作用主要是通过细胞因子可调节造血细胞的增殖与分化，通过粘附分子可使造血细胞与间质细胞相互直接接触，有利于造血细胞的定位和成熟细胞的迁出（表8-12，图8-5）。
表8-12 骨髓微环境与造血干细胞的相互作用基质细胞相互作用的媒介分子细胞外基质细胞因子纤维母细胞纤粘连蛋白SCF巨噬细胞层粘连蛋白G-CSF内皮细胞胶原蛋白等M-CSF前脂肪细胞GM-CSF脂肪细胞IL-4IL-6IL-7TGF-β图8-5 骨髓基质细胞与造血干细胞相互作用示意图（二）B细胞在骨髓内的发育B细胞与其它血细胞一样，也是由骨髓内多能干细胞分化而来。
过去曾认为T和B细胞可能来自共同的淋巴样干细胞，但迄今对基分化途径、分化部位以及其特异的表面标志尚未明确，有待进一步研究。
已证明，B细胞在骨髓内的发育，可经过祖B细胞（pro-B）、前B细胞（pre-B）、不成熟B细胞（immatureB）及成熟B细胞（mature）几个阶段。
抗体产生的原理
抗体产生的原理
抗体产生的原理是通过机体的免疫系统来应对外来入侵的病原体。
当病原体进入机体后，机体的免疫系统会识别它们并进行相应的应激反应。
其中，B细胞是主要的抗体产生细胞。
抗体产生的过程可以分成两个阶段：抗原刺激和抗体合成。
首先，当病原体进入机体后，它们的特异抗原会被识别并结合到B细胞上，即抗原刺激。
这个过程受到细胞介导免疫应答
和体液介导免疫应答两种机制的调控。
在接收到抗原刺激后，B细胞会进一步分化为两种形式：浆细
胞和记忆B细胞。
浆细胞是一种专门合成和分泌抗体的细胞，而记忆B细胞则会长期保存在体内，以便在再次遇到相同病
原体时迅速产生抗体。
接下来是抗体合成的过程。
在细胞内，B细胞会通过基因重组
产生特异性的抗体基因，进而合成相应的抗体蛋白。
这些抗体蛋白通过分泌出B细胞表面的免疫球蛋白M（IgM）进入体液循环，并与抗原结合形成抗原-抗体复合物，从而中和或清除
病原体。
值得一提的是，抗体的产生不仅能够应对外来病原体，在疫苗接种后也能够提供免疫保护。
疫苗中的抗原刺激可激活B细
胞并诱导抗体产生，从而让机体在未来遇到相同病原体时能够更快产生抗体，有效预防疾病。
总而言之，抗体产生的原理是通过机体免疫系统的反应，识别并结合到病原体抗原，进而分化为合成抗体的浆细胞和保存在体内的记忆B细胞，最终产生特异性的抗体来应对外来入侵的病原体。
抗体重排rearrangement
The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1987 “For his discovery of the genetic principle for generation of antibody diversity"
Massachusetts Institute of Technology (MIT) Cambridge, MA, USA
因为微生物生长速度比脊椎动物快许多倍因此微生物产生突变体的速度可以很快如果免疫球蛋白仅是由胚系基因编码的那么脊椎动物就无法对付抗原飞速的变化体细胞多样性使得机体不受限制地产生抗体
淋巴细胞抗原识别受体的编码基因 及
受体多样性的产生
淋巴细胞抗原识别特点：
1. TB细胞都用其抗原识别受体识别抗原
B细胞：B cell receptor (BCR) T细胞：T cell receptor (TCR)
问题： 为什么人产生的抗体比他自身携带
的总的基因数还要多？
内容： 一、BCR重排的发现及BCR胚系基因结构 二、产生BCR多样性的机制 三、BCR基因表达的一些特点 四、TCR的基因结构和多样性的产生
一、 BCR重排的发现及其胚系基因结构
BCR或抗体由可变区和恒定区组成，其多样性是 由可变区决定的。
可变区多样性是怎样产生的?
抗体多样性的两种假说：
体细胞突变假说
B细胞发育过程中发生了突变，导致生成的BCR或者抗 体变成许多种
基因片段重排假说 ？
Dreyer和Bennett于1965年提出，即两个基因一条多 肽链理论。他们认为BCR由两类基因片段组成，一类编 码BCR的V区，一类编码BCR的C区。V区基因含有多个基 因片段，只有其中一个片段与C区形成抗体。
医学免疫学笔记汇总(1~15章)
第一章 免疫学概论医学免疫学（medical immunology ）：是研究人体免疫系统的结构和功能的科学免疫系统包括：免疫器官、免疫细胞、免疫分子机体的免疫功能可以概括为：①免疫防御（immune defense ）：能力过弱可发生免疫缺陷；过强可导致超敏反应 ②免疫监视（immune surveillance ）：监视功能低下可导致肿瘤和持续性病毒感染 ③免疫自身稳定（immune homeostasis ）：通过免疫耐受和免疫调节实现免疫应答（immune response ）：是指免疫系统识别和清除“非己”物质的整个过程。
分为固有免疫和适应性免疫两大类。
适应性免疫具有三大特点：特异性、耐受性、记忆性。
免疫学发展时期可分为：经验免疫学时期、科学免疫学时期、现代免疫学时期。
第二章 免疫器官和组织2.1 中枢免疫器官一、骨髓（bone marrow ）{ 血窦造血组织{ 造血细胞 基质细胞：提供造血诱导微环境（HIM ）造血诱导微环境（HIM ）：由基质细胞产生的造血生长因子（GM-CSF, SCF, IL-3、4、6、7）与细胞外基质共同构成了造血细胞赖以生长发育和成熟的环境，称为造血诱导微环境。
HSC {髓样SC →RBC 、PLT 、粒细胞、单核细胞 淋巴样SC →B 细胞、T 细胞、NK 细胞人HSC 表面标志：CD34、CD117【骨髓的功能：】①产生各类免疫细胞和血细胞②B 细胞、NK 细胞分化成熟的场所③再次体液免疫应答和抗体产生的主要部位二、胸腺（thymus ）{ 胸腺细胞：处于不同分化阶段的T 细胞胸腺基质细胞(TSC )：TEC 、DC 、M∅皮质内多为胸腺细胞（85~90%）；髓质内多为上皮细胞，常见胸腺小体。
胸腺微环境——决定T 细胞增殖、分化和选择性发育的重要条件【胸腺的功能：】①T 细胞分化成熟的场所②自身免疫耐受的建立和维持③免疫调节作用（胸腺基质细胞产生的细胞因子等可调节外周免疫器官）2.2 外周免疫器官和组织一、淋巴结（lymph node ）{ 浅皮质区（B 细胞区）副皮质区（T 细胞区）髓质：髓索+髓窦：有DC 、HEV淋巴结的功能：①T 、B 细胞的定居场所（T ：75% B ：25%）②免疫应答发生的场所：接受抗原刺激、发生适应性免疫应答主要部位之一③参与淋巴细胞再循环④过滤作用（滤淋巴液）二、脾（spleen ）{ 白髓：中央动脉+（PALS 、脾小结、边缘区）红髓：脾索+脾血窦脾的功能：①T 、B 细胞的定居场所（T ：40% B ：60%）②免疫应答发生的场所：主要对血源性抗原产生应答③合成生物活性物质（如补体成分和细胞因子等）④过滤作用（滤血）三、黏膜相关淋巴组织（MALT ）黏膜相关淋巴组织（MALT ）：主要指呼吸道、消化道、泌尿生殖道黏膜固有层和上皮细胞下散在的淋巴组织，以及含有生发中心的淋巴组织，如扁桃体、阑尾等，是发生黏膜免疫的主要部位。
淋巴细胞发育及基因重排
阳性选择（获得MHC限制性）
阴性选择（获得自身耐受） 成熟的单阳性细胞(CD4T和CD8T细胞）
三个重要事件及其意义
1. 功能性TCR形成（基因重排）
在双阴性晚期β链完成重排并开始表达，与替代α链 (pre T cell α)形成替代TCR (pTα:β)； 在双阳性期α链完成重排并开始表达，与β链形成 TCRαβ
2. 基因重排（rearrangement）
V/D/J/C基因群中各选择一个片段，组成单个Ig或 TCR的编码基因，再转录翻译成功能性Ig或TCR 。
BCR基因重排：胚系B细胞
VH基因(D-J V-DJ)重排 轻链基因(V/J)重排 转录为初始RNA RNA剪接 VDJ或VJ基因与C基因连接，形成mRNA 翻译为重链和轻链 以二硫键组合成Ig
一、BCR和TCR基因结构及其重排
1. 基因结构 TCR： β链：V-D-J-C
52 2 13
α 链：V-J-C
70 61
TCR： β链和δ链与BCR重链相似 α链和γ链与BCR轻链相似
• TCR胚系基因分别由定位于不同染色体的 多个不连续基因片段组成。 • 每一个TCR分别由V，D，J，C（或V，J， C）基因片段群中各选择一个基因片段组合 而成。由于基因片段数量众多，选择的随 机性和排列组合的多样性，形成TCR的多 样性。
阳性选择（获得MHC限制性）
阴性选择（获得自身耐受） 成熟的单阳性细胞(CD4T和CD8T细胞）
2. 阳性选择
在胸腺皮质中， DP细胞TCR与胸腺皮质上皮细胞表 面的MHCI/II类分子以适当亲和力结合，分化为 CD8/CD4的SP细胞；不能结合或高亲和力结合的DP 细胞发生凋亡。
重排的概念
重排的概念重排的概念是指对某种事物、系统或结构进行重新安排、重新组合，以达到更有效、更合理的目的。
这个概念在不同领域都有着不同的应用，比如在生物学中，重排涉及到基因重组；在工程学中，重排可能涉及到流程重组；在管理学中，重排可能涉及到组织结构重组等等。
总的来说，重排的概念涉及到对事物进行重新规划、重新安排，以达到更好的效果。
重排的概念是由对事物的理解、分析以及需求的思考而来。
每一个系统都有其独特的组成部分和结构，而这些部分和结构之间的关系也是复杂多样的。
有时候，这些关系可能并不是最合理的，或者无法适应当前需求。
这时就需要对系统进行重排，重新组织、重新安排，以使系统更好地满足需求，更高效地运行。
在实际生活中，重排的概念有着广泛的应用。
比如在家庭生活中，有时候家庭成员的角色分工可能需要进行重排；在工作生活中，有时候工作流程、团队结构可能需要进行重排；在社会生活中，有时候社会制度、法律体系可能需要进行重排。
无论是个人层面还是组织层面，都可能需要进行重排，以适应变化的需求，提高生产效率。
重排的概念也在科学研究中有着重要的应用。
在生物学中，基因重排是指染色体间或染色体内基因的重新组合。
在免疫学中，重排是指B细胞发育过程中，其重组的V(D)J基因片段，产生具有不同抗原特异性的抗体。
在化学研究中，重排是指对分子结构进行重新组合，以得到更有用的化合物。
在物理研究中，重排是指对实验条件进行重新调整，以得到更精确的结果。
总的来说，科学研究中的重排是指对研究对象、条件以及方法进行重新组合和调整，以更好地满足研究需求，得到更准确的结论。
在经济学中，重排是指对经济资源和产业结构进行重新分配和调整。
比如，在城市发展中，可能需要对城市规划进行重排，以优化城市布局和交通系统；在产业发展中，可能需要对产业结构进行重排，以适应市场需求和技术进步。
重排的经济学意义在于通过重新组织经济资源和产业结构，使经济更好地满足社会需求，提高生产效率，促进经济发展。
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抗体结构
膜 型 IgM
sIgM
J链
Iga Igb
Iga Igb
IgE 分 子 的 结 构
IgD 分 子 的 结 构
IgA dimer
分泌链 J链
抗体类别 重链类别 重链亚类 轻链类别 分子式
分子量（kDa） 固定补体能力 血清浓度 (mg/100ml) 血清半衰期(天) 穿过胎盘 肥大细胞和嗜碱 性细胞脱颗粒 裂解细菌能力 抗病毒能力
表位
抗原
抗体 CDR
Ag
“Ig-like Domain (Ig样结构域)”
Ig Superfamily
Ig分子超家族的成 员多数为细胞膜表 面分子。图中显示 的是Ig分子超家族 的一些主要成员及 其分子结构。
免疫球蛋白超家族
免疫球蛋白 （IgM）
-S-S-S-S-
Iga/b
-S-S-
-S-S-S-S-
50 40
30
CDR1
CDR2
20
10
抗体分子的多样性
CDR3
0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210 220
抗体分子的抗原结合部位
HV4
NH2
CDR1 CDR3
CDR2
COOH
B 细胞表位
3’
L VH1 L VH201 L VHn
5’
DH1 DH DH JH Cµ Cd Cg 3 Cg 1 Cg2b Cg2a Ce Ca
Adaptive Immunity
Three Representatives MHC
Antibodies TCRs
Three Topics Diversity Specificity Memory
7-1 Immunoglobulin and Antibody (抗体分子与免疫球蛋白）
Diversity of Ab (抗体分子的多样性)
Fc pFc
抗体分子的酶切片段
木瓜蛋白酶
胃蛋白酶
木瓜蛋白酶作 用于IgG分子 重链间二硫键 的N端侧，将 其裂解为Fab 段和Fc段。胃 蛋白酶则切在 该二硫键之C 端侧，产生 F(ab’)2和pFc 段。
Diversity and Specificity
酸相 残应 基位 的置 变上 异氨 率基
多样性至少增加 100 倍
多样性增加 2000 倍
1010-1011 突变频率是其它基因的百万倍以上。 使抗体对抗原的亲和力增加 100-1000 倍。
7-5 Class switching
L VH1
5’
L VHn
DH1 DH7 DH13
JHLeabharlann Cµ Cd Cg3 Cg 1 Cg 2b Cg2a Ce Ca
基因1
基因2
基因3
基因4
内含子
内含子
内含子
外显子1
外显子2
外显子3
外显子4
前 B 细胞 DNA
V1
V2
V3
Vn
J1 J2 J3 J4 J5
C
基因重排
成熟 B 细胞 DNA 初级转录本 RNA 剪切 mRNA
V1
V2
J4 J5
C
V1
V2 J4 J5
C
V1
V2 J4 J5
C
V2 J4
J5
C
V2 J4 C
0.85M b
3个 IGLL 基因座
IGLL1 IGLL2 IGLL3
800K b
14K b
60K b
670Kb 30Kb 150Kb
Ig 基 因 的 重 信 号 序 列
IGK
7 核苷酸
CACAGTG
V
12
9 核苷酸
ACAAAAACC
9 核苷酸
GGTTTTTGT
7 核苷酸
CACAGTG
J
23
IGL IGH
Germ line DNA CCCCCC TGG CCCCCC TGG CCCCCC TGG
Recombined DNA C C C T G G
CCCCGG
CCCCCG
Protein
Pro Trp
Pro Arg
Pro Pro
Generation of antibody diversity
1 multiple genes
表 7-1 人抗体分子的特性
IgG
IgA
IgM
g
a
m
g g g g
a a
和 l
gl2 或 g2
150
和 l
al2 或al2)5SCJ a2 或a2)5SCJ
160 或 400
和 l
ml2)5J 或 m2)5J
900
+
0
++++
1000
200
120
23
6
5
＋
0
0
？
0
0
+
+
+++
+
+++
+
IgD
IgE
d
Diversity - Different Sequences and Specificity
酸 相 50 残 应 40 基位 的 置 30 变上 异 氨 20 率基
10
0
抗体分子的多样性
CDR3
CDR1
CDR2
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210 220 Igl 链 的 氨 基 酸 序 列
e
和 l d l2 或d2
180
0
3
和 l
el2 或 e2
190
0
0.05
3
2
0
0
0
++++
?
?
?
?
7-4
GOD
Generation of Diversity
Ig and TCR Gene Rearrangement
染色体DNA 完整基因 RNA转录本
mRNA 蛋白质多肽链
基 因 的 结 构、 转 录 与 翻 译
IgG 分 子 的 四 种 亚 型
IgG1
IgG2
g1，g2，g3 和 g4
等Igg 链分别参与
组成IgG1、IgG2、
IgG3和IgG4等分子。
IgG3的铰链区最长，
IgG2铰链区较短。
四种亚类的IgG分
IgG3
IgG4
子在血清中的浓度
不同，所发挥的生
物学特性亦不相同。
IgM
分 泌 型 IgM
基因片段通过其两侧的 23bp-RSS和12bp-RSS被 拉拢在一起。它们之间的 DNA片段形成环状并被剪
除，IGHD2和IGHJ2之间
被修复酶连接在一起。
Heavy chain diversity created by variable recombination
VH
D
JH
S107 A G A G A T
S107 Arg Asp
Try Gly Ser Ser Tyr Trp Tyr
M603 Arg Asn
Tyr Try Gly Ser
Thr
Trp Tyr
M167 Arg Asp Asp Asp Try Gly Asn Ser Tyr Phe Gly Tyr
Light chain diversity created by variable recombination
Chapter 7
Antibody Molecules, Their Genes and B Cell Development
抗体分子、基因和 B 细胞发育
获得性免疫系统的 “五项基本原则”
1 Lymphocytes and lymphoid organs 2 One clone，one receptor 3 Clonal selection and expansion 4 Clonal deletion and self-tolerance 5 Antigen processing and presentation（MHC）
VDJ 基因片段的组合 V D J
VxDxJ
IGH/IGK(IGL) Imprecise Joining
Nucleotide Addition
Potential Variation Somatic
hypermutation
IGH
IGK
IGL
50
60
30
12
6
5
7
3600
300
210
3600x(300+210)=1.6x106
V1
V2 D2 J3 J4 Cm Cd Cg Ce Ca
V2D2J3 J4
V2D2J3
Cm Cd
V2 D2 J3 Cm
J4 Cm Cd
J4
Cm
V2D2J3
Cd
V2 D2 J3 Cd
L
VH
Cm
L
VH
Cd
Susumu Tonegama Nobel Prize 1987
7-4 Ig基因及其重排
免疫球蛋白基因结构
IGH （位于染色体 14q32）
95个 IGHV 23个 IGHD
V V DD DD V V
9个 IGHD