免疫球蛋白基因的研究近年來(lái)獲得重大突破。日本學(xué)者利根川進(jìn)（Tonegawa)因在免疫球蛋白基因結(jié)構(gòu)研究有突出貢獻(xiàn)而獲得1987年諾貝爾醫(yī)學(xué)和生理學(xué)獎(jiǎng)。應(yīng)用X結(jié)晶衍射分析、DNA序列分析和園雙色等技術(shù)研究表明，許多細(xì)胞膜表面分子和機(jī)體某些蛋白分子多肽折疊方式與Lg相似，在氨基酸組成上與免疫球蛋白可變區(qū)（V區(qū)）或/和恒定區(qū)（C區(qū)）有較高的同源性，它們可能從同一祖先基因（primordial ancestral gene)進(jìn)化而來(lái)。編碼這些多肽鏈的基因稱(chēng)為免疫球蛋白基因超家族（immunoglobulin gene superfamily),這一基因超家族所編碼的產(chǎn)物稱(chēng)為免疫球蛋白超家族（immunoglobulin superfamily,IGSF)。

Ig超家族中某些成員如FascilinNeuroglian和Amalgam等分子存在于昆蟲(chóng)中，這表明Ig超家族結(jié)構(gòu)域的多樣化（diversification)在后生動(dòng)物（Metazoon)進(jìn)化早期即開(kāi)始發(fā)生，通過(guò)基因的復(fù)制（duplication)和隨后發(fā)生的偏離（divergence)產(chǎn)生了具有不同功能的多功能域結(jié)構(gòu)。

第一節(jié)　免疫球蛋白超家族的組成和特點(diǎn)

一、Ig超家族的組成

由于細(xì)胞表面標(biāo)志、單克隆抗體以及基因工程技術(shù)的應(yīng)用，發(fā)現(xiàn)越來(lái)越多的膜表面分子和蛋白分子屬于Ig超家族，主要包括T細(xì)胞、B細(xì)胞識(shí)別抗原受體及其信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)分子，免疫球蛋白重鏈和輕鏈，MHC抗原及相關(guān)分子，免疫球蛋白Fc段受體，某些細(xì)胞因子受體，與神經(jīng)系統(tǒng)功能和粘附有關(guān)的分子，某些粘附分子和分化抗原等（表3-1）。

表3-1 免疫球蛋白超家族的組成（舉例）

續(xù)表1

續(xù)表2

從表3-1中可以看出，不同組Ig結(jié)構(gòu)域的類(lèi)型和數(shù)目有以下特點(diǎn)：

（1）識(shí)別抗原和信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)組中，Igμ、γ、δ、ε和α重鏈各含1個(gè)V區(qū)，3～4個(gè)C1區(qū)；Igκ、λ輕鏈各含1個(gè)V區(qū)和1個(gè)C1區(qū)；TCRα、β、γ和δ鏈各含1個(gè)V區(qū)和1個(gè)C1區(qū)；CD3γ、δ和ε鏈只含1個(gè)C2區(qū)（CD3ξ和η鏈結(jié)構(gòu)與IGSF無(wú)同源性）。

（2）MHC抗原及相關(guān)分子只含1個(gè)C1區(qū)，Qa/TL或CD1與β2m組成異源二聚體與MHCⅠ類(lèi)抗原結(jié)構(gòu)相似，MHCⅠ類(lèi)分子α1、α2結(jié)構(gòu)域，MHCⅡ類(lèi)分子α1、β1結(jié)構(gòu)域具有多態(tài)性，但其結(jié)構(gòu)不屬于IGSF。

（3）免疫球蛋白Fc受體基因均定位于1號(hào)染色體，除polyIgR外，其余IgFc受體的Ig結(jié)構(gòu)域?yàn)?～3個(gè)C2區(qū)。

（4）IL-6Rα鏈、gp130和G-CSFR的胞膜外結(jié)構(gòu)除N端各含有1個(gè)C2樣區(qū)外，靠近胞膜側(cè)各有一個(gè)紅細(xì)胞生成素受體超家族結(jié)構(gòu)域，此外，還有2～4個(gè)纖粘連素結(jié)構(gòu)域。

（5）與神經(jīng)組織細(xì)胞粘附有關(guān)的粘附分子中絕大多數(shù)含有5個(gè)或6個(gè)C2區(qū)。

二、Ig超家族的特點(diǎn)

（一）Ig超家族的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

Ig超家族成員均含有1～7個(gè)Ig樣結(jié)構(gòu)域，每個(gè)Ig樣結(jié)構(gòu)域約含70～110個(gè)氨基酸殘基。其二級(jí)結(jié)構(gòu)是兩個(gè)各含3～5個(gè)反平行β折疊股所形成的β片層（anti-parallel β-pleated sheet)平面，每個(gè)反平行β折疊股由5～10個(gè)氨基酸殘基組成，β片層內(nèi)側(cè)的疏水性氨基酸起到穩(wěn)定Ig折疊的作用。大多類(lèi)結(jié)構(gòu)域內(nèi)有一個(gè)垂直連接兩個(gè)β片層的二硫鍵，組成二硫鍵的兩個(gè)半胱氨酸之間約含55～75個(gè)氨基酸。少數(shù)Ig結(jié)構(gòu)域如CD2、LFA-3第1個(gè)結(jié)構(gòu)域，PDGFR第4個(gè)結(jié)構(gòu)域，CD4第3個(gè)結(jié)構(gòu)域等缺乏二硫鍵。肽鏈這種球形結(jié)構(gòu)的折疊方式稱(chēng)為免疫球蛋白折疊（Ig fold)。

圖3-1　人Igλ輕鏈多肽的折疊（示意圖）

不同IGSF分子穿膜區(qū)結(jié)構(gòu)差異較大，Thy-1缺乏胞漿部分，通過(guò)一個(gè)GPI錨連接在細(xì)胞膜上，而PDGFR胞漿區(qū)含有543個(gè)氨基酸殘基，并具有酪氨酸激酶的結(jié)構(gòu)。除CD4第一個(gè)結(jié)構(gòu)域和N-CAM分子外，Ig超家族中的一個(gè)結(jié)構(gòu)域通常由一個(gè)外顯子所編碼。有些Ig超家族成員的基因連鎖在一起，如Thy-1，N-CAM，CD3γ、δ、ε鏈的基因在11q23。Ig Fc段受體FcγRⅠ、FcγRⅡ、FcγRⅢ和FcεRⅠα鏈基因在1q23-q24。

根據(jù)IGSF結(jié)構(gòu)域中Ig折疊方式、兩個(gè)半胱氨酸之間氨基酸殘基的數(shù)目以及IgV區(qū)或C區(qū)同源性的程度，IGSF結(jié)構(gòu)域可分為V組、C1組和C2組。

圖3-2　免疫球蛋白超家族V組、C1組和C2組（舉例）

1.V組　V組結(jié)構(gòu)域的兩個(gè)半胱氨酸之間含有氨基酸數(shù)量較多，約65～75個(gè)氨基酸殘基，2個(gè)β片層區(qū)共有9個(gè)反平行β折疊股，比C1、C2組多一對(duì)β折疊股。許多IGSF分子具有V組結(jié)構(gòu)，如IgH鏈和L鏈V區(qū)，TCRα、β、γ、δ鏈V區(qū)，CD4V區(qū)，CD8α、β鏈V區(qū)，CD28、CTLA-4、CD7、Thy-1、pIgR和分泌型IgA中分泌成分N端四個(gè)結(jié)構(gòu)域，CEaN端第一個(gè)結(jié)構(gòu)域，M-CSFR、SCFR和PDGFR靠近胞膜的結(jié)構(gòu)域等。

2.C1組　又稱(chēng)C組。C1組結(jié)構(gòu)域中二個(gè)半胱氨酸之間約含50～60個(gè)氨基酸殘基，有7個(gè)β折疊股，如IgH鏈和L鏈C區(qū)（γ、δ和α鏈的C_H1～C_H3或μ和ε鏈的C_H1～C_H4），TCRα、β、γ、δ鏈C區(qū)，MHCⅠ類(lèi)分子重鏈α3結(jié)構(gòu)域，β2m、MHCⅡ類(lèi)分子α2和β2結(jié)構(gòu)域，CD1、Qa 和TL分子靠近胞膜結(jié)構(gòu)域等。

3.C2組　又稱(chēng)H組。C2組結(jié)構(gòu)域的氨基酸排列類(lèi)似V組，但形成二硫鍵的兩個(gè)半胱氨酸之間所含氨基酸殘基數(shù)約為50～60，有7個(gè)β折疊股，這種結(jié)構(gòu)介于V組和C1組之間，如CD3γ、δ和ε鏈，CD2和LFA-3（CD58），pIgR靠近胞膜結(jié)構(gòu)域，F(xiàn)cγRⅠ、FcγRⅡ、FcγRⅢ、FcεRⅠα鏈、FcαR、ICAM-1，CEA第2至7個(gè)結(jié)構(gòu)域，IL-6R、M-CSFR、G-CSFR、M-MAG、SCFR、PDGFR第1至4個(gè)結(jié)構(gòu)域，與神經(jīng)系統(tǒng)相關(guān)的分子N-CAM、N-CAM-L1、MAG、Po、F3、NILE、TAG1等以及CD22、CD48、α1-BgP分子等。某此IgH鏈中C_H2和C_H3可有8個(gè)β折疊，在這種情況下，其中一個(gè)β折疊股只有3個(gè)氨基酸殘基。

在V、C1和C2三組中，有些Ig超家族成員之間的同源性要大于該組中平均的類(lèi)似程度，如在V組中IgV、TCR-V、和CD8V結(jié)構(gòu)域；C1組中IgC、TCR-C、MHC-C結(jié)構(gòu)域；C2組中CD2和LFA-3，NCAM、NCAM-L1和MAG，PDGFR、M-CSFR和SCFR，這些同源性較高的成員它們的功能往往也很相似。

（二）Ig超家族的功能特點(diǎn)

Ig超家族的功能是以識(shí)別為基礎(chǔ)，因此又稱(chēng)為識(shí)別球蛋白超家族（cognoglobulin superfamily)。Ig折疊形成一個(gè)緊密的球狀結(jié)構(gòu)，提供了與不同球狀結(jié)構(gòu)多肽或化學(xué)基團(tuán)粘附的部位，使之獲得不同的生物學(xué)功能。IGSF很可能最早起源于原始的具有粘附功能的基因，通過(guò)復(fù)制和突變衍生形成了識(shí)別抗原、細(xì)胞因子受體、IgFc段受體、細(xì)胞間粘附分子以及病毒受體等不同的結(jié)構(gòu)域。IGSF識(shí)別的基本方式有以下幾種。

1.IGSF和IGSF相互識(shí)別　IGSF分子相互識(shí)別中有嗜同種的相互作用和異嗜性相互作用兩種形式。（1）嗜同種的相互作用（homophilic interaction)：如相同神經(jīng)細(xì)胞粘附分子（NCAM）之間的相互識(shí)別，血小板內(nèi)皮細(xì)胞粘附分子-1（PECAM-1，CD31）的相互識(shí)別。（2）異嗜性相互作用（heterophilic interaction)，如CD2與LFA-3，CD4與MHC Ⅱ類(lèi)分子的單態(tài)部分（α2和β2），CD8與MHCⅠ類(lèi)分子的單態(tài)部分（α3），PolyIgR與多聚Ig，F(xiàn)cγRⅠ（CD64）、FcγRⅡ(CD32)、FcγRⅢ（CD16）與Ig Fc段，F(xiàn)cεRⅠ與IgE Fc段，F(xiàn)cαR（CD89）與IgA Fc段，CD28與B7/BB1（CD80）等之間的相互識(shí)別。

2.IGSF和integrin相互識(shí)別　如ICAM-1（CD54）、ICAM-2（CD102）、ICAM-3（CD50）與LFA-1（CD11a/CD18），VCAM-1（CD106）與VLA-4（CD49d/CD29)之間的相互作用。

3.IGSF和其它分子的相互識(shí)別　包括TCR識(shí)別MHCⅠ類(lèi)或Ⅱ類(lèi)分子與抗原復(fù)全物，細(xì)胞因子受體識(shí)別細(xì)胞因子等。

三、CD、粘附分子與Ig超家族的關(guān)系

免疫分子的命名根據(jù)不同的角度往往有不同的歸類(lèi)和命名，圖3-3歸納了人白細(xì)胞分化抗原（CD）、粘附分子（AM）、免疫球蛋白超家族（IGSF）、細(xì)胞因子受體（CKR）、補(bǔ)體受體（CR）以及主要組織兼容性復(fù)合體抗原（MHC）等免疫分子命名的相互關(guān)系。

（1）A表示CD命名范圍中的粘附分子，如CD49a/CD29、CD49b/CD29、CD49c/CD29、CD49d/CD29、CD49e/CD29、CD49f/CD29、CD51/CD29、CD11a/CD18、CD11b/CD18、CD11c/CD18、CD41/CD61、CD51/CD61、CD49f/CD104、CD2、CD4、CD8、CD28、CD31、CD50、CD54、CD56、CD58、CD80、CD102、CD106、CD62L、CD62P、CD62E、CD15、CD15s、CD44等。

（2）B表示CD命名范圍中屬I(mǎi)GSF結(jié)構(gòu)的分子，如CD79a、CD79b、CD1、CD64、CD32、CD16、CD115、CD117、CDw121a、CDw121b、CD126、CDw130、CD2、CD4、CD7、CD8、CD19、CD28、CD31、CD48、CD50、CD54、CD58、CD66e、CD80、CDw90、CD96、CD102、CD106、CD56等。

（3）C表示粘附分子中屬I(mǎi)GSF結(jié)構(gòu)的分子，無(wú)CD編號(hào)，如MHCⅠ類(lèi)和Ⅱ類(lèi)分子。

（4）D表示CD命名范圍中，具有粘附功能且屬于IGSF結(jié)構(gòu)的分子，如CD2、CD4、CD8、CD28、CD31、CD50、CD54、CD56、CD58、CD80、CD102、CD106等。

（5）有CD命名的CR有CR1（CD35）、CR2（CD21）、CR3（CD11b/CD18）、CR4（CD11c/CD18）和C5aR(CD88)，其中CR3和CR4屬于粘附分子中整合素超家族成員。

（6）有CD編號(hào)的CKR有CD115～CDw130；屬于IGSF結(jié)構(gòu)的CKR有CD115、CD117、CDw121a、CDw121b、CD126、CDw130、G-CSFR、PDGFR和VEGFR等。

圖3-3 免疫分子命名的相互關(guān)系

第二節(jié)　免疫球蛋白基因的結(jié)構(gòu)和多樣性

表3-2　免疫球蛋白基因定位

免疫球蛋白（Ig）的分子由IGK、IGL和IGH基因編碼。IGK、IGL和IGH基因定位于不同的染色體（表3-2）。編碼一條Ig多肽鏈的基因是由胚系中數(shù)個(gè)分隔開(kāi)的DNA片段（基因片段）經(jīng)重排而形成。1965年Dreyer和Bennet首先提出假說(shuō)，認(rèn)為Ig的V區(qū)和C區(qū)由分隔存在的基因所編碼，在淋巴細(xì)胞發(fā)育過(guò)程中這兩個(gè)基因發(fā)生易位而重排在一起。1976年Hozumi和Tonegawa應(yīng)用DNA重組技術(shù)證實(shí)了這一假說(shuō)。

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(zhǎng)約1000～2000kb，包括V、D、J三組基因片段。

（1）重鏈V基因片段：小鼠V_H基因片段數(shù)目為250～1000個(gè)。根據(jù)V_H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。D_H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D_H共有12個(gè)片段，位于V_H和J_H基因片段之間，大部分D_H片段較為集中，約占60～80kb，但靠上游的D_H可能位于V_H區(qū)域內(nèi)，最后一個(gè)D_H片段與J_H基因5'端相距約0.7kb。人類(lèi)D_H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。J_H編碼約15～17個(gè)氨基酸殘基，包括重鏈V區(qū)CDR3除D_H編碼外的其余部分和第4骨架區(qū)。小鼠J_H基因片段有4個(gè)，與Cμ相距約6.5kb。人有9個(gè)J_H，其中6個(gè)是有功能的J_H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(jiàn)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(kāi)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。V_H基因片段5'端含有啟動(dòng)子（promoter)，J_H和C_μ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V_H基因與D-J基因重排無(wú)效（non-productive），另一條染色體的V_H基因片段開(kāi)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(chēng)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(chēng)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(zhǎng)度（kb)。

（3）每個(gè)C_H基因用一個(gè)方框表示，實(shí)際上包括幾個(gè)外顯子，如C_μ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(zhǎng)度（kb)

（3）每個(gè)C_H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(guò)程的酶稱(chēng)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(kāi)始。重組酶實(shí)際上包括重組過(guò)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(chēng)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(wú)重組酶活性，這可能解釋了Ig基因的重排僅見(jiàn)于B淋巴細(xì)胞。目前一般認(rèn)為T(mén)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(wú)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?cè)人a(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C_H2外顯子的5'端所編碼。大多分泌的Ig重鏈羧基端片段或稱(chēng)尾端“tail piece”是由最后一個(gè)C_H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C_H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C_H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(guò)一次復(fù)制而得，為研究C_H基因的起源和進(jìn)化提供有用的依據(jù)。

2.免疫球蛋白類(lèi)型轉(zhuǎn)換　1964年Nossal等發(fā)現(xiàn)B淋巴細(xì)胞存在著類(lèi)型的轉(zhuǎn)換。Ig類(lèi)型轉(zhuǎn)換（class switch)或稱(chēng)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(guò)程中V_H基因片段保持不變，而發(fā)生C_H基因節(jié)段的重排、比較C_H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(lèi)或亞類(lèi)發(fā)生改變。這種類(lèi)型轉(zhuǎn)換在無(wú)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(lèi)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(lèi)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(lèi)、亞類(lèi)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(guò)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(guò)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(guò)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(lèi)和

亞類(lèi)轉(zhuǎn)換的調(diào)節(jié)作用（占總Ig%）

注：（1）純化的小鼠IgM+IgD+B細(xì)胞體外培養(yǎng)時(shí)，加入不同的細(xì)胞因子和LPS，然后檢　LPS，然后檢測(cè)不同類(lèi)或亞類(lèi)免疫球蛋白的百分比。

（2）由于未檢測(cè)所有類(lèi)和亞類(lèi)Ig，所以每組Ig總百分比不到或接近100%。

Ig類(lèi)型轉(zhuǎn)換可能通過(guò)以下兩種機(jī)理。

（1）缺失模型（deletion model):又稱(chēng)linear orderly deletiom ofH chain genes。以小鼠C_H基因?yàn)槔?，如Cμ和Cδ基因片段被缺失，那么先前重排的VDJ就會(huì)按照順序與下一個(gè)C_H基因即Cγ3發(fā)生重排，經(jīng)轉(zhuǎn)錄和翻譯后，編碼γ3重鏈；如缺失所有的γ鏈亞類(lèi)基因，依次會(huì)產(chǎn)生ε鏈。上述模型在被刺激后小鼠B細(xì)胞在體外培養(yǎng)中產(chǎn)生Ig類(lèi)別的順序得到證實(shí)，即先產(chǎn)生IgM，然后依次產(chǎn)生IgG3和IgG1等。但這個(gè)模型不能解釋免疫動(dòng)物或抗原刺激B細(xì)胞培養(yǎng)中單個(gè)B細(xì)胞可同時(shí)表達(dá)幾種不同類(lèi)或亞類(lèi)的重鏈。

（2）RNA的不同剪接：除DNA水平的Ig類(lèi)型轉(zhuǎn)換形成外，RNA水平的不同剪接（alternative RNA splicing）也可產(chǎn)生不同的Ig類(lèi)型。 Cμ和Cδ基因片段之間無(wú)S區(qū)，IgM和IgD共表達(dá)的B細(xì)胞系DNA分析表明，Cμ和Cδ基因片段沒(méi)有發(fā)生重排，相同的V_H出現(xiàn)在μ或δ鏈的mRNA上，表明它們可能有一個(gè)共同的mRNA前體，通過(guò)不同的或差異剪接（differential splicing)分別形成μ鏈和δ鏈mRNA。初級(jí)RNA轉(zhuǎn)錄本（primary RNa transcript)是由VDJ復(fù)合體連接Cμ和Cδ基因片段經(jīng)轉(zhuǎn)錄后形成。如果在剪接過(guò)程中切除初級(jí)RNA轉(zhuǎn)錄本中的Cδ部分，經(jīng)加工后形成μmRNA；如去除初級(jí)RNA轉(zhuǎn)錄本中的Cμ部分，則加工后形成δmRNA。這兩種mRNA分別被翻譯，使單個(gè)B細(xì)胞同時(shí)產(chǎn)生μ和δ鏈，同時(shí)表達(dá)IgM和IgD。同樣的機(jī)理可從一條長(zhǎng)的primary RNA轉(zhuǎn)錄本中加工為 μmRNA和εmRNA（或其它重鏈mRNA），同時(shí)表達(dá)IgM、IgE或其它類(lèi)Ig。

圖3-7　Ig類(lèi)型轉(zhuǎn)換缺失模型

（三）膜表面Ig重鏈基因

膜表面Ig（mIg)重鏈基因的外顯子結(jié)構(gòu)與分泌性Ig重鏈的基因外顯子結(jié)構(gòu)基本相同，但在基因組的3'端有所不同。作為識(shí)別抗原受體的mIg，其重鏈羧基端有一段疏水性氨基酸插入到胞膜雙層脂質(zhì)中，mIg重鏈的轉(zhuǎn)錄本要比分泌性重鏈轉(zhuǎn)錄本多1～2個(gè)外顯子，與分泌性重鏈基因最后一個(gè)外顯子至少相隔1.4kb,這1～2個(gè)外顯子編碼重鏈的羧基端部分，這部分氨基酸殘基的數(shù)目視重鏈不同而有所差異，如鼠或人mIgμ鏈的這一部分約為41個(gè)氨基酸殘基，而鼠mIgε鏈這部分卻有72個(gè)氨基酸殘基。這個(gè)區(qū)域可分為三個(gè)部分：（1）一個(gè)酸性間隔子，靠氨基端側(cè)，與最后一個(gè)C_H結(jié)構(gòu)域相連，位于細(xì)胞膜外側(cè)；（2）跨膜部分，由26個(gè)不帶電荷的疏水氨基酸形成一個(gè)α螺旋，穿過(guò)胞膜的脂質(zhì)雙層；（3）胞漿內(nèi)羧基端部分，3～28個(gè)氨基酸殘基不等，可能與信號(hào)傳遞有關(guān)。

圖3-8　RNA的差異拼接與IgM和IgD共同表達(dá)在一個(gè)B細(xì)胞上

分泌形式的μ、α和δ重鏈最后一個(gè)結(jié)構(gòu)域后有一段額外延長(zhǎng)的由帶電荷氨基酸組成的序列，稱(chēng)為尾片（tail pieces)，約含20個(gè)氨基酸，在IgM和IgA分子中，單體Ig尾片通過(guò)二硫鍵相互連接或與J鏈形成二聚體或多聚體。分泌形式μ鏈的mRNA含有V、D、J、C_μ1、C_μ2、C_μ3、C_μ4和C_μ43'端一個(gè)小的外顯子轉(zhuǎn)錄區(qū)。

Ig重鏈基因除L、V、D、J和C基因片段外，在內(nèi)含子中還有一些與mRNA轉(zhuǎn)錄和免疫球蛋白類(lèi)的轉(zhuǎn)換有關(guān)的結(jié)構(gòu)。

（1）插入順序（intervening sepuence,IS)：有IS1、IS2、IS3……等。

（2）轉(zhuǎn)換區(qū)序列：即S區(qū)（switch region)。除Cδ外，各個(gè)恒定區(qū)基因片段上游都有一個(gè)同源重復(fù)序列的S區(qū)，約占2～10kb，分別命名為Sμ、Sγ、Sα和Sε等，與Ig類(lèi)和亞類(lèi)的轉(zhuǎn)換有關(guān)。S區(qū)含有眾多串聯(lián)的高度保守的DNA重復(fù)序列，每個(gè)重復(fù)序列可長(zhǎng)到52bp，其確切的功能還不清楚。如Sμ的結(jié)構(gòu)為[（GAGCT）nGGGGT]m，n一般為2～5，但有時(shí)可達(dá)17，m可達(dá)150。目前關(guān)于H鏈轉(zhuǎn)換區(qū)的研究主要以小鼠為模型，如4個(gè)Sγ是由49bp長(zhǎng)的基序的重復(fù)序列所組成。Sα至少由長(zhǎng)為80pb的15個(gè)重復(fù)序列，Sε的重復(fù)序列長(zhǎng)為60bp。在小鼠，B淋巴細(xì)胞經(jīng)T細(xì)胞非依賴(lài)性活化后常發(fā)生Sμ/Sγ3和Sμ/Sγ2b的重組，因此在無(wú)T細(xì)胞存在條件下，LPS活化小鼠B細(xì)胞成為淋巴母細(xì)胞，主要轉(zhuǎn)換Ig的亞類(lèi)為IgG3和IgG2b。

（3）啟動(dòng)子：靠近每個(gè)V基因轉(zhuǎn)錄位點(diǎn)的上游，含有TATA盒，控制RNA多聚酶Ⅱ作用下的轉(zhuǎn)錄過(guò)程。大多數(shù)Ig的啟動(dòng)子含有許多DNA序列，包括一個(gè)保守的8個(gè)核苷酸序列，可能是核DNA結(jié)合蛋白（nuclear DNA-binding proteins)結(jié)合部位，在轉(zhuǎn)錄過(guò)程中起著重要作用。由于核DNA結(jié)合蛋白是由其它基因所編碼，因此這種作用方式被稱(chēng)為反式作用（transacting).

圖3-9　膜表面和分泌的Igμ基因及μ鏈羧基端結(jié)構(gòu)的比較

注：（a）初級(jí)RNA轉(zhuǎn)錄本通過(guò)不同的剪接加工，分別形成分泌型μmRNA和膜型μmRNA。

（b）蘇氨酸（T）為Cμ4第556位氨基酸。膜表面μ重鏈的556氨基酸后還有41個(gè)氨基酸，其中富含帶負(fù)電氨基酸胞膜外區(qū)12個(gè)氨基酸，26個(gè)疏水性氨基酸組成的穿膜區(qū)以及胞漿區(qū)3個(gè)氨基酸；分泌型μ重鏈在556位氨基酸后有20個(gè)氨基酸組成的尾片，C末端倒數(shù)第二個(gè)為半胱氨酸。

（4）增強(qiáng)子（E）：在人和小鼠和重鏈和κ輕鏈中發(fā)現(xiàn)有增強(qiáng)子，其核苷酸序列為T(mén)GGTAAG。在H鏈基因中，增強(qiáng)子位于J_H3'端側(cè)。當(dāng)H鏈VDJ或κ鏈VJ重排后，V基因上游的啟動(dòng)子靠近增強(qiáng)子，使V（D）JC基因重排后開(kāi)始更為有效的轉(zhuǎn)錄。增強(qiáng)子作用方式與啟動(dòng)子不同，呈方向非依賴(lài)方式（orientation-independent manner),即增強(qiáng)子可作用于被轉(zhuǎn)錄基因的上游或下游。此外，增強(qiáng)子的作用是細(xì)胞特異性。

已重排Ig基因的轉(zhuǎn)錄起始于TATA盒下游約20核苷酸處，轉(zhuǎn)錄至C基因后，產(chǎn)生初級(jí)RNA（primary RNA)轉(zhuǎn)錄本，在3'端切斷后進(jìn)行多聚腺苷酸化（polyadenylation),剪接掉不編碼的內(nèi)容含子，如J區(qū)與C區(qū)之間的不編碼序列是在RNA水平上被剪接掉。

圖3-10 小鼠μ鏈的基因重排順序、轉(zhuǎn)錄和合成

（四）重鏈基因重排、轉(zhuǎn)錄和多肽鏈的合成。

以μ鏈基因的重排順序、轉(zhuǎn)錄和μ鏈合成為例，見(jiàn)圖3-10。

二、Ig輕鏈基因的結(jié)構(gòu)和重排

在Ig重鏈基因重排后，輕鏈的可變區(qū)基因片段隨之發(fā)生重排，V與J基因片段并列在一起。κ輕鏈基因先發(fā)生重排，如果κ基因重排無(wú)效，隨即發(fā)生λ基因的重排。

（一）κ鏈基因的結(jié)構(gòu)和重排

在小鼠，Vκ基因片段約有250個(gè)，間隔距離平均為10～12kb；Jκ有5個(gè)，其中4個(gè)有功能：Cκ只有1個(gè)。在人類(lèi)，Vκ基因片段約有85～100個(gè)，編碼V區(qū)氨基端的1～95位氨基酸，包括CDR1、CDR2和部分CDR3。根據(jù)DNA相似性程度，Vκ可分為16個(gè)組。在胚系DNA水平上，Vκ基因片段分散約占2000kb之長(zhǎng)，占人2號(hào)染色體長(zhǎng)度的百分之一左右。Jκ基因片段有5個(gè)，編碼第96～108氨基酸。Jκ與最后一個(gè)Vκ基因片段的3′端相距為23kb，但與Cκ外顯子靠得較近。Cκ也只有1個(gè)，編碼C區(qū)（109～214氨基酸），所有κ輕鏈具有同一結(jié)構(gòu)的C區(qū)。人和鼠Cκ距最后一個(gè)Jκ基因片段約2.5kb。Vκ與Cκ之間以隨機(jī)的方式發(fā)生重組連接。人κ輕鏈V基因的排列多樣性約為100Vκ×5Jκ=500。

（二）λ鏈基因的結(jié)構(gòu)和重排

小鼠Igλ輕鏈基因結(jié)構(gòu)見(jiàn)表3-4。在大多數(shù)近交系小鼠中，有4個(gè)J_λ和4個(gè)C_λ，根據(jù)其在胚系DNA上的分布位置可分為兩組（cluster):J_λ2C_λ2J_λ4C_λ4(C2-C4組)和J_λ3C_λ3J_λ1C_λ1（C3-C1組），每組基因片段長(zhǎng)約為5kb。

表3-4　λ鏈基因結(jié)構(gòu)和編碼的氨基酸

λ基因組中共含有V_λ1、V_λ2和V_λx3個(gè)V_λ基因片段，V_λ2與“C2-C4組”（J_λ2C_λ2J_λ4C_λ4）的5′端相距73kb；V_λ1與“C3-C1組”（J_λ3C_λ3J_λ1C_λ1）相距19kb；V_λX與V_λ23′端相距19kb；V_λ重因片段與J_λ、C_λ基因片段的連接并不完全隨機(jī)，V_λ1與J_λ3或J1重排，組成V_λ1J_λ3C_λ3基因或V_λ1J_λ1C_λ1基因，而V_λ2似乎只與J_λ2重排組成V_λ2J_λ2C_λ2基因，偶爾可見(jiàn)V_λ2與J_λ3或J_λ1重排，分別組成V_λ2J_λ3C_λ3基因和V_λ2J_λ1C_λ1基因。J_λ4、C_λ4不具備功能。目前尚未發(fā)現(xiàn)V_λ1與J_λ2重排。V_λX只發(fā)現(xiàn)與J_λ2重排。

在人類(lèi)，λ基因位于第22號(hào)染色體，V_λ約有100個(gè)，不同亞型含C_λ數(shù)量在6～9個(gè)之間，每個(gè)C_λ與各自的J_λ基因片段相鄰。λ輕鏈的轉(zhuǎn)錄過(guò)程是某一個(gè)V_λ基因片段與某一個(gè)J_λ片段連接成V_λ/J_λ外顯子，然后與鄰近C_λ基因片段重組轉(zhuǎn)錄為初級(jí)mRNA，再通過(guò)mRNA的剪接、翻譯及修飾，成為成熟的λ輕鏈。

圖3-11　小鼠κ輕鏈基因重排順序、轉(zhuǎn)錄和合成

三、免疫球蛋白基因表達(dá)的調(diào)節(jié)

（一）核因子對(duì)Ig基因轉(zhuǎn)錄的調(diào)節(jié)作用

Ig基因轉(zhuǎn)錄活性是由兩個(gè)順式作用組件（cis-acting elements)即啟動(dòng)子（promoter,P）和增強(qiáng)子（enhancer,E)來(lái)調(diào)節(jié)。而啟動(dòng)子和增強(qiáng)子的功能又由反式作用的核因子（trans-acting nuclear factor)所控制。這些核因子也稱(chēng)為DNA結(jié)合蛋白（DNA-binding proteins,DBP)，結(jié)合到啟動(dòng)子或增強(qiáng)子內(nèi)特異的核苷酸序列，從而抑制或刺激啟動(dòng)子和增強(qiáng)子的活性。許多種類(lèi)細(xì)胞受到某些刺激后可誘導(dǎo)或活化特定的DBP。

1.ATGCAAAT序列及其核因子　Ig重鏈啟動(dòng)子含有8個(gè)保守的核苷酸序列ATGCAAAT，這個(gè)序列也存在于κ輕鏈的啟動(dòng)子、重鏈增強(qiáng)子以及許多非Ig的啟動(dòng)子中。B細(xì)胞Ig基因的轉(zhuǎn)錄依賴(lài)于啟動(dòng)子中這一完整的ATGCAAAT序列的存在。哺乳動(dòng)物細(xì)胞中至少存在三種特異性結(jié)合ATGCAAAT的蛋白質(zhì)，即Oct1、Oct2(OTF2A)和OTF2B。Oct1又稱(chēng)OTF1(octamer transcription factor 1),廣泛存在于哺乳動(dòng)物的細(xì)胞中；OTF2A和OTF2B為淋巴細(xì)胞特異性，活化Ig基因的轉(zhuǎn)錄。

2.GGGACTTTCC序列和NF-κB　小鼠κ鏈增強(qiáng)子含有GGGACTTTCC10bp 的序列，是一種稱(chēng)之為NF-κB(nuclearfactor of kappa B)DNA結(jié)合蛋白結(jié)合的靶序列。

（1）NF-κB結(jié)合靶序列的分布：NF-κB結(jié)合的DNA序列也存在于許多其它淋巴細(xì)胞、非淋巴細(xì)胞、病毒基因增強(qiáng)子和啟動(dòng)子以及HIV-1的長(zhǎng)未端重復(fù)序列中，如某些MHCⅠ類(lèi)基因，IL-2Rα鏈,TCRβ鏈,IL-2、IL-3、IL-6、IFN-α、IFN-β、IFN調(diào)節(jié)因子、GM-CSF、SV40基因等。在不轉(zhuǎn)錄κ基因的前B細(xì)胞（pre-b cell)系中無(wú)NF-κB活性，這些細(xì)胞用LPS處理后可誘導(dǎo)出有功能的NF-κB，隨之也刺激κ鏈基因的轉(zhuǎn)錄。

（2）NF-κB結(jié)構(gòu)及作用特點(diǎn)：NF-κB是一個(gè)異源四聚體復(fù)合物，包含兩個(gè)與DNA結(jié)合的50kDa多肽和兩個(gè)不與DNA直接結(jié)合的65kDa多肽鏈NF-κB解離常數(shù)在10^-12～10^-13M之間，這種高親和力是它發(fā)揮功能所必需的。在大多數(shù)細(xì)胞系中由于抑制因子IκB與p65的偶聯(lián)作用，使整個(gè)NF-κB分子以無(wú)活性的形式存在于細(xì)胞質(zhì)內(nèi)。IκB由于磷酸化（如PKC作用）或其它的修飾作用喪失功能，從NF-κB/IκB復(fù)合物上解離下來(lái)，洲離的NF-κB隨即進(jìn)入細(xì)胞核，結(jié)合靶基因的特定序列，從而激活這一基因的轉(zhuǎn)錄反應(yīng)。如抗原結(jié)合到B細(xì)胞mIg后刺激B細(xì)胞內(nèi)PKC活化。LPS也可活化PKC。NF-κB在有效合成κ鏈的骨髓瘤細(xì)胞中是無(wú)活性或是缺乏的，提示NF-κB和κ鏈基因的增強(qiáng)子在B細(xì)胞分化早期對(duì)于起始κ基因轉(zhuǎn)錄是需要的，但對(duì)于分化后期維持轉(zhuǎn)錄過(guò)程中并不是必需的。

圖3-12　免疫球蛋白基因轉(zhuǎn)錄的調(diào)節(jié)

注：VDJ重排使啟動(dòng)子（P）靠近位于Jκ和Cκ之間的增強(qiáng)子，增加了已重排V2基因的轉(zhuǎn)錄水平，DNA結(jié)合蛋白NF-κB結(jié)合到增強(qiáng)子內(nèi)靶序列，Oct1、Oct2可結(jié)合到啟動(dòng)子上。

（二）等位基因排斥現(xiàn)象

免疫球蛋白基因表達(dá)中一個(gè)重要的發(fā)現(xiàn)是等位基因排斥現(xiàn)象（allelic exclusion)。編碼人Ig重鏈基因位于第14對(duì)染色體上，在B細(xì)胞發(fā)育過(guò)程中，這一對(duì)同源染色體中僅有一條染色體Ig基因得到表達(dá)。例如一個(gè)人B細(xì)胞內(nèi)來(lái)自母本的染色體上的Ig重鏈基因得到表達(dá)，則來(lái)自父本的第14號(hào)染色體的Ig重鏈基因受到抑制而不表達(dá)。這可能是通過(guò)已發(fā)生有效重排的染色體產(chǎn)生反饋抑制（feedbackinhibition)信號(hào)抑制另一條同源染色體上的Ig重鏈基因發(fā)生重排。一條染色體上Ig重鏈基因的有效重排，一方面抑制了另一條同源染色體重鏈基因的重排，另一方面可發(fā)出信號(hào)使第2號(hào)染色體上Igκ輕鏈基因發(fā)生重排，如果一對(duì)同源染色體上的κ輕鏈基因重排均無(wú)效，才發(fā)生22號(hào)染色體λ輕鏈基因重排，這種現(xiàn)象稱(chēng)為輕鏈同種型排斥現(xiàn)象（light chain isotype exclusion)。

四、免疫球蛋白的多樣性

機(jī)體對(duì)外界環(huán)境中眾多抗原刺激可產(chǎn)生相應(yīng)的特異性抗體，有人推算抗體的多樣性在10⁷以上，這種抗體多樣性主要是由遺傳控制的。引起免疫球蛋白多樣性的原因主要有以下幾個(gè)方面。

1.胚系中眾多的V、D、J基因片段　胚系（germ line)中未重排的（unrearranged) DNA有眾多的V基因片段以及一定數(shù)量的D、J基因片段。以小鼠為例。V_H、D_H和J_H基因片段分別為1000、12和4，單獨(dú)重鏈重組的多樣性可達(dá)4.8×10⁴左右；Vκ和Jκ分別約為250和4，κ輕鏈V-J重排的多樣性為1.0×10³。經(jīng)重鏈與κ輕鏈隨機(jī)配對(duì)后推算的多樣性為（4.8×10⁴）×（1.0×10³）=4.8×10⁷。

表3-5　小鼠Ig胚系基因片段和重鏈、κ輕鏈配對(duì)的多樣性

注：多樣性數(shù)目不包括VDJ連接多樣性、N區(qū)插入和體細(xì)胞突變所增加的多樣性數(shù)目。

2.VDJ連接的多樣性　輕鏈基因重排過(guò)程中，V_J連接點(diǎn)以及重鏈基因重排過(guò)程中D-J以及V-D-J連接點(diǎn)有一定的變異范圍。例如輕鏈V_L因片段3′端5個(gè)核苷酸CCTCC和J_L基因片段5′端4個(gè)核苷酸GTGG連接時(shí)，9個(gè)核苷酸中只有6個(gè)核苷酸編碼輕鏈第95、96位氨基酸，可產(chǎn)生8種不同的連接方式（圖3-13）。

3.體細(xì)胞突變（somatic mutation)　體細(xì)胞在發(fā)育過(guò)程中可發(fā)生基因的突變。以長(zhǎng)期體外培養(yǎng)的B細(xì)胞前體為例，每個(gè)細(xì)胞每個(gè)堿基對(duì)的突變率為1～3×10^-5，這種類(lèi)型突變主要發(fā)生在V基因。體細(xì)胞突變擴(kuò)展了原有胚系眾多基因片段的多樣性。

4.N區(qū)的插入（insert of N region)　在Ig重鏈基因片段重排過(guò)程中，有時(shí)可通過(guò)無(wú)模板指導(dǎo)的機(jī)理（non-temple directed mechanism)在重組后D基因片段的兩側(cè)即V_H-D_H或D_H-J_H連接處插入稱(chēng)之為N區(qū)的幾個(gè)核苷酸。N區(qū)不是由胚系基因所編碼。在N區(qū)插入前，先通過(guò)外切酶切除V_H-D_H或D_H-J_H連接處的兒個(gè)堿基對(duì)，然后通過(guò)末端脫氧核苷酸轉(zhuǎn)移酶（terminal deoxynucleotidyl transferase,TdT）連接上N區(qū)。由于額外插入了N區(qū)，可發(fā)生移碼突變（frameshift mutation),使插入部位以及下游密碼子發(fā)生改變，從而編碼不同的氨基酸，增加了抗體的多樣性。

圖3-13　輕鏈基因V-J連接多樣性舉例

圖3-14　N區(qū)插入D-J連的接處（示意圖）

5.輕鏈重鏈相互隨機(jī)配對(duì)　如表3-5所示，小鼠重鏈與κ輕鏈隨機(jī)配對(duì)后推算的多樣性可達(dá)4.8×10⁷，如果再加上重鏈與λ輕鏈的隨機(jī)配對(duì)其多樣性就更多了。

第三節(jié)　T細(xì)胞受體基因

編碼T細(xì)胞受體（T cell receptor,TCR)α、β、γ和δ鏈的基因定位于不同的染色體（表3-6）。人和小鼠δ基因都位于α基因的復(fù)合體中，均位于14號(hào)染色體；人TCRβ和γ鏈基因分別位于第7對(duì)染色體的長(zhǎng)臂和短臂，小鼠β和γ鏈基因則分別位于第6和13號(hào)染色體。

表3-6　TCR多肽鏈基因定位

一、TCR基因的結(jié)構(gòu)

TCR基因的結(jié)構(gòu)和重排與Ig基因有許多相似之處。在胚系中，編碼TCR多肽鏈的DNA是由幾個(gè)分隔開(kāi)的DNA片段組成，在胸腺細(xì)胞中重排后，形成編碼一條完整多肽的基因。TCR多肽鏈可變區(qū)基因是由2～4個(gè)基因片段通過(guò)重排連接在一起。V基因片段編碼信號(hào)序列和可變區(qū)氨基端95～100個(gè)氨基酸殘基；J基因片段編碼可變區(qū)羧基端13～23個(gè)氨基酸殘基。TCRβ、δ鏈V區(qū)基因除V、J基因片段外，還有1～2個(gè)D基因片段，編碼V與J之間數(shù)個(gè)氨基酸殘基。TCR不同多肽鏈可變區(qū)基因的重排可有V-J、V-D-J或V-D-D-J等幾種方式。TCR多肽鏈C基因片段通常由3～4個(gè)外顯子所組成，位于J基因片段的下游。與IgC基因片段不同，TCrC基因片段是由數(shù)個(gè)外顯子編碼一個(gè)結(jié)構(gòu)域，如β鏈的連接肽（connectingpeptide)是由3個(gè)分隔的外顯子所編碼。

（一）TCRα鏈基因

TCRα鏈基因與TCRβ鏈和Ig基因結(jié)構(gòu)有很大差別。小鼠α鏈V基因約100個(gè)，至少可分為12個(gè)家族。人Vα大約在100個(gè)左右，長(zhǎng)約數(shù)百個(gè)kb。TCRα基因沒(méi)有Dα基因片段。人和小鼠α鏈基因都含有J基因片段（Jα），小鼠約有60個(gè)，相互間隔至少500bp。VαJα連接具有多樣性。TCRα鏈基因只有1個(gè)Cα基因片段，含有4個(gè)外顯子。在TCRα鏈基因座中有TCRδ鏈基因。TCRα鏈基因重組信號(hào)中長(zhǎng)的間隔序列（23bp)3′端靠近Vα，短的間隔序列（12bp)的5′端靠近Jα，這種重組信號(hào)的排列方式類(lèi)似Ig輕鏈V區(qū)的基因，允許Vα基因直接與Jα基因重排，而不需要V_D基因片段。

（二）TCRβ鏈基因

小鼠胚系中未重排的β鏈基因結(jié)構(gòu)已經(jīng)搞清，長(zhǎng)約數(shù)百kb。Vβ基因數(shù)目約30個(gè)，大多數(shù)Vβ基因片段位于Cβ1的上游，至少有1個(gè)Vβ（Vβ14）在Cβ2基因3′下游10kb處，與轉(zhuǎn)錄的方向相反。人Vβ基因片段約有100個(gè)。小鼠和人都有2個(gè)Dβ基因片段，12～14bp長(zhǎng)，分別位于Jβ1和Jβ2基因片段組上游約500～600bp處。小鼠和人都有2組（cluster)Jβ基因片段，稱(chēng)為Jβ1和Jβ2，與相應(yīng)的Cβ1和Cβ2基因片段間隔2～3kb。小鼠Jβ1和Jβ2各含7個(gè)Jβ基因片段，其中6個(gè)有功能，Jβ基因片段相互間隔36～421bp。人Jβ1和Jβ2各含7個(gè)有功能的Jβ基因片段。人和鼠TCRβ基因都有2個(gè)基本相同的Cβ基因片段，各含4個(gè)外顯子。Cβ1和Cβ2高度同源，2個(gè)Cβ基因片段的編碼產(chǎn)物中只有4個(gè)氨基酸殘基（小鼠）或5個(gè)氨基酸（人）不同。

TCRα和β鏈V基因編碼區(qū)域包括了相當(dāng)于Ig的CDR1和CDR2，主要是識(shí)別MHC分子和抗原的復(fù)合物。CDR3主要是由于V-D-J或V-D-D-J連接的多樣性（junctionaldiversity)和廣泛分布的N核苷酸插入（Nnucleotide insertion)所造成，其有高度的多樣性，可識(shí)別眾多種類(lèi)的抗原。

圖3-15　小鼠TCR基因的結(jié)構(gòu)

（三）TCRγ鏈基因

Vγ基因片段數(shù)較少，在Balb/c小鼠Vγ基因片段有7個(gè)，分為5個(gè)家族，其中4個(gè)家族各只含1個(gè)Vγ，另一家族有3個(gè)Vγ。人Vγ有14個(gè)，其中8個(gè)是有功能的。人和小鼠TCRγ鏈基因均不含D基因片段。在小鼠，有4個(gè)Jγ基因片段，基中Jγ1、Jγ3和Jγ4分別位于3個(gè)Cγ基因片段的上游，Jγ3為假基因。在人類(lèi)共有5個(gè)Jγ基因片段，可分為Jγ1和Jγ2兩組，其中Jγ1的3個(gè)片段位于Cγ1上游，Jγ2的2個(gè)片段位于Cγ2基因片段的上游。不鼠有4個(gè)Cγ基因片段，其中Cγ3是假基因。人有2個(gè)Cγ基因片段，相距約10kb，其中1個(gè)Cγ有3個(gè)外顯子，另一個(gè)Cγ含有4個(gè)或5個(gè)外顯子。編碼γ鏈連接肽部分的兩個(gè)Cγ基因外顯子組成存在著差異，有一個(gè)Cγ基因片段不編碼半胱氨酸，因此造成了TCRγ鏈在分子量、N-連接糖基化的形式以及是否與TCRδ鏈之間形成二硫鍵有所不同。

圖3-16　人TCR基因的結(jié)構(gòu)

（四）TCRδ鏈基因

人和小鼠TCr δ鏈基因結(jié)構(gòu)十分相似，均位于α鏈基因座內(nèi)。在Balb/c小鼠，Vδ基因片段數(shù)約為8個(gè)。在小鼠δ鏈基因中有2個(gè)Dδ、2個(gè)Jδ和1個(gè)Cδ基因。在胸腺細(xì)胞分化過(guò)程中，δ鏈先于α鏈表達(dá)。Vα與Jα重排可導(dǎo)致δ基因復(fù)合物中D、J和C基因片段的缺失。在人δ鏈基因中有8個(gè)Vδ基因片段，2個(gè)Dδ、3個(gè)Jδ和1個(gè)Cδ。某些Vδ基因片段是與TCRα鏈Vα基因共用的。

TCRδ鏈基因連接信號(hào)的排列方式是：每個(gè)Vδ基因片段的3′端緊靠著“七聚體-長(zhǎng)間隔序列-九聚體”（7-23-9）結(jié)構(gòu)；Dδ基因片段5′端是“九聚體-短間隔序列-七聚體（9-12-7）結(jié)構(gòu)，3′端是“7-23-9”結(jié)構(gòu)；2個(gè)Jδ基因片段的5′端是“9-12-7”結(jié)構(gòu)。這種TCRδ鏈基因重組信號(hào)排列的方式使得V、D、J鏈接可有以下幾種不同方式：（1）V-D-J連接，在小鼠胚胎TCRγδ胸腺細(xì)胞最常見(jiàn)到Vδ-Dδ2-Jδ的連接，人胚胎胸腺細(xì)胞最常見(jiàn)到Vδ-Dδ3-Jδ；（2）V-J的直接連接；（3）大多數(shù)成年小鼠TCRγδ胸腺細(xì)胞以Vδ-Dδ1-Dδ2-Jδ連接，人妊娠后期胎兒TCRγδ胸腺細(xì)胞也存在著Vδ-Dδ1-Dδ2-Jδ的排列方式。Vδ基因位于Vα基因之中，同一個(gè)V基因片段可用作Vδ或Vα，如果V基因片段是用作Vδ，多發(fā)生V-D（-D）-J重排。

小鼠TCRγδ T細(xì)胞γ和δ鏈配對(duì)的，Vδ1幾乎總是和Vγ5或Vγ6配對(duì)。小鼠TCRγδ陽(yáng)性樹(shù)突狀表皮細(xì)胞（DEC）幾乎都是Vγ5與Vδ1配對(duì)。在人Vδ2幾乎總是與Vγ9配對(duì)。

圖3-17　小鼠TCRβ基因重排順序、轉(zhuǎn)錄和合成

二、TCR基因的重排

T細(xì)胞在胸腺中發(fā)育成熟過(guò)程中，TCR基因按照一定的順序發(fā)生重排。TCR基因的重排順序和表達(dá)與免疫球蛋白基因的重排和表達(dá)十分相似。在基因組中的識(shí)別序列包括了一個(gè)保守的七聚體和九聚體，七聚體與九聚體之間含有一個(gè)不保守的12堿基對(duì)或23堿基對(duì)間隔序列（spacer sequence)。

TCRβ鏈基因座的重排要先于α鏈。首先是一個(gè)Dβ片段與一個(gè)Jβ片段連接，然后D-J與一個(gè)Vβ片段相連，完成了VDJ基因的重組。TCRβ鏈初級(jí)的RNA轉(zhuǎn)錄本在重組的VDJ和C基因之間含有內(nèi)含子。VDJ與Cβ1或Cβ2的重排是隨機(jī)的，目前尚未發(fā)現(xiàn)Cβ類(lèi)似Ig重鏈類(lèi)別轉(zhuǎn)換那樣從一個(gè)Cβ基因轉(zhuǎn)換到另一個(gè)Cβ基因上。在小鼠Cβ2基因的3′端推測(cè)有一個(gè)增強(qiáng)子。

TCRβ鏈基因的功能性重排和表達(dá)，誘導(dǎo)了TCRα基因的重排。α鏈基因的重排與β鏈相似，由于α鏈基因不存在D片段，故α鏈基因只有V-J的連接。小鼠Vα轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)的5′端有一個(gè)啟動(dòng)子，Cα基因的3′端也有一個(gè)增強(qiáng)子。此外，靠近α鏈增強(qiáng)子處有“靜息順序”（silencersequences），這些順序可抑制非T細(xì)胞或者是TCRγδT細(xì)胞中α鏈的轉(zhuǎn)錄。由于α鏈只有一個(gè)Cα基因，因此一旦初始的轉(zhuǎn)錄本形成后，經(jīng)過(guò)RNA加工只能產(chǎn)生一種完整的α鏈mRNA。

如同Ig基因的重排和表達(dá)，TCRα和β鏈基因的重排和表達(dá)也有等位基因排斥現(xiàn)象（al-lelicexclusion),如果在一條染色體上TCR基因的重排是有效的，那末就可以抑制另一條染色體相應(yīng)等位基因座的重排。當(dāng)一條染色體上α鏈或β鏈基因座的重排、轉(zhuǎn)錄或翻譯無(wú)效時(shí)，則另一條染色體上相應(yīng)α或β鏈相應(yīng)的等位基因座開(kāi)始發(fā)生重排。如果兩條染色體上TCRα或β鏈基因重排都無(wú)效，則未成熟的T細(xì)胞死亡。

三、T細(xì)胞庫(kù)的多樣性

推測(cè)T細(xì)胞庫(kù)（T cell repertoire)中多樣性在10¹⁰以上，其多樣性的原因與Ig相似，主要有以下幾方面。

1.胚系中有眾多的V、D和J基因片段　盡管TCRα和β基因中V基因片段數(shù)比Ig基因少，但J基因片段明顯比Ig基因?yàn)槎啵缧∈笾屑s50～100個(gè)Jα和至少12個(gè)Jβ基因片段，而IgH和κ鏈基因座中J基因片段各只有4個(gè)。

2.連接處連接的多樣性　與IgVDJ連接的多樣性相似。

3.N區(qū)的插入　N區(qū)插入在Ig基因重排中只發(fā)生在重鏈基因，而TCRα和β鏈基因均可發(fā)生N區(qū)的插入。此外，在TCRα和β鏈基因中都發(fā)現(xiàn)一種稱(chēng)之為“易變性”（flexibility)的現(xiàn)象，如有一個(gè)以上Vα基因3′端可以連接到Jα片段。

4.TCRα與β鏈的隨機(jī)配對(duì)　人TCRαβ庫(kù)多樣性可推算為：α鏈（Vα（100）×Jα（100））×β鏈（Vβ（100）×Dβ（2）×Jβ（14））=2.8×10⁷，這種多樣性尚未包括N區(qū)插入所擴(kuò)展的多樣性。