第九章 淋巴细胞的分化成熟和受体.ppt

第九章淋巴细胞的分化成熟和受体的基因表达 T B淋巴细胞是体内惟一能表达不同抗原受体的细胞 并可通过抗原受体识别各种外源性物质 这种多样性是在祖淋巴细胞到成熟B和T淋巴细胞发育过程中产生的 前淋巴细胞不表达抗原受体 不能识别抗原和对抗原产生反应 来源于骨髓的祖淋巴细胞转变成成熟淋巴细胞的过程被称作淋巴细胞的成熟 在淋巴细胞成熟过程中 抗原受体的基因表达使得发育细胞的表型发生改变 产生1个多样性的细胞库 通过选择 确保进入外周组织的大多数淋巴细胞是有功能并对外源性抗原起反应 但对大多数自身抗原无反应性 抗原受体基因的表达是所有过程中最重要的环节 在此过程中B细胞获得了表达免疫球蛋白基因 Immunoglobuin Ig 的能力 T细胞获得了表达T细胞受体基因 Tcellreceptor TCR 的能力 第一节B淋巴细胞的分化成熟 膜表面免疫球蛋白 mIg 作为B细胞的特征性表面标志 是B细胞的特异性抗原受体 可识别不同的抗原分子 使B细胞激活 分化为浆细胞 并产生不同的特异性抗体 发挥体液免疫功能 一 B细胞的分化成熟B淋巴细胞的成熟过程包括不成熟细胞的增殖和成熟细胞库的选择 原B细胞发育成表达膜结合蛋白IgM和IgD的细胞 然后离开骨髓 循环到外周淋巴器官 在那儿它们通过膜Ig分子识别抗原 并对外源性抗原做出应答 即B细胞分化可分为2个阶段 a抗原非依赖期 不成熟细胞的增殖 发生在成年动物的骨髓中 导致B细胞成熟并对抗原具有应答能力 b抗原依赖期 成熟细胞库的选择 发生在外周免疫器官 出现在细胞对抗原产生应答后 B细胞在骨髓中分化成熟 B细胞在骨髓内分化各阶段的变化主要为免疫球蛋白基因的重组和膜表面标志的表达 在其成熟的过程之中 B细胞经历了几个阶段 每个阶段都有一种特异性Ig基因的表达和其它细胞表面蛋白的表达 可作为该阶段成熟的显性标记 其在骨髓中的发育过程如下 原B细胞 pro B 前B细胞 pre B 不成熟B细胞 immatureB 成熟B细胞 mature 原B细胞 定向分化为B细胞系的最早的骨髓细胞 不产生Ig 可通过B细胞系限制性表面分子的表达与其它不成熟细胞区分开 如CD19和CD10 前B细胞 只存在于造血组织中 合成一种可检测的Ig基因产物即胞浆 重链 与被称为替代轻链 结构上与 或 同源 的蛋白结合成复合物 其称为前 细胞受体 在细胞表面低水平表达 其与Ig 和Ig 蛋白结合在一起 转导受体所产生的信号 为 细胞发育成熟所必需 未成熟 细胞 前 细胞继续发育产生 或 链 轻链和 重链组成复合物 重组的 分子在细胞内表达 并与 和 结合在一起形成了抗原特异性受体 但抗原并不能引起这些细胞的增殖和分化 不过如与自身抗原相遇将导致细胞死亡或功能上无反应 成熟 细胞 表达后 在细胞共表达 和 重链 与 或 轻链结合在一起产生了膜 和 膜Ig有共同的V区 也有共同的抗原特性 IgM和IgD的共表达伴随着功能性能力的获得 因此 此时的 细胞称为成熟B细胞 其对抗原有应答 但如果几天内或几周内没有接触抗原 它们将会死亡 成熟的B细胞离开骨髓 进入外周循环 到外周的淋巴器官 ImmatureBcells 前B细胞 胞浆出现IgM重链 成熟B细胞 出现IgM IgD B细胞在外周免疫器官的成熟 在外周淋巴组织中 成熟B细胞对外来抗原应答发生增殖和分化 成熟B细胞一旦被抗原或其它信号刺激就成为活化的B细胞 并发生增殖 分化 使分泌型的Ig增加 膜结合型Ig减少 此时 一些活化的B细胞进行重链类型的转变 开始表达其它类型的Ig 如 同时 一些活化的B细胞不分泌抗体 而是成为持续存在的表达膜Ig的记忆细胞 记忆细胞可存活几周或几个月 在血 淋巴和淋巴器官内循环 但受到抗原刺激时 可引起次级抗体应答 值得注意的是 在整个过程中 每一个B细胞克隆表达相同的V区 保持相同的抗原特异性 然而 对抗原的应答过程中 抗体的V区可发生微小的变化 抗原刺激后 抗原特异性B细胞上的膜Ig和分泌Ig平均亲和力均增加 因此 再次应答大大高于初次应答 这个过程称为亲和成熟 是蛋白质抗原体液免疫应答的典型特征 那么其机理是什么呢 亲和成熟是由个体内抗原刺激B细胞中编码IgV区的DNA突变引起的 后面的选择过程确保存活细胞以高亲和力识别抗原 小结 综上所述 B细胞的成熟过程可分为4个阶段 第一阶段原B细胞与骨髓基质细胞相互作用 在骨髓中重组Ig基因 第二阶段是表达抗原受体的未成熟B细胞与抗原相互作用 未成熟B细胞受到抗原强烈刺激后死亡或失活 从细胞库中去除自身反应性B细胞 第三阶段存活的未成熟B细胞成熟 同时表达IgD IgM 并迁移至外周 它们可以被次级淋巴器官中的特异性外来抗原激活 第四阶段 活化的B细胞发生增殖 分化成浆细胞 记忆细胞 细胞成熟过程中的阴性和阳性选择 成熟B细胞库是未成熟B细胞池内的细胞在离开骨髓之前经过选择而来 1 阳性选择1 在B细胞发育的抗原非依赖期 可发生阳性选择 这种选择的信号是由B细胞表面表达的 链传导 2 在抗原依赖阶段 同样发生阳性选择 成熟B细胞在外周淋巴器官接受外来抗原刺激时 发生广泛的IgV区体细胞超突变 部分细胞经突变后能更有效地与抗原结合而免于死亡 发育成浆细胞 另有少数细胞分化为记忆细胞 2 阴性选择在骨髓中 表达自身抗原高亲和力受体的未成熟B细胞与这些抗原相遇时可能死亡或不能获得功能活性 称为阴性选择 阴性选择是为了维持自身抗原B细胞耐受 介导阴性选择的抗原通常是丰富或多价自身抗原 如膜结合型 它们向表达IgM的未成熟B细胞传递较强的信号 这些B细胞碰巧表达这些自身抗原的特异性受体 抗原的识别导致未成熟B细胞的凋亡性死亡 3 受体编辑除了阴性选择之外 识别自身抗原的未成熟B细胞被诱导改变其特异性 这个过程称为受体编辑 在该过程中 重组活化基因 recombinationactivationgene RAG 再次活化 发生额外的轻链V J重组 产生一个新的Ig轻链 使细胞表达无自身反应性的不同Ig受体 目前 受体编辑已在正常鼠及识别自身抗原的BCR转基因鼠中得到证实 其可能是维持自身耐受的重要机制 Antigen 补体 C3bi CD23 CD28 B7 2 CD40 IL 5 FcmR IL 2 IgM IgE CD21 IL 4 CD32 IgG 补体 C3b C4b CD40 L 二 B细胞表面的膜分子 B细胞抗原识别受体 BCR复合体 B细胞协同受体 CD19 CD21和CD81 BCR有协同受体 其包括CD19 CD21和CD813种膜分子 它们在B细胞膜上与BCR直接接触 其能够促进通过BCR Ig Ig 产生的活化信号 协同刺激受体 CD40CD40为跨膜糖蛋白 属于肿瘤坏死因子受体家族 主要表达于成熟和不成熟B细胞 单核细胞和树突状细胞等APC表面 当BCR被抗原交联后 Ig 和Ig 向细胞内发出激活第一信号 诱导B细胞表达CD40 CD40与Th2表面的CD40L结合后 向细胞内发出第二信号 导致B细胞激活 增殖并分化 三 B细胞的亚群根据发育早晚 存在部位 表面标志和功能的不同 可以把B细胞分为B1和B2两个亚群 B1细胞组成性表达CD5 故又称CD5 B细胞 而B2细胞不表达CD5 故又称CD5 B细胞 第二节T淋巴细胞的分化成熟 T细胞是由一群功能不同的异质性淋巴细胞组成 由于它在胸腺内分化成熟故称为T细胞 成熟T细胞由胸腺迁出 移居至周围免疫器官中 如淋巴结的副皮质区 不同功能成熟的T淋巴细胞均属于小淋巴细胞 在形态上不能区分 但可通过细胞膜上表面分子不同而加以区别 在T细胞发育的不同阶段以及成熟T细胞的静止期和活化期 其细胞膜分子的种类和数量均不同 这些分子为抗原性不同的糖蛋白 它们不仅与T细胞对抗原的识别 活化 信息的传递 细胞的增殖和分化以及T细胞的功能表达相关 而且与T细胞在外周免疫器官中的定位有关 一 T细胞的分化成熟和胸腺选择 研究发现 T细胞成熟经历了体细胞基因重组 TCR基因的表达 细胞增殖 抗原诱导的选择及成熟表型和功能特性的获得等过程 该过程很多方面与B细胞相似 但由于T淋巴细胞特异性识别自身MHC相关的肽抗原 并且需要特殊的微环境 T细胞的成熟又有一些独特的特征 TCR基因的表达 基因结构 链 基因位点定位于 号染色体 基因段编码可变区 基因段编码恒定区 链 位于 号染色体 D 基因段编码可变区 基因段编码恒定区每个基因位点各有不同的等位基因 在T细胞发育分化早期与Ig基因一样经历基因重组 转录和翻译 TCR的特异性是由 链的V J和 链的V D J基因片段决定的 因此 二条链基因重组后可形成千万种不同特异性的TCR分子 故可识别环境中多种多样的抗原 在通常情况下 异种蛋白抗原分子必须与细胞表面的自身MHC分子结合后才能被TCR所识别 因此TCR只能识别细胞膜上的MHC分子与抗原分子 这是与B细胞识别抗原的主要不同特性 基因重组 基因片段以固定的次序发生重组 从而形成具有功能的 和 基因 使得 和 片段互相靠近 TCR的V D和J基因的重组是由重组酶参与的 TCR 链先发生重组 先是D基因与J基因片段重组 然后V基因片段重组到DJ形成VDJ基因 接着 链开始基因重组 链的第一次基因重组清除了染色体上所有 链的DJ和C基因片段 链基因位于V 和J 之间 灭活了 链基因 大量存在的V 和J 基因片段使 链位点的重组可进行几个循环 因此不同的重组经常发生 基因结构 人 链 位于第 号染色体的短臂 链 位于 基因位点的 基因和 基因群之间 鼠 链 位于第 号染色体的短臂 链 同人类机制 其基因重组方式与 和 相似 基因多样性形式的机制 TCR基因多样性的形成与表达机制与Ig基因基本相似 也主要由重组和连接造成的 但其多样性与Ig基因不同 TCR分子无同型转换 TCR基因也无体细胞突变 二者之间不同还表现在 虽然TCRV区基因的数量远较IgV基因的少 但TCR分子多样性潜能 推测起来却大于Ig分子 这是因为TCR基因形成功能性重组 就不会进一步导致蛋白受体功能和亲和性改变 另外 N区的插入多于BCR 在BCR中只有重链有N 核苷酸的插入 而TCR的 链基因中都有N区的插入 也就是在 链的V J片段和 链的V D D J之间都有N区的插入 T细胞分化成熟 1 T细胞的不同分化形式胸腺是T细胞成熟的主要场所 研究表明 T细胞的成熟经历了TCR表达和CD4 CD8受体的表达等过程 存在于胸腺膜下外皮质区的大多数未成熟T细胞不表达TCR或CD4 CD8受体 当未成熟T细胞经过皮质区时逐渐成熟 在皮质区开始表达TCR 成熟为CD4 MHC 限制性或CD8 MHC 限制性T细胞 到成熟的最后阶段 T细胞从皮质转到髓质 随后经淋巴管或静脉离开胸腺 为此 根据T细胞的不同发育阶段 将T细胞分为三种细胞发育形式 1 双阴性胸腺细胞 double negativethymocytes DN 既不表达CD4又不表达CD8的胸腺细胞 在这一阶段表达TCR 链 其与不稳定蛋白前T 和CD3等这些分子在细胞表面形成前T细胞受体复合物 它是DNT细胞增殖和进一步成熟的基础 2 双阳性胸腺细胞 double positivethymocytes DP 既表达CD4又表达CD8的胸腺细胞 在这一阶段 TCR 基因的表达使得TCR 形成 并与CD3等蛋白结合表达在细胞表面形成完整的TCR复合物 其可使DP细胞对抗原应答 并经历阳性选择和阴性选择 3 单阳性胸腺细胞 single positivethymocytes SP 成功完成选择过程的细胞分化发育为仅表达CD4或CD8的细胞 即具有免疫功能的成熟T细胞 然后迁出胸腺 移居于外周淋巴器官 T细胞的分化发育过程与膜表面分子的表达 2 实现T细胞分化的条件 研究表明 非胸腺细胞和细胞因子对T细胞的成熟起重要作用 1 胸腺上皮细胞 骨髓来源的巨噬细胞 M 和树状突细胞 dendriticcell DC 为胸腺细胞的增殖和成熟提供了必要的刺激 上皮细胞存在于皮质和髓质 DC存在于皮 髓交界处或髓质内 M 主要存在于髓质内 因此 胸腺细胞发生转移时必然与这些细胞相互作用 非淋巴胸腺细胞产生的MHC 和MHC 对T细胞成熟非常重要 如胸腺皮质上皮细胞 M 和DC高水平表达MHC 类分子 髓质上皮细胞和DC细胞表达MHC 类分子和MHC 类分子 而髓质M 表达高水平MHC 类分子 成熟胸腺细胞必须与MHC分子相互作用 T细胞才能在胸腺中进行选择 2 胸腺基质细胞及其分化的细胞因子 如IL 7 也可对未成熟T细胞起增殖作用 胸腺中的T细胞如何选择 未成熟T细胞库经过选择过程确保只有有用的细胞才能完成整个成熟过程 双阳性胸腺细胞需要经过阳性选择和阴性选择才能发育成为成熟的CD4 或CD8 单阳性T细胞 1 阳性选择 Positiveselection PS 1 定义 阳性选择发生在深皮质区 主要发生在DP细胞与皮质型上皮细胞之间的相互作用 双阳性胸腺细胞的第一次表达 TCRs时 遇到正常存在于胸腺中的自身肽 自身肽能被自身MHC分子识别 形成自身肽 MHC分子复合物 TCRs与自身肽 分子复合物低亲和力结合刺激胸腺细胞克隆增殖 而其它 不能识别该复合物的胸腺细胞死亡 这个过程就是阳性选择 2 结果 在此过程中大部分DP细胞死亡 只有小部分DP细胞存活并增殖 该过程可排斥所有非己MHC限制性T细胞克隆 保存自己MHC限制性T细胞克隆和潜在的有害的自身反应性T细胞克隆 阳性选择确定了MHC 类或 类分子限制性T细胞亚群 能特异识别MHC 类分子相关肽是CD8 T细胞 同样识别MHC 类分子相关肽是CD4 T细胞 因此 通过阳性选择使 细胞分化为 细胞并获得 限制性的识别能力 阴性选择 negativeselection NS 1 位置 发生在皮质与髓质交界处 主要发生于DP细胞与胸腺内巨噬细胞 树突状细胞或髓质上皮细胞间的相互作用 2 阴性选择类型 1 克隆排除 胸腺细胞 与自身肽 分子复合物高亲和力结合 导致自身反应性 细胞克隆死亡并被排除 称之为克隆排除 clonaldeletion 2 克隆失能 克隆虽存在但受抑制不能活化 称为克隆失能 clonalanergy 3 阴性选择结果 经过阴性选择 排除了自身反应性T细胞克隆 只有识别非己抗原与自身MHC分子复合物的T细胞克隆才能存活下来 并由DP细胞分化为功能性SP细胞 CD4 或CD8 T细胞 所以成熟的T细胞库表现为自身MHC限制性和自身耐受性两种特征 但一个胸腺细胞的最后命运取决于对抗原识别的强弱 后者是由抗原递呈细胞上的肽 MHC分子的数目和对复合物的亲和力决定的 另外 胸腺细胞上的CD4或CD8分子的密度影响TCRs传导的信号 故其同样影响胸腺细胞识别抗原的结果 S S Va Ca Vb Cb g e d S S TCR ab CD3 z h z z S S e membrane ITAM 糖基 一 TCR CD3complex cytoplasma 二 细胞表面分子 协同受体 CD4和CD8分子 CD4和CD8是T细胞亚群的一个重要标志 CD4 T细胞识别MHC 类分子递呈的抗原 CD8 T细胞识别MHC 类分子递呈的抗原 在TCR识别肽 MHC MHC 分子的时候 CD4 CD8分子分别与MHC MHC 类分子的CD4 CD8结合位点结合 故称为TCR的协同受体 研究发现 当CD8和TCR与同一个MHC 类分子结合时 可使T细胞对抗原的灵敏度提高100倍 CD4和CD8分子与MHC分子结合示意图 协同刺激受体 CD28 CTLA 4 CD152 及CD137 CD28 当TCR识别APC表面MHC分子 肽复合物时 T细胞表面的CD28与APC上的B7分子配接 为T细胞活化提供第二信号 CD152 作用同CD28 但只有活化T细胞才能表达 CD137在T细胞活化晚期起作用 四 其它分子 CD45细胞因子受体CD40L丝裂原受体粘附分子 T细胞表面表达很多粘附分子如整合素 CD2等 这些粘附分子与其它细胞表面相应的粘附分子的相互作用参与T细胞的活化 移动和效应等 三T细胞亚群T细胞是一群异质性细胞 根据T细胞的表型和功能可将T细胞分为不同的亚群 A 按表达TCR类型不同 T细胞和 T细胞这两类T细胞分别表达 TCR和 TCR T细胞占胸腺和外周血中T细胞的大多数 如在外周血中 T细胞占T细胞总数的90 95 而 T细胞只占5 10 为DN细胞 但在粘膜上皮中约50 是 T细胞 其可表达CD8 CD8 T细胞的多样性不如 T细胞丰富 它们主要针对某些细菌和病毒抗原 在粘膜表面发挥保护作用 B 按CD分子不同 CD4 T和CD8 T细胞 CD4 T细胞主要是辅助性T细胞 Thelpcells Thcells 而CD8 T细胞主要是细胞毒性T细胞 cytotoxicTlymphocytes CTL 前者与MHC 类分子结合 后者与MHC 类分子结合 C 按所分泌细胞因子格局不同 根据所分泌的细胞因子的格局不同 CD4 T细胞可进一步分为 和 两亚群 其中Th1的表面标志为CD26 LAG 3 Th2表面标志为CC