6 免疫学原理 2.双阳性期随着在胸腺内的分化成熟，双阴性T细胞首先表达TCR的B链(？链基 因首先重排)，尔后表达TCR的a链前体(pe-Ta chain或pTa,即33)，此时的TCR也称前 TCR(pre-TCR或pTCR,由pTa和3链组成)。pTa及pTCR的表达可促进T细胞的进一步分 化，并诱导CD8分子和CD4分子基因的活化。T细胞首先表达CD8分子，CD8分子的出现 促进CD4分子的表达，CD4分子和CD8分子同时表达形成双阳性T细胞（图2：2）。双阳性 T细胞仍不能识别抗原也不具有任何功能。 在分化成熟过程中，B链的表达写否是一个决定T细胞命运的重大事件，：一且表达B 链，T细胞就得以继续分化成熟；否则分化就停止，最终导致TC邸的T细胞死亡。因而有 人称此现象为TCR的B选择(Bselection)。同样T细胞如不能表达pTa及pTCR,则T细胞的 分化就受阻，无法进一步分化成熟，可发生细胞调亡和克隆清除。同时，CD4和CD8分子的 表达，也可进一步促进TCR的表达。 3.单阳性期双阳性期T细胞在胸腺中再经二次选择过程，分化为CD4:T细胞或 CD8+T细胞，即单阳性T细胞。这是一类成熟T细胞，同时表达TCR和CD3分子，能识别抗 原、介导免疫应答并参与调节免疫。T细胞一且成熟，就随血流离开胸腺进人外周免疫器官 或外周血。 (二)胸腺中T细胞的选择 T细胞在胸腺内由双阳性T细胞分化为单阳性T细胞，才能最终分化为成熟的具有免 疫功能的T细胞。其中DC及其表达的MHCI类Ⅱ类分子起重要作用 1.阳性选择：双阳性T细胞(CD4·CD8+)在胸腺皮质、髓质交界处与胸腺基质细胞 (DC、M咂等)表面的MHCI类、Ⅱ类分子及其他因子相互作用，其TCR能识别NHCH类、H类 分子，并能与之结合（无论亲和力高或低）的T细跑克隆均被选择，进一步分化为单阳性T细 胞，此即阳性选择。阳性选择时，双阳性T细胞如与MHCI类分子作用，其CD4分子的表达 下调，直至完全抑制，而CD8分子表达上调，最终分化为CD8·T细胞：如与MHCⅡ类分子作 用，则CD8分子的表达下调，直至完全抑制，而CD4分子的表达上调，最终分化为CD4+T细 胞；而那些不能识别、结合MHCI类分子或Ⅱ类分子的T细胞则发生细胞调亡而被克隆清 除（图2-2） 阳性选择的生物学意义在于：赋予成熟的T细胞具有识别、结合MHC的能力，使T细 胞在识别抗原时显示MHC约束性(MHC retriction)。这是成熟T细胞的一个重要生物学特 性。T细胞识别M配分子递呈抗原肽的机制将在第八章中介绍。 2.阴性选择：经过阳性选择的CD4*T细胞或CD8+T细胞，既包括识别异己抗原的特 异克隆，也包括自身反应性克隆，前者系介导特异性免疫应答和维持机体免疫功能及生理平 衡所必需，后者则对机体有害。故经阳性选择的T细胞必须在胸腺中经历再次选择。凡是 能以其TCR识别胸腺基质细胞表面MHC分子或MHC分子-自身抗原肽并显示高亲和力的 T细胞克隆，可发生细胞凋亡面导致克隆清除（图2-2），只有那些与MHC分子呈现低或中 等亲和力，及那些不能识别自身抗原肽的T细胞克隆才能被留下，进一步分化为成熟的T细 胞，此即阴性选择。 阴性选择的生物学意义在于：清除了自身反应性T细胞克隆。这是成熟T细胞的又 重要生物学特性，称中枢耐多，是机体免疫系统不至于和自身组织和自身抗原起反应的一个 保护性机制
第二章免疫细胞 27 二T细胞抗原受体和T细胞抗原受体基因 T细胞表达T细胞抗原受体(Tcell receptor,TCR),以此识别抗原和介导免疫应答。TCR 的抗原识别特异性显示在细胞克隆水即同一克隆T细胞具有结构相同的TCR分子，识 别同一类抗原或同一类T细胞表位。TCR在同一个体内则组成多样性极为丰富的TCR谱 或受体语(repertoire),赋予个体对环境中数量众多、易于突变的病原体（抗原）进行识别和应 答的巨大潜力。 TCR分子分成两类，一类称TC,由Y、8两条肽链组成，在T细胞分化成熟中首先表 达。外周血中约5%~10%的T细胞表达TCR1:另一TC巴，由a3两条肽链组成，表达 稍晚。外周血中90%~95%的T细胞表达TCR2。 CD3是成熟T细胞又一特征性表面标志，和TCR共同表达在T细胞表面，形成TCR-CD3 复合体。本节以TC2为例讨论TCR分子及TCR基因： (一)T细胞抗原受体 1.TCR分子：TCR为异二聚体，由a链45000~60000(45~60kD)、B链40000-50000 (40~50kD)组成，每条链可分为可变区(Va、VB)、恒定区(Ca、C邱)、跨膜区和胞质区，其特点 为胞质区特别短，氨基酸残基数分别为5个(a链)和4个(B链)（图2-3）。在a链和B链的 跨膜区中分别含有2个(Lys,Ag)和一个(Ls)带正电荷的氨基酸，可与CD3分子的跨膜区 中带负电荷的氨基酸(y链的Gu或8、e链的Asp)非共价结合稳定TCR-CD3复合体。 外 粉限 质区 图2-3TCR-CD3结构 CD3分子胞质区的长形方框代表免疫受体酪氨酸激活基序(TAM),为信号转导所必需 TCR属免疫球蛋白超家族，和免疫球蛋白一样其抗原特异性存在于V区。V区的氨基 酸序列分析表明，Va、V3各有3个高变区，也称互补决定区(CDRs),即CDR1、CDR2和CDR3 以CDR3变异最大，直接决定了TCR的抗原结合特异性。TCR在识别MHC抗原肽复合体 时，CDR1和CDR2识别MHC分子抗原结合槽中由a螺旋组成的侧壁，而CDR3则直接与拉 原肽发生相互作用。最近有学者报道，CDRI、CDR2亦参与对抗原肽的识别。此外，TCR VB 链上还存在CDR4结构，是TCR识别超抗原的部位
28 免疫学原理 2.CD3分子：CD3分子系异六聚体，由作、和（少数为5）6条肽链组成。每条肽 链可分为膜外区、跨膜区和胞质区3部分（图2-3）。CD3分子的跨膜区带有负电荷，便于和 TCR的跨膜区（带正电荷）非共价结合、形成TCR-CD3复合体。CD3分子的结构特点为胞质 区特别长，尤其是：和n链的氨基酸残基数分别为113个和155个。CD3分子的每条肽链均 含有I~3保守的共同序列一免疫受体酪氦酸激活基序(immuoreceptor tyrsine-based activa- tion motif,TAM)(图2-3)，为转导抗原刺激值号所必需，尤其是K链分子TAM的磷酸化对T 细胞的活化尤为重要（参见第八章）。 少数T细胞（约10%）其CD3分子由作、和切六条肽链组成。5和n链为同一基因的 两种不同拼接形式；5链由第1~8个外显子编码；7链缺失第8外显子，由第1~7个外显子 和第9个外显子编码；两者在氨基酸水平的差异主要存在于胞质区，)链比5链多42个氨基 酸残基，而且)链只有2个TAM(参见图6-1)。 可以把TCR-CD3看作为抗原受体复合系统，其中TCR为识别和结合抗原的亚单位；CD3 为信号转导亚单位，能将TCR接受的抗原刺激信号通过6条肽链的胞质区经T①转导至 细胞内，使T细胞活化 (二)TCR基因 TCRa链和B链的基因及8链和Y链的基因分别位于人的第14对和第7对染色体（表 2-1)同免疫球蛋白一样，TCR各条肽链的合成(TCR基因的表达)也遵循“二个基因一条肽 链”的规则，即每条肽链均由可变区(V区)基因和恒定区(C区)基因编码；V区基因须经过 基因重排，才具有转录、表达功能。每个T细胞均有TCR的α链、3链、8链和Y链基因，在分 化成熟过程，6链和Y链的基因首先重排和表达，a链、B基因表达稍晚。一旦6链、Y链基 因重排成功并开始表达；此时，α链、3链基因重排就被抑制。故对于每一特定的T细胞，或 表达TCR1(6链Y链)或表达TCR2(a链，B链)。本节主要讨论TCR的a链、3链基因。 1.胚系基因：未分化成熟的前T细胞中，TCR基因作为胚系基因(gemmline gene)存在。 此时，TCR基因由多个分隔的基因片段组成，其中Va基因由y片段和J片段(joining seg- ments)组成：Vp基因由y片段、D片段(dive西ysgnt)和J片段组成：无论是V片段还是D 片段或J片段本身又包括若干小片段（表2-1、图2-4）。胚系基因处于分隔状态，无转录活 性，需经基因重排，才具有转录、表达功能。 2.基因重排：卷因重排(ene rearrangement)又称.DNA.重排或体细胞重组(somatic re- combination),指T细胞在分化成熟过程中，V区基因由分隔的、无转录活性的基因片段在特 异性重组酶的作用下连接成一个完整的、有转录功能的活性基因的过程（图25），重排 表2-1人TCR基因家族 某因片段数 基因 染色体 D c g链 14 50 70 14 3 3 3链 7 13 2 Y链 14 *8链基因位于Va和之间
第二章免疫细胞 29 L1 VA Ln Von Del J81 C61 D82 182 毯-1一题上骨一☐—团-口- 人类TC保日，8链林因(14号染色休) 4n=-501 LI Va Ln Van 5-醫一人皇一隧 -IIF-了口O0-十g LI VoI L2 V82 L3 Yh3 D6123J8121 C&L4 VA4 1籁一1一题一一 -小-1-—□一-藏 人资T8:链基闲(7号染色体) L1V,1 5-一藏水-一骏 图2-4人类TCR基因（胚系基因）结构 注：L前导序列：mh增强子；沉默子 0 胚系DM 5 了D-楼（重) VD连接（重排） 重样的NM 5 初始RNA转录体 新生肚能 ↓加上，贴禁化 TCRB链 酸■口 图2-5 TCR VB徒基因重排
30 免疫学原理 时，VB基因先进行DJ连接（某一D片段与某一J片段相连），再进行V、D连接（相连的DJ 片段与某一V片段相连)形成VD片段。由此产生一个有转录活性的VB基因(VD基因). 后者再与C区基因相连，形成一个完整的B链功能基因（图2-5）。邺基因的成功重排，可 诱导Va基因的重排。Va基因无D片段，直接进行V、J连接（某一V片段和某一J片段相 连)形成V叮片段。重排后有转录话性的Va基因（Ⅵ基因）再与C区基因相连，形成一个完 整的a链功能基因。 一旦完成基因重排，TCR基因即开始转录和表达，T细胞继续分化成熟。如果TCR基因 不能成功地进行重排，即无法表达TCR(就T细胞本身而言，不能表达TCR就意味着不能识 别抗原，无免疫功能)，该细胞就不能进一步分化成熟，可发生细胞凋亡而被清除。 TCR的V区基因重排只发生在T细胞分化的早期，因为特异性重组酶的活性只出现在 早期，其活性具有严格的时限性和组织细胞特异性。故T细胞在分化成熟过程中只能进行 一次有效的基因重排，保证了一个T细胞克隆只能表达一种特异性TCR,只显示一种抗原识 别特异性。 3.等位排斥：同免疫球蛋白基因一样（见第三章），TCR的VB、Va基因重排过程中也存 在着等位排斥(allelic exclusion)现象。一条染色体上的TCR基因重排时，可抑制另一条染色 体上的TCR基因重排。只有当第一条染色体上的TCR基因重排出错即无法有效重排时，第 二条染色体上的基因方可进行重排。等位排斥的生物学意义在于保证了一个T细胞克隆只 能产生一种功能性的TCR基因，表达一种特异性TCR。如两条染色体上的TCR基因均不能 有效重排，该T细胞就发生凋亡。 4.TCR多样性和CDR3:TCR基因的重排为一随机过程，不同T细胞经过基因重排，可 表达不同特异性的TCR,在克隆水平显示各自的特异性，在个体水平则呈现丰富的多样性 (diversity)。TCR的多样性由a链和3链的V区决定，Va和B各有3个CDR,但只有CDR3 直接和抗原相互作用，故TCR的多样性主要由CDR3决定。从基因水平分析，CDR1、CDR2 仅由V基因片段编码，而V3的CDR3由V-D-J3个基因片段编码，Va的CD则由VJ两个 基因片段编码（表2-2）。多个基因片段编码增加了CDR3的变异，加之重排过程中的N区 核苷酸插入和连接机动性也集中在CDR3区，这些都丰富了CDR3的多样性。 表2-2TCR多样性和CDR3 变异米源 CDRI CDR2 CDR3 案码的基因片段 V-J.V-D-J 连接机动性 N区核苷酸插入 5.TCR多样性的产生机制：TCR多样性（个体水平）最终可达到105~108，形成容量 庞大的TC谱，赋予个体几乎是无限的抗原识别和应答能力，保证个体在多变环境中能和 外来抗原（病原体）发生有效的免疫应答。下面简述TCR多样性的产生机制。 (1)多个胚系基因片段的参与：TCR的胚系基因由多个分隔的基因片段组成（表2 3),它们的随机组合为多样性的产生提供了遗传学基础。 (2)V叮和VDJ连接（重排）多样性：基因重排系一随机过程，不同的T细胞克隆经基因 重排、发生不同基因片段的连接，产生特定的V(VDJ)基因和Va()基因，表达特异性的