細(xì)胞和分子免疫學(xué):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，長約數(shù)百個(gè)kb。TCRα基因沒有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，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)胞最常見到Vδ-Dδ2-Jδ的連接，人胚胎胸腺細(xì)胞最常見到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陽性樹突狀表皮細(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)育成熟過程中，TCm.zxtf.net.cn/jianyan/R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類似Ig重鏈類別轉(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′端推測有一個(gè)增強(qiáng)子。

TCRβ鏈基因的功能性重www.med126.com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)的等位基因座開始發(fā)生重排。如果兩條染色體上TCRα或β鏈基因重排都無效，則未成熟的T細(xì)胞死亡。

三、T細(xì)胞庫的多樣性

推測T細(xì)胞庫（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�，如小鼠中約50～100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。

（金伯泉)