第三节 T细胞受体基因

编码T细胞受体（T cell receptor,TCR)α、β、γ和δ链的基因定位于不同的染色体（表3-6）。人和小鼠δ基因都位于α基因的复合体中，均位于14号染色体；人TCRβ和γ链基因分别位于第7对染色体的长臂和短臂，小鼠β和γ链基因则分别位于第6和13号染色体。

表3-6　TCR多肽链基因定位

一、TCR基因的结构

TCR基因的结构和重排与Ig基因有许多相似之处。在胚系中，编码TCR多肽链的DNA是由几个分隔开的DNA片段组成，在胸腺细胞中重排后，形成编码一条完整多肽的基因。TCR多肽链可变区基因是由2～4个基因片段通过重排连接在一起。V基因片段编码信号序列和可变区氨基端95～100个氨基酸残基；J基因片段编码可变区羧基端13～23个氨基酸残基。TCRβ、δ链V区基因除V、J基因片段外，还有1～2个D基因片段，编码V与J之间数个氨基酸残基。TCR不同多肽链可变区基因的重排可有V-J、V-D-J或V-D-D-J等几种方式。TCR多肽链C基因片段通常由3～4个外显子所组成，位于J基因片段的下游。与IgC基因片段不同，TCrC基因片段是由数个外显子编码一个结构域，如β链的连接肽（connectingpeptide)是由3个分隔的外显子所编码。

（一）TCRα链基因

TCRα链基因与TCRβ链和Ig基因结构有很大差别。小鼠α链V基因约100个，至少可分为12个家族。人Vα大约在100个左右，长约数百个kb。TCRα基因没有Dα基因片段。人和小鼠α链基因都含有J基因片段（Jα），小鼠约有60个，相互间隔至少500bp。VαJα连接具有多样性。TCRα链基因只有1个Cα基因片段，含有4个外显子。在TCRα链基因座中有TCRδ链基因。TCRα链基因重组信号中长的间隔序列（23bp)3′端靠近Vα，短的间隔序列（12bp)的5′端靠近Jα，这种重组信号的排列方式类似Ig轻链V区的基因，允许Vα基因直接与Jα基因重排，而不需要V_D基因片段。

（二）TCRβ链基因

小鼠胚系中未重排的β链基因结构已经搞清，长约数百kb。Vβ基因数目约30个，大多数Vβ基因片段位于Cβ1的上游，至少有1个Vβ（Vβ14）在Cβ2基因3′下游10kb处，与转录的方向相反。人Vβ基因片段约有100个。小鼠和人都有2个Dβ基因片段，12～14bp长，分别位于Jβ1和Jβ2基因片段组上游约500～600bp处。小鼠和人都有2组（cluster)Jβ基因片段，称为Jβ1和Jβ2，与相应的Cβ1和Cβ2基因片段间隔2～3kb。小鼠Jβ1和Jβ2各含7个Jβ基因片段，其中6个有功能，Jβ基因片段相互间隔36～421bp。人Jβ1和Jβ2各含7个有功能的Jβ基因片段。人和鼠TCRβ基因都有2个基本相同的Cβ基因片段，各含4个外显子。Cβ1和Cβ2高度同源，2个Cβ基因片段的编码产物中只有4个氨基酸残基（小鼠）或5个氨基酸（人）不同。

TCRα和β链V基因编码区域包括了相当于Ig的CDR1和CDR2，主要是识别MHC分子和抗原的复合物。CDR3主要是由于V-D-J或V-D-D-J连接的多样性（junctionaldiversity)和广泛分布的N核苷酸插入（Nnucleotide insertion)所造成，其有高度的多样性，可识别众多种类的抗原。

图3-15　小鼠TCR基因的结构

（三）TCRγ链基因

Vγ基因片段数较少，在Balb/c小鼠Vγ基因片段有7个，分为5个家族，其中4个家族各只含1个Vγ，另一家族有3个Vγ。人Vγ有14个，其中8个是有功能的。人和小鼠TCRγ链基因均不含D基因片段。在小鼠，有4个Jγ基因片段，基中Jγ1、Jγ3和Jγ4分别位于3个Cγ基因片段的上游，Jγ3为假基因。在人类共有5个Jγ基因片段，可分为Jγ1和Jγ2两组，其中Jγ1的3个片段位于Cγ1上游，Jγ2的2个片段位于Cγ2基因片段的上游。不鼠有4个Cγ基因片段，其中Cγ3是假基因。人有2个Cγ基因片段，相距约10kb，其中1个Cγ有3个外显子，另一个Cγ含有4个或5个外显子。编码γ链连接肽部分的两个Cγ基因外显子组成存在着差异，有一个Cγ基因片段不编码半胱氨酸，因此造成了TCRγ链在分子量、N-连接糖基化的形式以及是否与TCRδ链之间形成二硫键有所不同。

图3-16　人TCR基因的结构

（四）TCRδ链基因

人和小鼠TCr δ链基因结构十分相似，均位于α链基因座内。在Balb/c小鼠，Vδ基因片段数约为8个。在小鼠δ链基因中有2个Dδ、2个Jδ和1个Cδ基因。在胸腺细胞分化过程中，δ链先于α链表达。Vα与Jα重排可导致δ基因复合物中D、J和C基因片段的缺失。在人δ链基因中有8个Vδ基因片段，2个Dδ、3个Jδ和1个Cδ。某些Vδ基因片段是与TCRα链Vα基因共用的。

TCRδ链基因连接信号的排列方式是：每个Vδ基因片段的3′端紧靠着“七聚体-长间隔序列-九聚体”（7-23-9）结构；Dδ基因片段5′端是“九聚体-短间隔序列-七聚体（9-12-7）结构，3′端是“7-23-9”结构；2个Jδ基因片段的5′端是“9-12-7”结构。这种TCRδ链基因重组信号排列的方式使得V、D、J链接可有以下几种不同方式：（1）V-D-J连接，在小鼠胚胎TCRγδ胸腺细胞最常见到Vδ-Dδ2-Jδ的连接，人胚胎胸腺细胞最常见到Vδ-Dδ3-Jδ；（2）V-J的直接连接；（3）大多数成年小鼠TCRγδ胸腺细胞以Vδ-Dδ1-Dδ2-Jδ连接，人妊娠后期胎儿TCRγδ胸腺细胞也存在着Vδ-Dδ1-Dδ2-Jδ的排列方式。Vδ基因位于Vα基因之中，同一个V基因片段可用作Vδ或Vα，如果V基因片段是用作Vδ，多发生V-D（-D）-J重排。

小鼠TCRγδ T细胞γ和δ链配对的，Vδ1几乎总是和Vγ5或Vγ6配对。小鼠TCRγδ阳性树突状表皮细胞（DEC）几乎都是Vγ5与Vδ1配对。在人Vδ2几乎总是与Vγ9配对。

图3-17　小鼠TCRβ基因重排顺序、转录和合成

二、TCR基因的重排

T细胞在胸腺中发育成熟过程中，TCR基因按照一定的顺序发生重排。TCR基因的重排顺序和表达与免疫球蛋白基因的重排和表达十分相似。在基因组中的识别序列包括了一个保守的七聚体和九聚体，七聚体与九聚体之间含有一个不保守的12碱基对或23碱基对间隔序列（spacer sequence)。

TCRβ链基因座的重排要先于α链。首先是一个Dβ片段与一个Jβ片段连接，然后D-J与一个Vβ片段相连，完成了VDJ基因的重组。TCRβ链初级的RNA转录本在重组的VDJ和C基因之间含有内含子。VDJ与Cβ1或Cβ2的重排是随机的，目前尚未发现Cβ类似Ig重链类别转换那样从一个Cβ基因转换到另一个Cβ基因上。在小鼠Cβ2基因的3′端推测有一个增强子。

TCRβ链基因的功能性重排和表达，诱导了TCRα基因的重排。α链基因的重排与β链相似，由于α链基因不存在D片段，故α链基因只有V-J的连接。小鼠Vα转录起始点的5′端有一个启动子，Cα基因的3′端也有一个增强子。此外，靠近α链增强子处有“静息顺序”（silencersequences），这些顺序可抑制非T细胞或者是TCRγδT细胞中α链的转录。由于α链只有一个Cα基因，因此一旦初始的转录本形成后，经过RNA加工只能产生一种完整的α链mRNA。

如同Ig基因的重排和表达，TCRα和β链基因的重排和表达也有等位基因排斥现象（al-lelicexclusion),如果在一条染色体上TCR基因的重排是有效的，那末就可以抑制另一条染色体相应等位基因座的重排。当一条染色体上α链或β链基因座的重排、转录或翻译无效时，则另一条染色体上相应α或β链相应的等位基因座开始发生重排。如果两条染色体上TCRα或β链基因重排都无效，则未成熟的T细胞死亡。

三、T细胞库的多样性

推测T细胞库（T cell repertoire)中多样性在10¹⁰以上，其多样性的原因与Ig相似，主要有以下几方面。

1.胚系中有众多的V、D和J基因片段　尽管TCRα和β基因中V基因片段数比Ig基因少，但J基因片段明显比Ig基因为多，如小鼠中约50～100个Jα和至少12个Jβ基因片段，而IgH和κ链基因座中J基因片段各只有4个。

2.连接处连接的多样性　与IgVDJ连接的多样性相似。

3.N区的插入　N区插入在Ig基因重排中只发生在重链基因，而TCRα和β链基因均可发生N区的插入。此外，在TCRα和β链基因中都发现一种称之为“易变性”（flexibility)的现象，如有一个以上Vα基因3′端可以连接到Jα片段。

4.TCRα与β链的随机配对　人TCRαβ库多样性可推算为：α链（Vα（100）×Jα（100））×β链（Vβ（100）×Dβ（2）×Jβ（14））=2.8×10⁷，这种多样性尚未包括N区插入所扩展的多样性。

（金伯泉）