浅谈BCR及TCR基因的克隆重排

最近纠结于许多临床医生和病理医生关于BCR和TCR基因重排检测的一些疑问,比如:某多发性骨髓瘤患者检测到IGH-V区的单克隆重排,该结果是否与他血清免疫固定电泳结果是IgA型相符?某发热查因淋巴结肿大的患者TCR克隆性评估检测到单克隆,是否一定提示T系的恶性肿瘤?……

苦思无果的某人,翻出已经压箱底尘封多年的《医学免疫学》,找到了些许答案,在此分享给大家,若有偏差,欢迎指正。

主要介绍一下BCR,因为TCR的情况和BCR相似。

B细胞抗原受体(BCR)是一种长在B淋巴细胞表面的免疫球蛋白分子(IG),这个IG分子的二维结构长得像一个树杈,如下图。它包含了两条重链(H)和两条轻链(L)。重链包含了一个可变区(VH)和3个恒定区(CH1/CH2/CH3),轻链则包含了一个可变区(VL)和一个恒定区(CL)。我们都知道,免疫球蛋白有IgA、IgG、IgM、IgD、IgE五种,各自可以搭配κ或λ两种轻链。免疫学的书上说,IG的恒定区决定了它的免疫原性,即重链的恒定区决定了它是5种球蛋白中的哪一种,轻链的恒定区则决定了搭配重链的是两种轻链中的哪一种;而IG的可变区则决定了它的特异性(克隆性),即决定了它和什么样的抗原结合。

IG的蛋白二维结构

在可变区里面,还有变化相对小的4个骨架区(FR1/FR2/FR3/FR4),变化相对大的3个互补决定区(CDR1/CDR2/CDR3),其中变化最大的是CDR3区。

可变区根据编码该区域的基因片段,重链还可以分为V-D-J区,轻链分为V-J区,那么它们跟FR和CDR区是什么关系呢?好奇的某人又研究了一下,发现V、D、J三个区的重叠部分在CDR3区,于是恍然大悟——所以CDR3区是变化最大的。请各位同样好奇的看官看下图自行脑补。

IGH的CDR3区

一直在说变化,那这种变化从何而来呢?从基因重排来。

了解基因重排之前,我们先来了解一下B细胞发育的过程,看下图说话。由图可以看到B细胞从干细胞发育成成熟的B细胞之前,是要经历重链的VDJ基因重排和轻链的VJ基因重排的;成熟的B细胞,迁移到外周淋巴器官之后,在外界抗原的刺激下,则可能发生体细胞高频突变(SHM)。基因重排和体细胞高频突变,一个发生在B细胞成熟前,一个发生在B细胞成熟后。

B淋巴细胞的成熟过程

那么什么是基因重排呢?首先我们要知道,编码免疫球蛋白IG三种链(IgH,Igκ,Igλ)的基因,并不在同一条染色体上,编码重链的基因位于14号染色体长臂,编码轻链κ的基因位于2号染色体短臂,编码轻链λ的基因位于22号染色体长臂,是不是有一种小伙伴们都散落各地的感觉?

举IGH的例子,编码IGH可变区的胚系基因分为V、D、J三种基因片段,其中V基因片段有44个,D基因片段有27个,J基因片段有6个,在基因重排发生时,B细胞(生理或病理状态下)分别从V、D、J基因片段中各挑1个,组成V-D-J耦合基因。计算一下这样排列组合的方式有几种?44*27*6大约有6000多种,加上轻链的话,排列组合的方式更多,计算如下表。这就组成了IG和TCR的多样性。

IG和TCR的多样性

需要注意的是,当B细胞完成一条染色体的基因重排时,它会很聪明地抑制另一条同源染色体的基因重排,即同源排斥,所以一个B细胞克隆只会出现一种V-D-J基因重排,只会分泌一种抗体。

前面絮絮叨叨铺垫这么多,其实是想告诉大家,B细胞克隆性评估研究的对象是什么。B细胞克隆性评估,评估的就是IG的重链、轻链的可变区(V-D-J或V-J重排)。方法学上,目前的金标准是先进行PCR扩增可变区的基因片段,再进行毛细管电泳,通过电泳得到的克隆峰图,评估是单克隆还是多克隆。

前面提到,决定IGH的免疫原性(五种免疫球蛋白中的哪一类?)的是恒定区,而我们的克隆性评估检测的是可变区。所以,文章开头提到的第一个问题就迎刃而解了,MM患者做B细胞克隆性评估,不管单克隆位于V、D、J三个区中的哪一个或哪几个,都无法和免疫固定电泳的结果形成对应关系。

正常人的机体时刻在应对各种各样内源性或外源性的抗原,所以不管是BCR还是TCR都应该是多克隆的,单克隆往往提示病理状态。那么问题来了,什么样的病理状态可以导致BCR或TCR基因的单克隆重排呢?BCR基因检测到单克隆重排往往提示B淋巴细胞系的肿瘤如CLL、MM、B细胞淋巴瘤、B-ALL等。TCR基因的单克隆重排往往提示T淋巴细胞系的肿瘤如T-ALL、T细胞淋巴瘤等。EBV病毒感染也能导致TCR基因的单克隆重排,有一部分的自身免疫系统疾病也能出现BCR/TCR基因的单克隆重排。所以文章开头的第二个问题也得到了解答。

还有一些临床问题,比如B细胞淋巴瘤的患者做骨髓的B细胞克隆性评估同时检测到IGH和IGK的单克隆重排是正常的吗?B细胞淋巴瘤的患者做B细胞和T细胞克隆性评估为什么有时能同时做出来IGH单克隆和TCR单克隆?

以上问题留作大家探索和思考,欢迎留言探讨!

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