适应性免疫系统抗原受体祖先基因的发现与研究

由B 细胞介导的体液免疫和T 细胞介导的细胞免疫为动物抵抗病毒和细菌等病原微生物的感染提供了重要的适应性免疫防线。同时，适应性免疫又是动物疫苗研制的原理所在。依赖RAG 重组酶的适应性免疫系统为有颌类脊椎动物所独有，其起源可追溯至大约5 亿年前：转座子侵入非重排型免疫球蛋白超家族(Immunoglobulin superfamily，IgSF)基因，经过基因组复制和演化，形成了今天的B 细胞受体 BCR (B cell receptor)和 T 细胞受体(TCR)基因座。目前关于BCR/TCR 祖先基因的了解较少，而寻找新的祖先基因不仅能够拓宽关于免疫相关基因家族的认识，还能根据其响应免疫刺激的分子机制为动物疫病防治提供新的思路。

近期发表于 《 Journal of Immunology》的一项研究报道了一个广泛存在于有颌类脊椎动物类群中的非重排型IgSF 基因家族，指出该家族可能是适应性免疫系统抗原受体的祖先基因，并将之命名为PRARP 基因家族。文章通信作者为中国农业大学生物学院的赵要风教授。PRARP1 和 PRARP2 最初分别以单拷贝的形式被发现于鸡的25 号染色体中。两个基因转录方向相反，间隔只有 1.9 kb。编码PRARP 可变区的第2 外显子均为VJ 胚系重组型，即V、J 基因片段在基因组中已是融合状态，这与经典BCR/TCR 可变区各基因片段分散地排列在基因组中截然不同。对PRARP 可变区进行结构同源建模显示，其与 TCR 可变区有着相同的“ 5+4”β股结构。通过对PRARP 所编码蛋白进行结构分析显示，PRARP 包含一段疏水性较强的跨膜区，胞质区含有免疫受体酪氨酸抑制基序(ITIM)或免疫受体酪氨酸转换基序(ITSM)，表明其很有可能执行免疫调节功能。对来自 8 个品种的 80 只鸡的 PRARPPCR 扩增并测序分析, 显示有两个基因的IgV 序列较为保守, 基因多态性低。利用荧光定量PCR 和流式细胞分选技术显示PRARP 在B 细胞和T 细胞中均有表达，兼具 BCR 和 TCR 的表达特点。利用病原体相关分子模式和灭活的细菌/ 病毒疫苗分别进行体内和体外攻毒试验，显示PRARP 对于外来抗原物质的刺激均能够发生免疫响应。

为了进一步探究PRARP 的蛋白组织形式，作者利用DT40 细胞构建了三种过表达细胞系，并通过免疫沉淀(IP)、western blot 以及免疫荧光实验证明了PRARP 可以以单体、同源二聚体和异源二聚体的形式表达于细胞膜中。Co-IP 试验进一步证明了PRARP 的胞内抑制基序均能够与抑制性蛋白磷酸酶SHP-1 和 SHP-2 互作。

对PRARP 基因在包括硬骨鱼、两栖类、爬行类等脊椎动物中的详细研究显示该基因经历了“ Birth-and-Death”的进化模式，至哺乳类动物中完全消失。有趣的是，在另一重要经济禽类北京鸭中，PRARP 呈9 个拷贝存在。鸭是禽流感病毒的天然宿主，携毒却不表现出症状。除了RIG-I 等天然免疫基因在抗病毒中起到了关键作用，与鸡相比，鸭中更多数目的适应性免疫基因或许也能够为我们了解其抗毒机制提供一些线索。

本研究发掘出适应性免疫抗原受体祖先基因家族PRARP。未来对于其潜在天然配体的筛选及生物学功能的阐明，将有助于我们对免疫调节受体平衡机体中免疫效应信号分子机制的认识，对动物疫病防治及疫苗开发提供重要的线索。