免疫學材料分析原創題展示

李建芝 盧曉華

(北京師范大學附屬中學)

當今世界新知識不斷涌現,認知快速迭代,這就要求滿足未來社會需要的人才應具備更強的主動學習意識和快速學習能力。“材料分析題”就在這樣的背景下應運而生。該題型提供約800字的科普短文,重點考查考生快速獲取有效信息,并利用所學新知識解決問題的學習能力與學習潛質。

“材料分析題”是考查學科素養的積極嘗試。在北京生物學業水平等級性考試中,該題型首次出現在2020年。作為一種新穎的題型,學生普遍感到陌生,需要加強訓練。針對這一題型的備考,科學的做法是在新授課中,每學完一章后提供一篇有關的閱讀短文。

“免疫調節”內容多,涉及的機理復雜,有很多內容是與教材密切相關但是囿于時間、學生接受程度等原因,因而無法在課堂中展開的,這些內容是編制材料分析題的良好素材,應用得當既是對課堂教學的有益補充,又提高了材料分析題的解題能力。

學習“體液免疫”一節時,學生經常感到好奇:為什么機體可以產生那么多種類的抗體?為了能讓學生對此有所了解,同時又發展學生的閱讀理解、現場學習能力,筆者參照2010年發表于大理學院學報的《β淋巴細胞發育與BCR基因重排》一文,命制以下材料分析題。

學習以下資料,回答(1)～(5)題。

B細胞發育與BCR基因重排

B細胞抗原受體(BCR)是B細胞膜表面能特異性識別和結合抗原的結構,B細胞通過BCR介導免疫應答。

BCR與抗體本質上都是一種免疫球蛋白,抗體只是BCR的另外一種存在形式。免疫球蛋白(Ig)由兩條重鏈(H鏈)和兩條輕鏈(L鏈)組成(如圖1)。每條鏈都包括可變區(V區)和恒定區(C區)。C區的不同并不會影響Ig對抗原的識別;V區是抗原結合部位,決定了能夠識別的抗原種類。V區結構的多樣性組成了個體內能與約109種抗原結合的抗原受體庫。

圖1 免疫球蛋白結構示意圖

人的H鏈基因位于14號染色體上,由V、D、J、C四組基因組成;L鏈基因位于2號和22號染色體上,由V、J、C三組基因組成。這些數量眾多的基因片段被插入序列分隔,不能作為獨立單位表達,需經V(D)J基因重排連接在一起才具有轉錄功能。

BCR的多樣性是在B細胞發育過程中,由Ig基因重排而逐步產生的。以H鏈為例,當B細胞發育到一定階段,在特別的重組酶作用下,在IgH基因的V、D、J片段中各隨機選擇某些片段進行重排,一些不用的片段被剪切掉。L鏈的基因重排與H鏈類似。輕重鏈組合可達到約1.9×106種類型。無論是輕鏈還是重鏈基因,都只有同源染色體的一條染色體上的基因得到表達,原因是先重排成功的基因抑制另一等位基因的重排,而哪條染色體上的基因先重排成功是隨機的。

由于V(D)J基因的重排是隨機發生的,因而可能產生能與自身抗原應答的B細胞或無功能的B細胞。表達自身反應性BCR的未成熟B細胞可通過以下三種方式清除:克隆排除(B細胞凋亡)、克隆無能(B細胞不能被激活)、受體編輯(也稱第二次重排)。受體編輯的方式有多種,其中一種是上游的V片段可取代第一次重排的V片段(如圖2所示)。經受體編輯后的BCR不能再與原來的抗原反應,獲得了新的抗原特異性。具有非自身抗原特異性受體的B細胞將得以進一步成熟,并進入外周淋巴組織中,以行使其功能。

圖2 BCR基因重排示例

在基因重排過程中,Ig基因片段在進行連接的時候往往有插入、缺失、替換核苷酸的情況發生,這進一步增加了BCR的多樣性。

(1)哺乳動物B細胞發育成熟的場所為

( )

A.骨髓 B.胸腺

C.淋巴結 D.脾臟

(2)(不定項選擇)關于BCR的說法正確的是

( )

A.一種B細胞只表達一種BCR

B.某個B細胞產生的抗體所結合的抗原與該B細胞BCR結合的抗原相同

C.T細胞內沒有BCR的基因

D.BCR是一個分泌型的免疫球蛋白

E.B細胞識別抗原的特異性基于BCR的V區不同

(3)你認為B細胞發育過程中的BCR基因重排現象屬于表觀遺傳修飾嗎?為什么?

(4)B細胞受體編輯有何意義?

(5)試提出一個進一步研究的問題。

參考答案:(1)A (2)ABE (3)不屬于。表觀遺傳修飾是在基因的核苷酸序列不發生改變的情況下,基因發生甲基化修飾等變化,從而影響到基因表達。BCR基因重排導致不同的B細胞有不同的基因片段組合,即基因的堿基序列不同,所以不屬于。

(4)避免了自身免疫性疾病的發生。

(5)基因重排的具體機制是怎樣的?基因重排是如何啟動的?機體如何區分哪些B細胞要凋亡、哪些要進行受體編輯?受體編輯影響細胞發育的具體機制是什么?T細胞的抗原受體是否也有基因重排?除基因重排外,是否還有其他原因導致B細胞多樣性?如何由BCR基因轉變成抗體基因?能與自身抗原應答的B細胞主要通過哪一種方式清除?(合理即可)

命題思路分享:材料分析題“畫龍點睛”部分是問題設置。好的問題,一是忌脫離原文,即學生無需看材料,直接靠記住的知識就能答題,文章成了擺設;二是忌照搬照抄,即答案直接從文中找到即可。上述兩種情況問題設置都較膚淺,不能引發學生深層次的思考。

好的問題應該是與原文有密切聯系,但是問題的解決又不能僅靠原文,需要學生充分調動已有的知識,進行回憶、推理才能作答。另外,問題的難度要有梯度,問題形式要多樣,要有需要學生表述的問題。

本文問題1是基礎性問題。文章是講述B細胞發育中的事件,問題1與此有關,放在這并不突兀。

問題2主要考查學生獲取、理解信息的能力,答案的得出需要尋找原文關鍵信息,并且還要理解內化。A選項可從第一段“是B細胞膜表面能特異性識別和結合抗原的結構”、第二段最后一句“V區結構的多樣性組成了個體內能與約109種抗原結合的抗原受體庫”作出判斷。B選項從“抗體只是BCR的另外一種存在形式”看出提示。C選項涉及細胞分化的知識。D選項較易排除。

問題3具有一定的思維力度,將遺傳與免疫聯系起來。“表觀遺傳”是新教材必修2增加的內容,很多學生認識模糊。問題3將基因重排與表觀遺傳對比,學生需要看懂基因重排、回憶表觀遺傳、將兩者對比,才能正確作答。

科學創造始于提出問題。沒有問題的發現和提出就沒有創新?；诖?目前生物試題中常出現“提出進一步研究的問題”。問題5就是訓練學生提出問題的能力。提出的問題應該有進一步研究的價值和空間。文章中沒有闡明基因重排的機制,所以圍繞具體機制的問題均可,只要言之成理即可。