B细胞免疫应答及免疫记忆 | 免疫学专题

B细胞和抗原应答

T细胞非依赖的抗原

与T细胞不同（T细胞需要其他细胞呈递抗原），B细胞只要抗原能够交联BCR，就可以直接对抗原作出反应。这些抗原，特别是那些天生不能被T细胞(如DNA或多糖)识别的抗原，可以诱导B细胞反应，而不依赖于T细胞的帮助。

根据细胞因子环境的不同，B细胞甚至可以进行类别转换。仅由抗原激活的B细胞不参与生发中心(GC)反应。

T细胞依赖的抗原

活化B细胞在细胞表面同时表达MHCⅠ类和II类分子，因此，它们可以向CD4Th和CD8T细胞毒性淋巴细胞呈递细胞内和胞外抗原。

当它们呈递的抗原肽，与它们自己产生的抗体结合的抗原肽相同时，它们作为抗原呈递细胞(APC)的作用得到增强。B细胞和T细胞对同一抗原的同源识别，使这些细胞能够相互激活。

T细胞活化B细胞，表达共刺激分子CD 80和CD 86。这些细胞表面分子是通过CD28激活T细胞，通过CD152(CTLA-4)使T细胞失活。

B细胞不表达IL-12，不诱导活化T细胞表达IFN-γ，但可辅助活化T细胞分化为产生IL-4、-5、-10和-13的滤泡Th细胞。IL-4可支持CD40诱导的记忆B细胞的扩增，CD40诱导的类别转换重组(CSR)，产生IgG4或IgE，IL-21将抗原激活的B细胞分化为高亲和力的浆细胞。

外周淋巴组织

B细胞通过既定的路径进入外周次级淋巴器官。每个器官都有优先的进入路径。例如，大多数淋巴细胞通过血液进入脾脏，而淋巴细胞则通过高内皮小静脉进入淋巴结和Peyer斑块。DC细胞、巨噬细胞和其他高度专业化的细胞将抗原从外周进入次级淋巴器官。在这些器官内，循环淋巴细胞侦测到可获取的抗原。

在个体发育过程中，初级和次级淋巴器官以有组织的方式建立起来。这种免疫结构的划分对于有效和可控的免疫反应是必不可少的。不同免疫区的建立涉及多种因素。其中肿瘤坏死因子超家族，如TNF-α、淋巴细胞毒素α(LTα)、LTβ及其受体TNFR1和LTβR起着重要的作用。趋化因子在次级淋巴器官的组织发育和免疫细胞的特异性定位中也起着重要的作用。

在次级淋巴器官中，T细胞和B细胞分别停留在不同的区域：T细胞区和B细胞滤泡。

B细胞嵌入到高度专业化的间质细胞网络中，即滤泡树突状细胞(FDC)，这群DC和经典DC不同，不加工抗原。

相反，FDCs具有丰富的补体受体和IgFc受体，其允许在B卵泡中以免疫复合物形式积累抗原。FDC抗原提呈对B细胞的维持、活化和分化至关重要。

脾脏

在脾脏的白髓中，T细胞的周围淋巴鞘(PALS)和相邻的B细胞滤泡是分开的。在人的脾脏中，区分为内部和外部MZ。后者被一个毛囊区包围，血管终末端，从而促进淋巴细胞的进入。毛细血管末端排列的巨噬细胞有助于控制抗原进入脾脏组织。

脾MZ提供了一个快速B细胞反应的家园。Mz的B细胞通过分化成抗原特异性浆细胞对包裹细菌的快速反应能力有助于控制这种感染。MZ需要一段时间才能发育，并且在婴儿中不存在。只有在2岁以后，它才能完全植入MZB细胞。在生理上缺乏这些B细胞的情况下，人们通常会发现对血液传播的感染反应不佳。

B-1细胞

除了MZ和常规的(B-2)亚群外，细胞表面分子IgD、CD5、CD11b/CD18、CD23和CD 45在小鼠体内的差异表达也使我们得以鉴定另外两种外周B细胞亚群，即B-1a和B-1b。传统的B细胞（B-2细胞）表达高水平的IgM和IgD，而“CD5”B细胞（B-1细胞）表达最小的表面IgD。B-1细胞几乎不表达CD45和CD23。它们都表达CD5mRNA，尽管有些在细胞表面（B-1a）显示CD5，而有些则不表达（B-1b）。

在胎儿生活中，B-1细胞似乎是从代表大部分B细胞的独特的祖细胞发展而来的。因此，在小鼠胎肝中，所有B细胞和胎儿脾脏中，40%-60%的B细胞是B1细胞.在发育后期，B-1细胞占脾IgM B细胞的10%以下，但在腹腔内大量存在。

天然抗体(NAbs)是由B1细胞产生的IgM抗体。它们总是在血清中发现，并且倾向于对细菌抗原和自身抗原具有特异性。一般来说，它们是多反应性的，但具有低亲和力。自我反应性似乎在组织稳态中起着重要作用。NAbs似乎也为许多感染性有机体提供了重要和即时的防御。

CD5在慢性淋巴细胞白血病(CLL)B细胞中的频繁存在及其产生多抗和自反应抗体的倾向，使许多人认为CLL是人类B-1细胞的同源白血病。当人们清楚地知道CD5并不是人类B-1细胞的明确标志时，就花费了大量的精力去寻找这个难以捉摸的子集。

Nabs存在于人血清中，但人类B-1亚群的定义仍存在争议.目前，CD 20、CD 27、CD 43、CD70−的B细胞似乎是最好的候选细胞。

生发中心

T细胞依赖性激活滤泡B细胞可诱导生发中心（GERMINAL CENTER，GC），GC是发生体液免疫反应亲和力成熟的微环境。

超突变与抗原选择的相互作用是亲和力成熟的基础。在生发中心，表达高亲和力抗体的B细胞被选择发展成为记忆和长寿命的浆细胞。

GCS仅在T细胞依赖性激活B细胞后才发生.它们的全部功能依赖于B细胞上表达的CD 40与活化T细胞上表达的CD40L(CD 154)之间的相互作用。存在CD40L突变的LOF患者血清IgM水平较高，并有反复感染(高IgM综合征)。

在最初的免疫反应中，复杂的GC结构大约需要一周的时间才能形成。在脾脏中，抗原特异性B细胞和T细胞活化几天后，在T细胞带和原代B细胞滤泡的边缘，观察到增殖的B细胞小团。

快速扩张的B细胞克隆似乎将天真的B细胞推向初级卵泡的边缘。幼稚的B细胞在新发育的GCs周围形成一个覆盖带，初级卵泡变为次级卵泡。随后，FDC网络中充满了增殖、抗原激活的B细胞。同时也观察到抗原激活的Tfh细胞的大量涌入。Tfh细胞表达趋化因子受体CXCR5，使其进入B细胞卵泡。在GC反应中，趋化因子CXCL13的表达吸引了抗原激活的B细胞和Tfh细胞。

在免疫后的第二周，GC成熟成一个典型的结构，包含一个暗区和一个光区。在GC发育的这一阶段，其增殖被限制在暗区。

在FDC的网络中，B细胞分化为浆细胞和记忆细胞。在完全发育的GC中，分裂细胞被称为中心母细胞，而FDC网络中的分化细胞被称为中心细胞。

在暗区，增殖的B细胞激活SHM的机制，这是一个高度特异的过程，目标是编码抗体分子抗原结合域的基因片段。突变将单个核苷酸改变引入Ig分子的重排可变基因。因此，在暗区内，表达对抗原具有各种亲和力的抗原受体的变异体的克隆由单个B细胞祖细胞产生。

偶然的是，这些突变中的几个会导致对抗原有更高亲和力的受体。表达这类受体的B细胞更倾向于激活和增殖，特别是在免疫应答后期，当抗原的可用性受到限制时更是如此。

FDC向B细胞呈递抗原，但只有具有高亲和力受体的人才能通过BCR将抗原内化。

处理内化抗原和向Tfh细胞呈递多肽是B细胞分化为记忆细胞和浆细胞的先决条件。

因此，只有少数具有高亲和力受体的B细胞才能得到足够的帮助。Tfh细胞提供的IL-21在这一分化阶段是至关重要的，由于它控制着GC B细胞的命运，因此它对免疫反应的亲和力成熟至关重要。

除产生抗体之外的B细胞功能

成熟B细胞不均一。在功能和发育上都有不同的亚群。在脾脏中，滤泡B细胞在适应性免疫反应中起着关键作用，而MZB细胞则是直接天然免疫反应和延迟适应反应的主要参与者。

B细胞在T细胞活化中起着重要的作用，类似于DC。B细胞可以内化抗原、处理它，以及将抗原肽递呈到T细胞受体(TCR)。

在癌症中，B细胞可以分泌肿瘤相关自身抗体和炎性细胞因子，改变T细胞抗原表达的模式。因此，它们可以调节T细胞和天然免疫对肿瘤的反应.

通过抗原-抗体复合物，B细胞有可能影响表达Fc受体的免疫细胞，包括粒细胞和NK细胞。在自身免疫性疾病和炎症反应中，B细胞具有免疫抑制功能。调节性B细胞(Bregs)似乎通过释放抑制性细胞因子(如IL-10、IL-35和肿瘤生长因子-β)发挥其活性。

体细胞高频突变和类别转换的分子机制

IGSHM和CSR是产生高亲和力、适应性体液免疫反应的重要机制。它们允许产生高亲和力的IgG、IgA和IgE抗体的效应浆细胞.

体细胞高频突变（SHM）

高频突变只发生在B细胞发育的一个狭窄的窗口，是在GC的微环境中诱导B细胞增殖的。以10^-3/碱基对/代，将单核苷酸交换逐步引入重排的V区及其3‘和5’侧翼序列中。

突变是随机引入的，尽管有一种对转换的偏好(cytidine → thymidine 或 adenosine → guanine)。对体细胞突变模式的分析揭示了互补决定区域的序列，形成抗原结合位点的环已被选择形成突变热点。

有效的高频突变需要V基因启动子和转录增强子序列。事实上，V基因启动子的位置决定了超突变区的开始，该区域跨越大约2000个核苷酸。任何导入V基因片段位点的异源序列都将成为高频突变机制的靶点。因此，SHM有时可以在淋巴瘤和白血病中发挥作用，在淋巴瘤和白血病中，癌基因与Ig启动子和促进剂有关。

类别转换重组(Class-Switch Recombination,CSR)

B细胞从未成熟状态过渡到成熟状态，离开骨髓后，即开始表达IgD和IgM。IgM和IgD抗体使用相同的VhDJh外显子和启动子。同一B细胞共表达IgM和IGD的分子基础是原代转录和剪接的差异终止。

虽然已经确定了控制Cμ和Cδ转录本的终止和剪接所需的序列，但所涉及的蛋白质中没有一个是已知的。IgD的作用尚不清楚，但有迹象表明，IgM和IgD在细胞表面形成不同类型的信号转导结构。在小鼠中，IgD的靶向灭活已经表明它对B细胞的激活和分化不是关键的。然而，IgD−/−B细胞亲和力的成熟能力略有下降。

与IgD不同，其他抗体类不能与IgM一起稳定表达。

针对特定B细胞类别转换重组的CH基因的选择，依赖于外部细胞因子信号。IFN-γ作用于IgG 2和IgG2a产生, IL -4作用于IgG4和IgE（在人), IgG1和IgE（小鼠）产生，TGF-β作用于IgA产生.

CSR和SHM都需要活化诱导胞苷脱氨酶（AID）

B细胞记忆

免疫系统的主要特征之一是对过去遇到的抗原的免疫记忆。在体液免疫反应中，有两层记忆，即长寿命的B记忆细胞和B效应细胞(即浆细胞)。这些长寿命细胞的产生依赖于T辅助细胞存在下B细胞的抗原活化，从而诱导生发中心。

记忆B细胞

虽然生物的长期保护是由记忆B细胞和血浆细胞共同提供的，但它们的贡献各不相同；有些个体主要受到记忆B细胞的保护，而另一些人则主要受到浆细胞的保护。在特殊情况下，如移植，这是非常重要的，因为在移植中，免疫系统的激活是应该避免的。例如，用利妥昔单抗(一种针对CD 20的单抗)治疗移植受者，会耗尽记忆B细胞，但对长寿命浆细胞没有影响。

延迟期1-2天后，原代B细胞反应开始于分泌低亲和力IgM抗体.其他Ig类的高亲和力抗体需要经过一段时间才能产生.相反，第二次与抗原的接触会促使记忆B细胞迅速发展成新的浆细胞，分泌高质量的抗体。

浆细胞

保护性体液记忆是由长寿命的浆细胞提供的。这些细胞在次级淋巴器官中产生，然后迁移到骨髓或受炎症影响的部位。在骨髓中，浆细胞在由底层网状基质细胞提供的高特异性的区域存活。

通过不断分泌抗体，长寿命的浆细胞为个体提供长期的体液保护.

参考文献

1. Joseph J. Sabatino Jr，B cells in autoimmune and neurodegenerative central nervous system diseases，Nature Reviews Neuroscience，2019

2. Harry W. Schroeder，B-Cell Development and Differentiation，Clinical immunology，Book • 5th Edition • 2019

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