第9章B细胞

1第九章B淋巴细胞B淋巴细胞（Blymphocyte）简称B细胞，由哺乳动物骨髓或鸟类法氏囊中的淋巴样干细胞分化发育而来。成熟B细胞主要定居于外周淋巴器官的淋巴小结内。B细胞约占外周淋巴细胞总数的20%。B细胞表面的多种膜分子在B细胞的分化和功能执行中有重要作用。B细胞不仅能通过产生抗体发挥特异性体液免疫功能，也是重要的抗原提呈细胞。第一节B细胞的分化发育哺乳动物的B细胞是在中枢免疫器官——骨髓中发育成熟的。骨髓中髓质基质细胞表达的细胞因子和黏附分子是诱导B细胞发育的必要条件。B细胞在中枢免疫器官中的分化发育过程中发生的主要事件是功能性B细胞（抗原）受体（Bcellreceptor,BCR）的表达和自身免疫耐受的形成。（一）BCR的基因结构及其重排BCR是表达于B细胞表面的免疫球蛋白，即膜型免疫球蛋白(membraneimmunoglobulin,mIg)。B细胞通过BCR识别抗原，接受抗原刺激，启动体液免疫应答。编码BCR的基因在胚系阶段以分隔的、数量众多的基因片段（genesegment）的形式存在。在B细胞的分化发育过程中，这些基因片段发生重排（rearrangement）和组合，从而产生数量巨大、能识别特异性抗原的BCR。TCR和BCR的基因结构以及发生重排的机制十分相似，本节以BCR为例简述其基因结构和重排特征。1．BCR的胚系基因结构Ig轻链和重链基因位于不同的染色体上。人重链基因位于第14号染色体长臂，由编码可变区的V基因片段（variablegenesegment）、D基因片段（diversitygenesegment）和J基因片段（joininggenesegment）以及编码恒定区的C基因片段组成。人轻链基因分为κ基因和λ基因，分别定位于第2号染色体长臂和第22号染色体短臂。轻链V区基因只有V、J基因片段。轻重链每种基因片段是以多拷贝的形式存在，其中编码重链V区的VH、DH和JH的基因片段数分别为40、25和6个；编码κ轻链V区的V和J基因片段数分别为40和5个，编码轻链V区的V和J基因片段数分别为30和4个；重链C基因片段有9个，其排列顺序是5’CCC3C1C1C2C4CC23’（见图9-1）。2．BCR的基因重排及其机制Ig的胚系基因是以被分隔开的基因片段的形式成簇存在的，只有通过基因重排形成VDJ（重链）或VJ（轻链）连接后，再与C基因片段连接，图9-1人BCR重链和轻链的胚系基因结构示意图2才能编码完整的Ig多肽链，进一步加工、组装成有功能的BCR。IgV区基因的重排主要是通过重组酶（recombinase）的作用来实现的，其作用包括识别位于V（D）J基因片段两端的保守序列，切断、连接以及修复DNA等。重组酶包括：①重组激活酶基因（recombinationactivatinggene，RAG）编码重组激活酶，有RAG1和RAG2两种，形成RAG1/RAG2复合物，只表达于不成熟阶段的T细胞和B细胞，可特异性识别并切除V、（D）、J基因片段两侧称之为重组信号序列（recombinationsignalsequence，RSS）的保守序列；②末端脱氧核苷酸转移酶（terminaldeoxynucleotidyltransferase，TdT）可将数个核苷酸（称之为N－核苷酸）通过一种非模板编码（non-templateencoded）的方式插入到V、D、J基因重排过程中出现的DNA的断端；③其他如DNA外切酶、DNA合成酶等。通过重组酶的作用，可以从众多的V（D）J基因片段中将1个V片段，1个D片段（轻链无D片段）和1个J片段重排在一起，形成V（D）J连接（图9-2），最终表达为有功能的BCR。Ig胚系基因重排的发生具有明显的程序化，首先是重链发生基因重排，随后是轻链重排。经过Ig胚系基因的重排，B细胞的DNA序列与其他体细胞有很大不同，这是存在于B细胞和T细胞中非常独特的生物学现象。3．等位基因排斥（allelicexclusion）和同种型排斥（isotypeexclusion）一个B细胞克隆只表达一种BCR，只分泌一种抗体。对于遗传上是杂合子的个体来说，保证B细胞克隆单一的特异性以及只表达一种Ig型的轻链，主要是通过等位基因排斥和同种型排斥的机制来实现的。等位基因排斥是指B细胞中位于一对染色体上的轻链或重链基因，其中只有一条染色体上的基因得到表达，先重排成功的基因抑制了同源染色体上另一等位基因的重排。同种型排斥是指轻链和轻链之间的排斥，轻链基因的表达成功即抑制轻链基因的表达。（二）抗原识别受体多样性产生的机制免疫系统中T细胞库和B细胞库分别包含了所有特异性不同的T细胞克隆和B细胞克隆，但在胚胎发育过程中，它们都来自于同一个祖细胞。淋巴细胞发育过程中造成抗原识别受体的多样性产生的机制主要包括组合多样性（combinationaldiversity）、连接多样性（junctionaldiversity）和体细胞高频突变（somatichypermutation）。1．组合造成的多样性抗原识别受体的胚系基因以众多的V、D、J片段成簇存在，当发生V、（D）、J基因片段重排时，只能分别取用众多V、（D）、J基因片段中的1个，因而可产生众多V区基因片段组合。在人类Ig基因的重排中，以VH为例，其排列组合的种类可达40（VH）25（VD）6（VJ）=6000之多。以此类推，V和V的V、J基因片段的组合种类分别达200种和120种。理论上IgV区基因片段的组合加上轻重链组合后的多样性图9-2重链可变区基因重排示意图3约为1.9106。2．连接造成的多样性Ig各基因片段之间的连接往往并不准确，有插入、替换或缺失核苷酸的情况发生，从而产生新的序列，称为连接多样性。在IgV区基因重排过程中，V、（D）、J基因片段的连接处可以丢失或加入数个核苷酸。如末端脱氧核苷酸转移酶（TdT）能将N-核苷酸加到V、D、J基因片段重排中出现的DNA断端，从而显著增加了BCR和Ig的多样性。3．体细胞高频突变造成的多样性体细胞高频突变造成的多样性是在已成熟B细胞即已完成V基因重排的基础上发生的，而且发生在抗原刺激后外周淋巴器官生发中心的B细胞。体细胞高频突变的主要方式是点突变，常发生在V区的CDR区，不仅能增加抗体的多样性，而且可导致抗体的亲和力成熟。（三）B细胞在中枢免疫器官中的分化发育B细胞在骨髓中的发育经历了祖B细胞（proBcell）、前B细胞（preBcell）、未成熟B细胞（immatureBcell）和成熟B细胞（matureBcell）等几个阶段。1．祖B细胞早期祖B细胞(earlyproBcell)其重链可变区基因D-J开始重排，晚期祖B细胞(lateproBcell)的V-D-J基因发生重排，但此时没有mIgM的表达。祖B细胞开始表达IgIg异源二聚体，是B细胞的重要标记。IgIg是BCR复合物的组成部分，主要介导抗原刺激后的信号传递。2．前B细胞前B细胞经历大前B细胞（largepreBcell）和小前B细胞（smallpreBcell）两个阶段。大前B细胞可合成完整μ链，表达preB受体。preB受体由链和替代轻链（surrogatelightchain）所组成。替代轻链由5和VpreB两种蛋白组成，在结构上与κ和λ轻链同源，但缺乏多样性（图9-3）。preB受体可抑制另一条重链基因的重排（等位基因排斥），促进B细胞的增殖和进一步发育。小前B细胞的轻链基因发生V-J重排，但依然不能表达功能性BCR。3．未成熟B细胞未成熟B细胞可以表达完整mIgM，此时未成熟B细胞如受抗原刺激，非但不能活化、增殖，反而引起未成熟B细胞发生凋亡而导致克隆清除，形成自身免疫耐受。4．成熟B细胞成熟B细胞又称初始B细胞（naiveBcell）。B细胞C和C基因片段有一个共同的mRNA前体，通过差异剪接（differentialsplicing）分别形成mRNA和mRNA。成熟B细胞表面可同时表达mIgM和mIgD，其可变区完全相同。成熟B细胞离开骨髓，定居在外周淋巴器官，介导特异性体液免疫应答。B细胞在骨髓的分化发育过程不受抗原影响，称为B细胞分化的非抗原依赖期。B细胞在骨髓微环境诱导下发育为初始B细胞，离开骨髓，到达外周免疫器官的非胸腺依赖区定图9-3pre-BCR与BCR结构示意图4居，在那里接受特异性抗原的刺激而活化、增殖，进一步分化成熟为浆细胞和记忆性B细胞（图9-4），此过程为B细胞分化的抗原依赖期（详见第十三章）。（四）B细胞中枢免疫耐受的形成前B细胞在骨髓中发育至未成熟B细胞后，其表面仅表达完整的mIgM。此时的mIgM若与骨髓中的自身抗原结合，不仅不能活化B细胞，还会导致该细胞的凋亡，形成克隆清除（clonedeletion）。一些识别自身抗原的未成熟B细胞可以通过受体编辑（receptorediting）改变其BCR特异性。在受体编辑过程中，mIgM对自身抗原的识别将导致RAG基因重新活化，发生轻链VJ的再次重排，合成新的轻链，替代自身反应性轻链，从而得以进一步发育。若受体编辑不成功，则该细胞发生凋亡。未成熟B细胞与自身抗原的结合在某些情况下可引起mIgM表达的下调，这类细胞虽然可以进入外周淋巴器官，但对抗原刺激不产生应答，称为无能（anergy）。在骨髓中发育的未成熟B细胞通过上述的克隆清除、受体编辑和失能等机制形成了对自身抗原的中枢免疫耐受，成熟的B细胞到达外周淋巴组织后仅被外来抗原激活，发挥B细胞的适应性免疫应答。第二节B淋巴细胞的表面分子及其作用B细胞表面有众多的膜分子，它们在B细胞识别抗原，B细胞的活化、增殖，以及抗体产生等过程中发挥着作用。（一）B细胞抗原受体复合物B细胞表面最主要的分子是B细胞（抗原）受体（Bcellreceptor,BCR）复合物。BCR复合物由识别和结合抗原的mIg和传递抗原刺激信号的Igα/Igβ（CD79a/CD79b）异源二聚体组成（图9-4）。1．mIgmIg是B细胞的特征性表面标志。mIg以单体形式存在，能结合特异性抗原，但由于其胞质区很短，不能直接将抗原刺激的信号传递到B细胞内，需要其他分子的辅助来完成BCR结合抗原后信号的传递。在抗原刺激下，B细胞最终分化为浆细胞，浆细胞不表达mIg。2．Igα/IgβIgα和Igβ均是免疫球蛋白超家族的成员，有胞膜外区、跨膜区和相对较长的胞质区。Igα和Igβ在胞膜外区的近胞膜处藉二硫键相连，构成二聚体。Igα/Igβ和mIg的跨膜区均有极性氨基酸，藉静电吸引而组成稳定的BCR复合物。Igα/Igβ胞质区含有免疫受体酪氨酸活化模体（immnoreceptortyrosine-basedactivationmotif，ITAM），通过募集下游信号分子，转导特异性抗原与BCR结合所产生的信号（详见第十三章）。图9-5BCR复合物结构模式图图9-4B细胞的发育阶段5（二）B细胞共受体B细胞共受体（coreceptor）能加强B细胞活化信号的转导。B细胞表面的CD19与CD21及CD81（TAPA-1）非共价相联，形成B细胞特异的多分子活化共受体,能提高B细胞对抗原刺激的敏感性（详见第十三章）。CD19/CD21/CD81复合体中，CD19胞质区可传递活化信号。CD21即CR2，可结合C3d，C3d是补体C3活化后的片段。CD19/CD21/CD81共受体通过CD21与C3d结合，发挥B细胞共受体的作用。此外，CD21也是B细胞上的EB病毒受体，与EB病毒选择性感染B细胞有关。（三）协同刺激分子抗原与B细胞的BCR结合,所产生的信号经由CD79a/CD79b转导至细胞内，此即为B细胞活化的第一信号，但仅有第一信号不足以使B细胞活化,还需要第二信号。第二信号主要由Th细胞和B细胞表面的协同刺激分子间的相互作用产生。1．CD40CD40属肿瘤坏死因子受体超家族（TNFRSF），组成性地表达于成熟B细胞。CD40的配体（CD4