第13章体液免疫应答.doc

第十三章 B淋巴细胞介导的体液免疫应答外来抗原进入机体后诱导抗原特异性B细胞活化、增殖，并最终分化为浆细胞，产生特异性抗体，存在于体液中，发挥重要的免疫效应作用，此过程称为特异性体液免疫应答（humoral immune response）。B细胞识别的抗原包括T细胞依赖抗原（TD-Ag)和T细胞非依赖抗原（TI-Ag)，B细胞对TD抗原的应答需要Th细胞的辅助。第一节 B细胞对TD抗原的免疫应答一、B细胞对TD抗原的识别BCR是B细胞识别特异性抗原的受体。BCR识别抗原对B细胞的激活有两个相互关联的作用：BCR特异性结合抗原，产生B细胞活化的第一信号；B细胞内化与其BCR结合的抗原，并进行加工处理，形成抗原肽-MHC类分子复合物，提呈给抗原特异性Th细胞识别，而活化的Th细胞通过表达的CD40L与B细胞上CD40结合，又可提供B细胞活化的第二信号。BCR对抗原的识别与TCR识别抗原有所不同：BCR不仅能识别蛋白质抗原，还能识别多肽、核酸、多糖类、脂类和小分子化合物；BCR可特异性识别完整抗原的天然构象，或识别抗原降解所暴露的表位的空间构象；BCR识别的抗原无需经APC的加工和处理，也无MHC限制性。二、B细胞活化需要的信号与T细胞相似，B细胞活化也需要双信号，即特异性抗原传递的第一信号和协同刺激分子提供的第二信号。B细胞活化后的信号转导途径也与T细胞相似。（一）B细胞活化的第一信号1第一活化信号经由Ig/Ig传导入胞内 BCR与特异性抗原的表位结合，启动B细胞活化的第一信号，但由于BCR重链胞浆区短，自身不能传递信号，需由与mIg组成BCR复合物的Ig/Ig将信号转入B细胞内。BCR被多价抗原交联后，活化Blk、Fyn或Lyn等酪氨酸激酶后使Ig/Ig胞浆区的ITAM模体中的酪氨酸发生磷酸化，从而募集并活化Syk（类似于TCR信号转导中的ZAP-70），进而活化细胞内信号转导的级联反应，最后经PKC、MAPK及钙调蛋白三条途径激活转录因子（NF-B、AP-1和NFAT等），参与并调控B细胞激活、增殖相关基因的表达（图13-1）。图13-1 BCR复合体介导的胞内信号转导2B细胞活化中共受体的作用 在成熟B细胞表面，CD19与CD21、CD81以非共价键形式组成B细胞活化共受体复合物。CD21能识别结合于抗原的补体成分C3d，虽然CD21分子本身不能传导信号，但可通过共受体中的CD19向胞内传递信号。结合抗原的补体成分C3d与CD21的结合使CD19/CD21交联。CD19的胞浆区有多个保守的酪氨酸残基，能募集含有SH2结构域的信号分子，包括Lyn、Fyn、Vav、Grb2、PI-3激酶、PLC-和cAB1等。共受体中的CD81分子为4次跨膜分子，其主要作用可能是连结CD19和CD21，稳定CD19/CD21/CD81复合物。CD19分子传导的信号加强了由BCR复合物传导的信号，明显降低了抗原激活B细胞的阈值，从而大大提高了B细胞对抗原刺激的敏感性（图13-2）。图13-2 B细胞共受体在B细胞活化中的作用（二）B细胞活化的第二信号 B细胞的第二活化信号也是由多种黏附分子对的相互作用所提供，其中最重要的是CD40/CD40L。CD40主要表达在B细胞以及单核细胞和DC表面；CD40L主要表达在活化的CD4+T细胞和肥大细胞的表面。静息T细胞不表达CD40L，活化T细胞迅速表达CD40L，CD40L与B细胞表面组成性表达的CD40相互作用，向B细胞传递活化的第二信号。（三）T、B细胞相互作用与B细胞免疫应答B细胞对TD抗原的应答需要T细胞的辅助，这一协助需要T、B细胞间的相互作用来完成。一方面，B细胞可以作为抗原提呈细胞活化T细胞，另一方面活化的T细胞可以提供B细胞活化的第二信号，并分泌多种IL-4等细胞因子协助B细胞的进一步分化（图13-3）。Th细胞在生发中心暗区的形成，B细胞克隆性扩增和B细胞分化成生发中心细胞，在抗体类别转换，以及记忆性B细胞的生成中均起重要作用（详见下文）。图13-3 B细胞与Th细胞间的相互作用三、B细胞的增殖和终末分化被TD抗原诱导活化的B细胞迅速进入细胞周期，大量增殖，并进一步分化，最终形成浆细胞和记忆性B细胞。在B细胞激活、增殖与终末分化过程中，均需Th细胞的辅助。活化的Th细胞能分泌多种细胞因子，作用于B细胞。Th1细胞分泌IL-2和IFN-等细胞因子，Th2细胞则分泌IL-4、IL-5及IL-6等细胞因子。不同的细胞因子在诱导B细胞的增殖、分化中发挥着不同的作用。Th细胞对B细胞的辅助作用发生于外周淋巴器官的T细胞区和生发中心(germinal center)。血循环中的B细胞穿过高内皮小静脉进入T细胞区，抗原特异性B细胞与抗原特异性Th细胞在这一特定的部位相遇，B细胞在Th细胞辅助下活化后进入淋巴小结。进入淋巴小结的B细胞分裂增殖，形成生发中心。在这里，B细胞进一步分化成浆细胞，产生抗体，或分化成记忆性B细胞。四、B细胞在生发中心的分化成熟在外周淋巴器官的T细胞区激活的部分B细胞进入初级淋巴小结，分裂增殖，形成生发中心。生发中心在抗原刺激后一周左右形成。生发中心里的B细胞每68小时分裂一次，这些分裂增殖的B细胞称生发中心母细胞（centroblast）。生发中心母细胞分裂增殖产生的子代细胞体积小，称为生发中心细胞（centrocyte）。随着生发中心细胞增加，生发中心可分为两个区域：一个是暗区（dark zone），分裂增殖的生发中心母细胞在此紧密集聚，滤泡树突状细胞（FDC）很少；另一个为明区（light zone），生发中心细胞在此聚集不甚紧密，但与众多的FDC接触（图13-4）。图13-4 B细胞的活化及生发中心的形成DC的树突表面高表达CD21分子，抗原-抗体所形成的免疫复合物通过C3d与CD21分子结合，附着在FDC树突上，或结合于FDC树突上的Fc受体，聚集在一起，成串珠状，称为串珠样小体（iccosome）。B细胞可内化iccosome，加工后把抗原提呈给Th细胞。活化的Th通过表达的CD40L与B细胞表面的CD40分子结合，向B细胞提供必不可少的协同刺激信号，并分泌多种细胞因子辅助B细胞。生发中心中绝大多数B细胞发生凋亡，部分B细胞在抗原刺激和T细胞辅助下继续分化发育，在生发中心中完成Ig亲和力成熟及类别转换，最终形成浆细胞及记忆性B细胞。（一）体细胞高频突变和Ig亲和力成熟 生发中心母细胞的轻链和重链V基因可发生高频率的点突变，称为体细胞高频突变(somatic hypermutation)。在每次细胞分裂中，IgV区基因中大约每1000bp就有一对发生突变，而一般的体细胞自发突变的频率是1/1071/1010。体细胞高频突变与Ig基因重排导致的多样性一起，导致BCR多样性及体液免疫应答中抗体的多样性。体细胞高频突变在抗原诱导下发生。在初次应答时，大量抗原的出现，可使表达不同亲和力BCR的各种B细胞克隆被选择和激活，产生多种不同亲和力的抗体。当大量抗原被清除，或再次免疫应答仅有少量抗原出现时，该抗原会优先结合高亲和力的BCR，仅仅使相应B细胞发生克隆扩增，最终产生高亲和力的抗体，此为抗体亲和力成熟（affinity maturation）。（二）Ig的类别转换 B细胞在Ig V区基因重排完成后，其子代细胞均表达同一个Ig V区基因，但Ig C基因(恒定区基因)的表达在子代细胞受抗原刺激而成熟并增殖的过程中是可变的。每个B细胞开始时一般均表达IgM，在免疫应答中首先分泌IgM，但随后可表达IgG、IgA或IgE，而其Ig V区不发生改变，这种可变区相同而Ig类别发生变化的过程称为Ig的类别转换（class switching）或同种型转换（isotype switching）。类别转换的遗传学基础是同一V区基因与不同重链C基因的重排。在C基因的5端内含子中含有一段称之为转换区（switching region, S 区）的序列，不同的转换区之间可发生重组（图13-5）。图13-5Ig类别转换Ig的类别转换在抗原诱导下发生，而Th细胞分泌的多种细胞因子则直接调节Ig转换的类别。如在小鼠，Th2细胞分泌的IL-4诱导Ig的类别转换成IgG1和IgE，TGF-诱导转换成IgG2b和IgA；Th1细胞分泌IFN-诱导转换成IgG2a和IgG3。（三）浆细胞的形成 浆细胞又称抗体形成细胞（antibody forming cell,AFC），是B细胞分化的终末细胞，浆细胞胞质中除了少量线粒体，几乎全部为出现大量粗面内质网，能合成和分泌特异性抗体。，同时表面的BCR表达减少。与初始B细胞不同，浆细胞的主要特点是能够分泌大量抗体，而不能再与抗原起反应，也失去了与Th相互作用的能力，因为浆细胞表面不在表达BCR和MHC II类分子。生发中心产生的浆细胞大部分迁入骨髓，并在较长时间内持续产生抗体。（四）记忆性B细胞的产生 生发中心中存活下来的B细胞，或分化发育成浆细胞，或成为记忆性B细胞（memory B cell, Bm），大部分记忆性B细胞离开生发中心进入血液参与再循环。记忆性B细胞的大小与静息B细胞相似。记忆性B细胞不产生Ig，但再次与同一抗原相遇时可迅速活化，产生大量抗原特异的Ig。记忆性B细胞表达CD27，并较初始B细胞表达较高水平的CD44。有关记忆性B细胞的特异性表面标志尚不清楚。一般认为记忆细胞为长寿细胞，尚不清楚是什么因素维持记忆B细胞的存活。第二节 B细胞对TI抗原的免疫应答某些抗原，如细菌多糖、多聚蛋白质及脂多糖等属T细胞非依赖性抗原（ TI-Ag），能激活初始B细胞而无需Th细胞的辅助。根据激活B细胞方式的不同，TI抗原又可分为TI-1抗原和TI-2抗原两类（图13-6）图13- 6 TI-1和TI-2抗原（一）B细胞对TI-1抗原发生的应答 TI-1抗原不仅能与BCR结合，还能通过其丝裂原成分与B细胞上的丝裂原受体结合，引起B细胞的增殖和分化，因此TI-1抗原又常被称为B细胞丝裂原，如LPS。成熟或不成熟的B细胞均可被TI-1抗原激活，诱导产生低亲和力的IgM。高浓度TI-1抗原经丝裂原受体与B细胞结合，诱导多克隆B细胞增殖和分化；低浓度TI-1抗原能激活抗原特异性B细胞。由于无需Th细胞预先致敏与克隆性扩增，故机体对TI-1抗原刺激所产生的应答发生较早，这在抗某些胞外病原体感染中发挥重要作用。但TI-1抗原单独不足以诱导Ig类别转换、抗体亲和力成熟及记忆性B细胞形成。（二）B细胞对TI-2抗原发生的应答TI-2抗原多为细菌胞壁与荚膜多糖，具有高度重复的结构。TI-2仅能激活成熟的B细胞。对TI-2抗原发生应答的主要是B-1细胞。由于人体内B-1细胞至5岁左右才发育成熟，故婴幼儿易感染含TI-2抗原的病原体。TI-2抗原通过其高度重复的抗原表位使B细胞的mIg广泛交联而被激活，但mIg过度交联会使成熟B细胞产生耐受。因此，抗原表位密度在TI-2抗原激活B细胞中似乎起决定作用：密度太低，mIg交联的程度不足于激活B细胞；密度太高，则导致B细胞无能。B细胞对TI-2抗原的应答具有重要的生理意义。大多数胞外菌有胞壁多糖，能抵抗吞噬细胞的吞噬消化。B细胞针对此类TI-2抗原所产生的抗体，可发挥调理作用，促进吞噬细胞对病原体的吞噬，并且有利于巨噬细胞将抗原提呈给特异性T细胞。TI-2抗原可以直接激活B-1细胞，T细胞分泌的细胞因子可明显增强此类B细胞的免疫应答，并发生抗体类型转换，可产生IgM及IgG。T细胞在TI-2抗原的应答中的作用尚不十分清楚。显然，B细胞对TD抗原和TI抗原的应答有着多方面的不同（表13-1）。表13-1 TD抗原和TI抗原的异同TD抗原TI-1抗原TI-2抗原诱导婴幼儿抗体应答+-刺激无胸腺小鼠产生抗体-+无T细胞条件下的抗体应答-+-T细胞辅助+-多克隆B细胞激活-+-对重复序列的需要-+举例白喉毒素、PPD、病毒血凝素细菌多糖、多聚蛋白、LPS肺炎球菌脂多糖、沙门菌多聚鞭毛第三节 体液免疫应答抗体产生的一般规律外来抗原进入机体后诱导B细胞活化并产生特异性抗体，发挥重要的体液免疫作用。特定抗原初次刺激机体所引发的应答称为初次应答（primary response）；初次应答中所形成的记忆淋巴细胞当再次接触相同抗原刺激后可迅速、高效、持久的应答，即再次应答（secondary response），或称回忆应答（anamnestic response）。（一）初次应答在初次应答中，机体产生抗体的过程可依次分为以下四个阶段。1潜伏期（lag phase） 指抗原刺激后至血清中能测到特异抗体前的阶段。此期可持续数小时至数周，时间长短取决于抗原的性质、抗原进入机体的途径、所用佐剂类型及宿主的状态等。2对数期（log phase） 此期抗体量呈指数增长，抗原剂量及抗原性质是决定抗体量增长速度的重要因素。3平台期（plateau phase） 此期血清中抗体浓度基本维持在一个相当稳定的较高水平。到达平台期所需的时间和平台的高度及其维持时间，依抗原不同而异，有的平台期只有数天，有的可长至数周。4.下降期(decline phase) 由于抗体被降解或与抗原结合而被清除，血清中抗体浓度慢慢下降，此期可持续几天或几周。（二）再次应答同一抗原再次侵入机体，由于初次应答后免疫记忆细胞的存在，机体可迅速产生高效、特异的再次应答。与初次应答比较，再次应答时抗体的产生过程有如下特征：潜伏期短，大约为初次应答潜伏期的一半；抗体浓度增加快，快速到达平台期，平台高（有时可比初次应答高10倍以上）；抗体维持时间长；诱发再次应答所需抗原剂量小；再次应答主要产生高亲和力的抗体IgG，而初次应答中主要产生低亲和力的IgM（图13-7）。再次应答的强弱主要取决于两次抗原刺激的间隔长短：间隔短则应答弱，因为初次应答后存留的抗体可与再次刺激的抗原结合，形成抗原-抗体复合物而被迅速清除；间隔太长则反应也弱，因为记忆细胞只有一定的寿命。再次应答的效应可持续存在数个月或数年，故在很多情况下机体一旦被病原体感染后，可在相当长时间内具有防御该病原体的免疫力。图13-7 初次及再次免疫应答抗体产生的一般规律小 结特异性体液免疫应答主要由B细胞介导，由浆细胞所分泌的抗体所执行的免疫功能。B细胞对T细胞依赖性抗原(TD抗原)的免疫应答始于BCR(mIg)对TD抗原的识别，所产生的第一活化信号经由Ig/Ig向胞内传导。BCR共受体复合物加强第一活化信号的传导。Th细胞藉与B细胞表面分子的相互作用(CD40/CD40L等)及分泌的细胞因子向B细胞提供第二活化