【1.4.3】免疫应答--B细胞介导的体液免疫应答

一、B 细胞对 TD 抗原的免疫应答

1.1 B 细胞对 TD 抗原的识别

B 细胞通过 BCR 识别抗原

BCR 识别抗原在 B 细胞激活中有两个相互 关联的作用:抗原与 mIg 的可变区特异结合,产生活化第一信号;内化与其结合 的抗原,并进行加工处理,形成抗原肽-MHCII类分子复合物,提呈给 Th 细胞识 别,Th 活化后反过来提供 B 细胞活化的第二信号。前一个作用对于后一个作用 是必须的,抗原只有与 BCR 结合后,才能被 B 细胞内化。与 TCR 不同,BCR 识 别抗原有如下特点:1BCR 不仅能识别蛋白质,还能识别多肽、核酸、多糖、脂 类和小分子化合物;2BCR 可特异性识别完整抗原的天然构象;3 BCR 识别抗 原无需 APC 加工处理,也没有 MHC 限制性。

B 细胞的活化信号

B 细胞活化也需要双信号。BCR 与抗原特异性结合, 启动 B 细胞活化的第一信号,由共刺激分子提供的第二信号使 B 细胞完全活化。 活化后的信号转导途径与 T 细胞类似。

(1)B 细胞活化的第一信号:B 细胞活化的第一信号经由 BCR-CD79a/b(即 Igα/Igβ) 和 CD19/CD21/CD81 共同传递。抗原与 BCR 结合启动的活化信号, 需要 CD79a/b 将之传入胞内。与 CD3 类似,CD79a/b 胞浆区也存在 ITAM。ITAM 磷酸化后,启动激酶活化的级联反应,最终通过激活转录因子,调控细胞增殖及 活化相关基因,使 B 细胞初步活化。

(2)BCR 共受体的作用:成熟 B 细胞表面 CD19/CD21/CD81 以非共价键 组成 BCR 共受体复合物。CD21 胞内区无酪氨酸残基,故不能传导信号,但能识 别结合于抗原的补体成分 C3d,与 CD19 交联,向胞内传递信号。CD19 的胞浆 区有多个保守的酪氨酸残基,能募集含有 SH2 结构域的酪氨酸激酶 Lyn、Fyn 等。 CD81 分子为 4 次跨膜分子,其主要作用可能是联结 CD19 和 CD21,稳定 CD19/CD21/CD81 复合物。共受体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。

(3)B 细胞活化的第二信号:B 细胞的完全活化,需要由 Th 细胞与 B 细胞 表面多对共刺激分子相互作用提供的共刺激信号(第二信号),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。

(4)细胞因子的作用:活化 B 细胞表达多种细胞因子受体,在活化 T 细胞 分泌的细胞因子作用下大量增殖。细胞因子诱导的 B 细胞增殖是 B 细胞形成生 发中心和继续分化的基础。

1.2 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 细胞辅助,表现为:1活化 T 细胞表面的共 刺激分子可以提供 B 细胞活化的第二信号;2 T 细胞分泌的细胞因子促进 B 细 胞活化、增殖、分化。

T、B 细胞间的作用是相互的。一方面,B 细胞可以作为 APC 加工、提呈抗 原肽-MHCII类分子复合物给 T 细胞识别,活化 T 细胞;另一方面,活化 T 细胞 提供 B 细胞活化的第二信号,并分泌 IL-4 等细胞因子协助 B 细胞的进一步分化。 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、抗体类别转换以及记忆性 B 细胞的生成中均起重要作用。

体内抗原特异性 B 细胞与抗原特异性 T 细胞相遇的几率非常小,仅为 10-8~ 10-12。而在外周淋巴器官中,T、B 细胞定位于不同的部位,这就产生了抗原特 异 T 细胞如何辅助抗原特异 B 细胞的问题。这可能与迁移中的抗原提呈细胞对 抗原的捕捉相关。抗原一旦进入机体,会被专职 APC,特别是树突状细胞捕捉和 加工,后者从组织迁移到局部淋巴结的 T 细胞区。经抗原刺激的初始 T 细胞在 再循环中连续不断流过这些细胞旁边时,那些有着能识别抗原中 T 细胞表位的 T 细胞就被 APC“捕捉”。被“捕捉”的 T 细胞的 TCR 与 APC 加工提呈的抗原肽 -MHC 分子相结合,T 细胞被激活。血循环中的 B 细胞也穿越高内皮小静脉进入 T 细胞区,表达该抗原特异性 BCR 的 B 细胞也在该区被“捕捉”。这样,抗原特 异的 B 细胞就能与抗原特异的 Th 细胞在 T 细胞区这一特定的部位相遇,B 细胞 就能在 Th 细胞辅助下被激活,再进入淋巴滤泡。进入淋巴滤泡的 B 细胞分裂增 殖,形成生发中心(germinal center)。生发中心里的 B 细胞会多次离开生发中心, 再回到生发中心。Th 细胞也能进入生发中心,也在生发中心给 B 细胞予辅助。 部分激活的 B 细胞分化成浆细胞,产生抗体。部分激活的 B 细胞分化成记忆细 胞。上述 T 细胞对 B 细胞体液免疫应答的辅助均为特异性辅助,即 T 细胞辅助 的 B 细胞所识别的与 T 细胞识别的为同一抗原。

1.3 B 细胞的增殖和终末分化

初始 B 细胞经双信号刺激而完全活化,具备了增殖和继续分化的能力。在 Th 细胞产生的细胞因子辅助下,活化 B 细胞增殖形成生发中心,并经历体细胞 高频突变、Ig 亲和力成熟、Ig 类别转换,分化为浆细胞或记忆 B 细胞,发挥免 疫效应。在 B 细胞活化、增殖与分化过程中,均需 Th 细胞的辅助。

B 细胞在生发中心的分化成熟

在外周免疫器官 T 细胞区激活的部分 B 细胞进入初级淋巴滤泡,分裂增殖,形成生发中心。生发中心是 B 细胞增殖分化 的主要场所,在抗原刺激后一周左右形成。其中的 B 细胞 6 ~8 小时分裂一次。 这些分裂增殖的 B 细胞称中心母细胞(centroblast),有着 B 细胞的典型形态特 征,分裂能力极强。不发生分裂增殖的 B 细胞被推向外侧,形成冠状带(mantle zone)。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),中心细胞在此聚集不甚紧密,但与众多的 FDC 接触(图 8- 4)。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,并可发生体细胞高频突变、Ig 亲和力成熟、Ig 类别转换及记 忆 B 细胞形成等变化。

体细胞高频突变和 Ig 亲和力成熟

中心母细胞重链和轻链 V 区基因的 体细胞突变率极高,每次细胞分裂有 50% BCR 突变,是形成抗体多样性的主要 机制之一。由于体细胞高频突变,导致 BCR 的特异性或亲和力发生改变,从而 形成多样性 B 细胞克隆,只有那些表达高亲和力抗原受体的 B 细胞,才能有效 地结合抗原,并在抗原特异性 Th 细胞辅助下增殖,产生高亲和力的抗体,此为 抗体亲和力成熟(affinity maturation)。

Ig 类别转换

B 细胞在 IgV 区基因重排后,其子代细胞 Ig 重链 V 区基因 保持不变,但 C 区基因则会发生重排。在免疫应答中首先分泌 IgM,但随后可表 达并产生 IgG、IgA 或 IgE,而其重链 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 类别转换(class switching)或同种型转换(isotype switch)。Ig 类别转换在抗原诱导下发生,并接受 T 细胞分泌的细胞因子调节。 Ig 类别转换是机体产生不同类别抗体的基础。

浆细胞的形成

浆细胞又称抗体形成细胞(antibodyformingcell,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,而不能与抗原起反应,也失去了与 Th 细胞相互作用的能力,因为浆细胞表面不再表达 BCR 和 MHCII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。

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, 或成为记忆细胞离开生发中心。记忆 B 细胞(memory B cell,Bm)不产生 Ig, 但再次与同一抗原相遇时可迅速活化,产生大量抗原特异性 Ig。记忆 B 细胞表 达 CD27,并较初始 B 细胞表达较高水平的 CD44。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细胞的存活。有人认为抗原可能以 IC 状态持 续存在于生发中心中 FDC 的树突表面,它能“不断”刺激“经过”生发中心的 记忆 B 细胞,给后者存活信号。

二、B 细胞对 TI 抗原的免疫应答

非胸腺依赖性抗原(TI-Ag),如某些细菌多糖、多聚蛋白质及脂多糖等,能 直接刺激初始 B 细胞活化,而无需抗原特异性 T 细胞的辅助。在正常个体,TI 抗原可诱导抗体产生,而不引起 T 细胞应答。TI 抗原可分成两类,即 TI-1 和 TI- 2,它们以不同机制激活 B 细胞。

2.1 B 细胞对 TI-1 抗原的免疫应答

TI-1 抗原常被称为 B 细胞丝裂原,可以诱导成熟和未成熟 B 细胞活化,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,多克隆地诱 导 B 细胞增殖和分化;低浓度抗原则能激活抗原特异性 B 细胞。在机体感染病 原体时,可能 TI-1 抗原的浓度很低,因此只有抗原特异的 B 细胞才能被激活, 并产生抗该抗原的抗体。该应答在抗某些胞外病原体感染中发挥重要作用,因其 无需 Th 细胞预先致敏与克隆性扩增,故比对胸腺依赖性抗原的应答发生为早。 但 TI-1 抗原单独不足以诱导 Ig 类别转换、Ig 亲和力成熟及记忆 B 细胞形成,这 些均需特异 T 细胞辅助。

2.2 B 细胞对 TI-2 抗原的免疫应答

TI-2 抗原为细菌胞壁与荚膜多糖,有高度重复的结构。TI-2 抗原只能激活成 熟 B 细胞,婴幼儿 B 细胞未发育成熟,故不能有效产生抗多糖抗原的抗体。对 TI-2 抗原发生应答的主要是 B1 细胞。TI-2 抗原通过其高度重复的抗原表位使 B 细胞的 mIg 发生广泛的交联而被激活,但 mIg 过度交联会使成熟 B 细胞变成无 应答性。因此,TI-2 抗原表位的密度在 TI-2 抗原激活 B 细胞中可能起决定作用。 密度太低,mIg 交联的程度不足以激活细胞;密度太高,会使细胞变为无应答性。

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,这使它们能逃脱吞噬细胞的直接吞噬杀伤。B 细胞 针对此类 TI-2 抗原产生的抗体,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 B1 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 体类别转换,可产生 IgM 及 IgG。T 细胞在 TI-2 抗原应答中的作用机制尚不十 分清楚。

三、体液免疫应答的一般规律

在抗原诱导下,浆细胞产生的抗体经淋巴液和血液流向全身,血流中抗体的 浓度随应答时间的持续而增高。在初次接受特定抗原刺激时,机体发生的应答称 初次应答(primary response);初次应答中所形成的记忆细胞再次接受相同抗原 刺激,产生迅速、高效、持久的应答,称为再次应答(secondary response),或称 回忆应答(anamnestic response)。

1.1 初次应答

初次应答产生的抗体数量少、亲和力低,产生过程可以分为如下四个阶段。

  1. 潜伏期(lagphase) 接受抗原刺激后到血清中能测到特异抗体之前的阶 段。此期的长短由抗原的性质、抗原进入机体的途径、所用佐剂类型及宿主情况 所决定,可短至数小时,也可长至数周。
  2. 对数期(log phase) 此期抗体量呈指数增加,取决于抗原剂量和抗原性 质等因素。
  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及平台的高度及维持时间,依抗原不同而异。 有的平台期很短,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。

1.2 再次应答

当再次接受相同抗原刺激,机体可发生再次免疫应答。它与初次应答的不同 之处为:

  1. 潜伏期短,大约为初次应答潜伏期时间的一半;
  2. 血清抗体浓度增加 快,到达平台期快,平台高;
  3. 维持时间长,下降期持久,因为机体会长时间合 成抗体;
  4. 用较少量抗原刺激即可诱发再次应答;
  5. 再次应答中产生的抗体主要 为高亲和力的 IgG,而初次应答中主要产生低亲和力的 IgM。

再次应答的强弱取决于抗原的强弱与两次抗原注射的间隔长短。间隔短则应 答弱,因为初次应答后存留的抗体可与注入的抗原结合,形成抗原-抗体复合物 而被迅速清除。间隔太长,反应也弱,因为记忆细胞尽管长命,但并非永生。再 次应答的能力可持续存在数个月或数年,故机体一旦被感染后可持续相当时间不 再感染相同病原体。

四、体液免疫应答的效应

抗体是浆细胞合成分泌的特异性免疫分子,主要通过以下作用方 式发挥抗感染等免疫作用:

  1. 中和作用:抗体与相应细菌毒素或病 原体特异性结合后,可阻止细菌毒素或病原体对易感细胞的侵入或感 染。
  2. 调理作用:IgG 类抗体与相应细菌等颗粒性抗原特异性结合 后,通过其 Fc 段与吞噬细胞表面 IgGFcR 结合,可增强吞噬细胞对细 菌等抗原性异物的吞噬杀伤或清除作用。
  3. 激活补体产生溶菌效应: 病原体特异性 IgG/IgM 类抗体与相应病原体结合后,可激活补体经典 途径产生 C5b6789 攻膜复合物使病原体溶解破坏。
  4. 抗体依赖细胞 介导的细胞毒作用(ADCC 作用):IgG 类抗体与病毒感染/肿瘤靶细胞 表面相应抗原表位特异性结合后,通过其 Fc 段与 NK 细胞/吞噬细胞 表面 IgGFcR 结合,可增强 NK 细胞/吞噬细胞对上述靶细胞的杀伤破 坏作用。

参考资料

  • 《医学免疫学》课件 新乡医学院 宋向凤、张国俊、徐春阳、孙爱平、孙书明、赵铁锁等老师
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