免疫学8：B细胞及其介导的体液免疫应答

根据复旦大学出版社出版的《生理学》第三章血液整理。推荐大家根据自己的学习情况和对知识点的理解，略微修改后再做使用，使用时可收起内容进行自我检测效果更佳。感谢大家的支持！

B细胞及其介导的体液免疫应答

• B细胞活化的调控机制
  • B细胞的抗原识别系统
    • BCR复合物
      • BCR
        • 形态类似于抗体，但比抗体多出了跨膜区和极短的胞内区
        • 属于膜型抗体，成熟的B细胞表面表达IgM和IgD
        • 可以特异性的结合抗原
      • Igα/Igβ（CD79a和CD79b）
        • 与BCR通过极性氨基酸形成的盐键相互连接
        • 具有ITAM结构域，可以辅助BCR向胞内传递信号
    • B细胞活化共受体复合物
      • CD19
        • 表达于除了浆细胞以外的B细胞成熟谱系各个阶段以及生发中心的FDC
        • 胞内结构域中有可以发生磷酸化的酪氨酸，因此可以募集酪氨酸激酶如LYN
        • 如果失去功能则影响对TD-Ag的免疫应答，生发中心无法形成
      • CD21
        • 表达于成熟的B细胞以及FDC
        • 是一种跨膜蛋白，本质是CR2，可以结合补体C3的裂解片段
        • 一些抗原可以与补体，特别是C3d共价结合，通过C3d将抗原呈递给CD21
        • 可以辅助Igα/β募集PI3K
        • 主要功能
          • 结合补体裂解片段
            • 降低了B细胞活化阈值
          • 是EBV的受体，EBV通过与CD21结合而使得B细胞大量增殖
            • 通过此方法可以在体外扩增B细胞
          • FDC上的CD21可以结合并浓集抗原，有助于B细胞的激活
          • 可以与可溶性CD23（Fc epsilon R II）结合，从而有助于B细胞的增殖
      • CD81
        • 又称为TAPA-1，其存在有助于淋巴细胞的增殖
    • 其他辅助分子
      • CD45
        • 跨膜蛋白
        • 白细胞共同抗原LCA
        • 是一种PTP，可以使得Src PTK去磷酸化而激活，从而使得B细胞活化
      • CD40
        • B细胞呈递抗原给T细胞时，T细胞表面的CD40L与CD40结合，不仅上调了B细胞共刺激分子的亲和力，从而更好地活化T细胞，而且活化了B细胞
  • B细胞抗原识别后的信号转导
    • B细胞激活后的跨膜转导
      • 抗原结合导致受体交联成簇
        • BCR直接结合抗原上多个重复的抗原表位，同时暴露Cμ4结构域，从而使得交联
        • BCR、活化共受体复合物、PTK等富集于脂筏中
      • 启动信号转导
        • Src等相互磷酸化而激活，随后磷酸化Igα/β的酪氨酸残基，进而招募Syk
    • B细胞激活后的胞内信号转导
      • Syk——BLNK
        • 磷脂酰肌醇途径
          • BLNK——PLC
            • PKC:NF-kappa B
            • 钙离子：钙调磷酸酶——NFAT
        • PI3K激活PLC途径
          • Src磷酸化CD19胞内段，从而使得其招募BCAP
          • BCAP招募PI3K，从而激活PKC
        • MAPK途径
          • VAV通过与衔接蛋白Grb-2结合被招募到BLNK，激活RAS
          • 启动ERK和JNK/MAPK通路，在胞核中汇集Fos和Jun，组成AP-1
    • 信号入核启动转录因子与基因的表达
  • B细胞激活后信号转导的负性调控机制
    • CD22
      • 表达于静息的具有mIgM和mIgD的B细胞
      • 可以识别N连接糖基上的唾液酸糖结合物血清糖蛋白以及N-羟乙酸基甘露糖胺丙酮酸残基，且可作为黏附分子
      • 胞内结构域含有ITIM，可以被SHP-1酪氨酸磷酸酶去磷酸化，从而抑制B细胞活化
    • Fcγ R IIb
      • 也就是CD32
      • 可以结合IgG抗体的Fc段，通过IgG抗原抗体复合物来交联CD32和BCR，从而达到免疫抑制的作用
      • 下游是SHIP分子，同样通过去磷酸化发挥作用
    • B-10B细胞
      • 通过分泌IL-10抑制体液免疫
      • 可以通过IL-35诱导产生
  • B细胞活化异常与免疫疾病
    • X性联无丙种球蛋白血症
      • BTK突变
    • DLBCL
    • SLE
      • FcγRIIb的跨膜相关结构域突变
• B细胞介导的体液免疫
  • B细胞对TD-Ag的免疫应答
    • TD-Ag
      • 病原体的蛋白质多为TD-Ag，因为蛋白质上含有多种不同的抗原表位，不能直接交联相同的BCR，因此需要Th细胞辅助性激活B细胞
      • 证明：小鼠过继转输实验
    • B细胞对TD-Ag的免疫应答过程
      • 成熟的淋巴细胞定居于淋巴滤泡
        • 淋巴滤泡中的基质细胞和FDC分泌CXCL13，可以与成熟B细胞表面的CXCR5结合，使得B细胞滞留于淋巴滤泡中
      • TD-Ag抗原的获取
        • 初始T细胞受到树突细胞呈递的抗原肽以后，下调CCR7的表达（配体是CCL19,21)，上调CXCR5的表达，进入淋巴滤泡
        • B细胞获取抗原
          • 小的可溶性抗原可以通过淋巴引流等方式直接被B细胞识别
          • 大的蛋白质抗原需要在与补体或抗体结合以后，被巨噬细胞和树突细胞吞噬并持续表达在表面，供B细胞长期识别
      • 结合抗原的B细胞向T细胞区移动
        • 结合抗原以后，B细胞表面的BCR聚集，一段时间后抗原被内吞，B细胞上调表达CCR7，同时仍然表达CXCR5,因此向着淋巴滤泡和T细胞区的界限移动
        • 在此处，B细胞可以将抗原呈递给Th细胞，同时被CD40L活化
      • 分化为滤泡外浆细胞
        • 部分活化的B细胞通过上调EBI2和CXCR4的表达，到淋巴结外的髓索等区域，分泌少量的IgM抗体，可经过超突变、类别转换的过程，在早期抗感染中有重要意义
      • 分化为生发中心B细胞和长寿的浆细胞
        • 部分活化的B细胞通过上调CXCR5的表达再次回到淋巴滤泡
        • 部分T细胞活化以后分化为Tfh细胞，上调CXCR5进入到淋巴滤泡，协助B细胞分化
        • 在Tfh细胞的协助下，B细胞经历了抗体基因的高频率点突变、抗原决定的抗体亲和力成熟、抗体类别的转化，最终形成了生发中心
    • T-B细胞间的相互作用
      • Th细胞活化的第一信号
        • B细胞呈递的抗原
      • Th细胞活化的第二信号
        • B细胞活化后上调共刺激分子的表达
      • B细胞活化的第一信号
        • 受到抗原刺激
      • B细胞活化的第二信号
        • Th细胞表面的CD40L
      • B细胞活化的第三信号
        • Th细胞和巨噬细胞泌的细胞因子
    • 应答产生的效应和结局
      • 生发中心的形成
        • 暗区
          • 生发中心母细胞
          • 细胞体积较大
          • 低表达mIg，尤其是mIgD
          • 该区域含有少量的FDC
        • 明区
          • 生发中心细胞
          • 细胞体积较小
          • 重新表达mIg
          • 含有较多的FDC，Tfh细胞以及巨噬细胞，可以对B细胞进行选择
        • 生发中心反映
          • 抗原激活的B细胞克隆性扩增
          • Ig可变区基因的体细胞高频突变
          • 抗原对高亲和力的B细胞克隆的阳性选择和无关或自身反应性B细胞的阴性选择
          • Ig类别转换
          • 分化为寿命较长的浆细胞和记忆B细胞
      • AID介导的体细胞超突变机制
        • 也称为SHM
        • 由AID：激活诱导的胞苷脱氨酶介导
        • AID催化胞嘧啶脱氨基产生尿嘧啶，形成U-G错配，利用修复系统进行高频突变
        • CSR：抗体类别转换，AID介导的错配修复中产生的易位
      • 抗体亲和力成熟和自身免疫性B细胞的清除
        • B细胞存在于明区的时间较短，而其数量又明显多于Tfh细胞，因此只有表达较高亲和力抗体的B细胞才能竞争到Tfh的信号从而避免凋亡
        • 通过PI3K-AKT通路
          • 促进细胞生存，抑制凋亡蛋白的产生
          • 促进P53蛋白的降解
        • 由于T细胞的阴性选择，所以生发中心中不存在自身免疫性的T细胞，因此能够与自身抗原反应的B细胞不能成熟，最终凋亡
      • 抗体类别转换
        • Ig的类别转换（同种型转换）
          • 需要与V区基因相连的Ig重链恒定区发生重排，使得A,G,E的重链恒定区基因接在V后面，从而产生相应类别的抗体
          • 未活化的B细胞表达IgM和IgD，D,M抗体是由于mRNA剪切不同而产生的
          • 高免疫球蛋白M综合征：不能够进行SHM和CSR，只有大量IgM抗体
          • 受到抗原以及细胞因子的调节
      • 浆细胞
        • 在淋巴结小结间区分化产生，表面的Ig抗原消失，MHC和CD80/86减少
        • 可迁移到骨髓并长期分泌抗体
        • 调控
          • Pax-5和Bcl-6促进B细胞发育
          • Blimp-1促进浆细胞发育
      • 记忆B细胞
        • 是来源于生发中心，存活下来但是没有向浆细胞分化的B细胞
        • 进入血液，可在记忆性辅助T细胞的作用下被活化，阈值低
  • B细胞对TI-Ag的免疫应答
    • TI-Ag
      • 结构特点：具有高度重复、多价的B细胞抗原表位
      • 主要激活B-1细胞和边缘区B细胞，产生未经过超突变的低亲和力的IgM抗体
      • 不需要T细胞的辅助即可激活B细胞
    • T细胞非依赖的B细胞的活化特点
      • TI-1抗原
        • 经典：LPS
        • 结构：具有重复的B细胞抗原表位和丝裂原特性
        • 低浓度LPS：交联BCR与TLR4，以抗原特异性方式激活B细胞，产生特异性抗体
        • 高浓度LPS：与TLR4结合，发挥丝裂原特性，以抗原非特异性方式激活B细胞，产生低亲和力IgM抗体。因此大量的G-细菌会使得B细胞多克隆增殖，引发败血症
        • 意义：机体对TI-1抗原应答比较快，在针对一些胞外病原体的抗感染中发挥重要作用，但是该作用方式不能够引起B细胞进行SHM,亲和力成熟以及记忆B细胞的形成
      • TI-2抗原
        • 结构：多糖类大分子，包括荚膜多糖以及鞭毛蛋白的多聚体
        • 具有高度重复的B细胞抗原表位，但是不具有丝裂原特性
        • 作用：可以使得BCR交联从而特异性激活B-1细胞和边缘区B细胞；通过激活补体旁路途径、凝集素途径，结合补体分子C3d等，从而交联BCR活化受体复合物
        • 单核细胞、巨噬细胞和树突细胞分泌的BAFF因子可以促进被激活的B细胞的存活
        • T细胞可以分泌细胞因子使得激活的B细胞发生抗体类别转换，从而产生IgG抗体
        • 意义：多糖类抗原有助于病原体逃避巨噬细胞的吞噬，TI-2抗原使B细胞产生特异性的抗体，抗体结合抗原后可促进吞噬细胞对于抗原的吞噬，并且有利于巨噬细胞将抗原呈递给T细胞
• 抗体的结构和功能
  • 抗体的结构
    • 抗体的基本结构
      • 重链和轻链
        • 重链：两条，50-75kD
        • 轻链：两条，25kD
        • 重链和轻链通过二硫键相连，除此之外还有离子键、氢键、疏水作用
      • 可变区和恒定区
        • 可变区：含有互补决定区（高变区），每个重链和轻链一共含有3个CDR和4个骨架区
          • 决定了与抗原结合的特异性
          • 靠近N端
        • 恒定区
          • 根据重链恒定区的序列可分为五大类型，ADEGM
          • 根据轻链恒定区的差异可分为κ和λ
            • λ型人有4种，小鼠有3种
          • 根据恒定区轻微差异，可分为亚型
          • 恒定区相同，则抗体的免疫原性相同
          • 恒定区通常连接糖链，糖链可增加抗体的可溶性
      • 球状结构域
        • 即抗体的功能区，由110个左右的氨基酸形成
        • 肽链首先进行反向平行β折叠，形成链内二硫键，形成β桶状结构，再经过折叠形成球状结构域，相邻的球状结构域作用形成抗体的四级结构
        • 每个重链恒定区
          • 含有3个球状结构域：A,D,G
          • 含有4个：E,M
        • 每个VH和VL共同构成一个抗原识别区域，每个抗体单体可以结合两个抗原表位
      • 铰链区
        • 存在于A,D,G型抗体上，位于CH1和CH2之间
        • 富含半胱氨酸和脯氨酸，从而活动灵活，有利于抗体结合两个抗原表位
    • 抗体的辅助成分
      • J链
        • A和M要形成二聚体和五聚体，他们的CH3/CH3,CH4/CH4相互由二硫键进行连接，二硫键连接J链，从而连接在一起
        • 富含半胱氨酸，浆细胞合成
      • 分泌片
        • 即多聚免疫球蛋白结合受体的胞外的4个结构域
        • 由黏膜上皮细胞合成，表达于其细胞外表面
        • 基底膜的分泌片可以与IgA二聚体结合形成sIgA，并把它运输到细胞表面
        • 分泌片可以保护IgA的铰链区，防止其被降解
        • IgM五聚体也可以通过此种方式被运输
    • 解析IgG抗体多链结构的经典实验
      • 蛋白酶水解实验
        • 木瓜蛋白酶
          • 作用位点位于CH1,CH2之间二硫键的N端
          • 切割后形成三个片段
            • Fab：由重链的V,CH1和完整的轻链构成，可以结合一个抗原表位
            • Fc：由两条重链的CH2,CH3,CH4组成，是抗体与补体及细胞表面FcR作用的位点
        • 胃蛋白酶
          • 位于CH1,CH2之间二硫键的C端
          • 产生片段
            • F（ab'）2
              • 含有Fab和铰链区，可结合两个抗原表位
            • 其他小片段
      • 巯基乙醇还原实验
    • 免疫球蛋白上的抗原决定簇
      • 同种型：抗体的恒定区种类可作为种属标记
      • 同种异型：抗体恒定区存在几个氨基酸的差异，可作为个体遗传标记
      • 独特型：抗体的可变区可作为抗原，诱导产生抗体，在抗体的负调控中起到重要作用，当针对某一种抗原的抗体大量产生超过体内细胞的感知阈值的时候会激活独特型抗体的产生
  • 抗体介导的效应功能
    • 特异性识别抗原
      • 抗原结合价：抗体结合抗原表位的个数，但是五聚体的IgM的结合价只有5价，由于位阻效应
      • 亲和力：抗体的单个抗原结合部位（Fab)与单个抗原表位之间的结合
      • 亲合力：整个抗体分子与抗原之间的总结合力，五聚体大大提升了IgM整体的抗原结合能力
      • 结合细菌某些成分以及毒素，起到中和毒素和阻止病原微生物侵袭和感染组织的作用
    • 激活补体系统
      • IgG和IgM可以激活经典途径，IgG4，A，E可以激活旁路途径
    • 结合Fc受体
      • 调理作用
        • 抗感染过程中，抗体结合了抗原之后，通过Fc去与巨噬细胞、中性粒细胞表面的Fc受体结合，从而增强吞噬作用，促进巨噬细胞的氧化性爆发等
        • 同时，补体的C3b也可以与抗原结合，从而形成抗原-抗体-补体复合物，结合巨噬细胞表面的补体受体和FcR发挥联合促调理作用
      • ADCC
        • 抗体依赖的细胞介导的细胞毒作用
        • IgG抗体可以通过其表面的V区与肿瘤细胞表面的肿瘤抗原以及病毒感染细胞表面的病毒抗原相互作用，Fc段可以与NK细胞和巨噬细胞上的FcγR相互作用，从而介导吞噬作用
      • 介导I型超敏反应
        • 变应原初次进入体内，会产生IgE抗体，该抗体结合于肥大细胞表面的IgE受体上，当变应原再次进入以后，IgE结合变应原，变应原介导抗体的交联，激活肥大细胞脱颗粒反应，释放各种生物活性物质
      • 穿过胎盘和黏膜
        • IgA通过分泌片分泌到黏膜上皮
        • IgG通过母体滋养层细胞表面的新生Fc段受体，将IgG从母体运输给胎儿，使得胎儿获得被动免疫
  • 各类免疫蛋白的生物学特性
    • G
      • 占有血清Ig含量的80%，是抗感染的主力军
      • 产生比较晚，是再次应答的主要抗体
      • 1,3,4可以闯过胎盘，保护胎儿
      • 分布最广，可以透过毛细血管壁，从而使血管外的主要抗体
      • 激活补体，及其顺序
      • 可以与Fc受体结合，发挥调理作用和ADCC作用
    • M
      • 占有血清Ig含量的10-15%
      • 血清中以五聚体存在，比IgG具有更强的抗原结合能力和补体激活能力，不能通过CAP
      • 膜型存在于成熟和未成熟的B细胞表面，未成熟的B细胞只有mIgM
      • 早期抗感染应答中发挥重要作用
      • 是人体中最早产生的抗体，因此脐带血中某种IgM抗体升高提示宫内感染
      • 天然血型抗体
    • A
      • 主要存在于乳汁、泪液、唾液、呼吸道、消化道、泌尿生殖道中
      • 是黏膜局部抗感染的主要抗体
      • 抗原结合价为四价
      • 出生后半年合成
      • 血清型：单体
      • 分泌型：二聚体，分泌片结合
    • E
      • 血清中含量极低，同时半衰期很短，只有三天左右
      • 具有CH4结构域
      • 主要由黏膜下淋巴组织的浆细胞合成分泌
      • 具有亲细胞性，可通过CH2,CH3结构域与肥大细胞表面的Fc epsilon I结合，第二次变应原侵入时，使得受体发生交联反应，从而介导I型超敏反应
      • 参与抗寄生虫反应
    • D
      • 血清中含量比较低
      • 有血清型和膜型两种
      • 表达在成熟B细胞表面，但是活化的B细胞没有，原因不明
  • 抗体的医学生物学方面的应用
    • 多克隆抗体
    • 单克隆抗体
    • 基因工程抗体