B淋巴细胞由鸟类的法氏囊(bursa of Fabricius)或哺乳动物的骨髓(bone marrow)中的淋巴样祖细胞发育分化而来,因此称为B细胞。B细胞是免疫系统的重要组成部分,通过产生抗体发挥特异性体液免疫功能,同时也是一种抗原提呈细胞,参与免疫调节。
图1 B细胞发育主要阶段
B细胞发育过程根据分化发生的场所可以分为两个部分:
BCR
BCR是表达于B细胞表面的免疫球蛋白,即膜型免疫球蛋白(mIg)。B细胞通过BCR识别抗原,接收抗原刺激并进行体液免疫应答。B细胞分化发育过程中,BCR基因片段发生重新排列组合,从而产生数量巨大、能识别特异性抗原的BCR(VDJ重排原理)。
B细胞在骨髓中的分化过程中不受外来抗原的影响,也可以称为B细胞分化的非抗原依赖期。此过程中主要经历祖B细胞(pro-B cell)、前B细胞(pre-B cell)、未成熟B细胞(immature B cell)3个阶段,并伴随着两个主要事件——一是B细胞受体(BCR)的表达,二是B细胞自身免疫耐受的形成。
免疫细胞作为造血系统的重要组成部分之一,与其他造血细胞一样,来源于骨髓中的造血干细胞(HSC),骨髓中的血细胞根据其不同的功能可以大致分为淋巴系和髓系。HSC首先分化为淋巴系共同祖细胞(CLP)或髓系共同祖细胞(CMP),CLP随后根据不同细胞因子和细胞内转录因子的调控而继续分化。CLP一旦被决定分化为B细胞系,它们首先会分化为祖B细胞。祖B细胞是自我更新能力有限的祖先细胞,可分为early pro-B cell和late pro-B cell。在early pro-B cell阶段发生重链D-J重排,在late pro-B cell阶段发生重链的V-D-J重排。同时表达B系特异标志,如Thy-1+、Tdt+、B200+、mb-1+等分子。但整个pro-B cell阶段B细胞表面没有mIgM的表达。前B细胞阶段始于pre-BCR的表达。pre-BCR由μ链和替代轻链(包括与轻链V区和C区同源的VpreB和λ5两种蛋白)组成。pre-BCR信号引起B细胞克隆扩增,并能抑制H链VDJ进一步重排,保证等位基因排斥。pre-B cell也可分为两阶段,large pre-B和small pre-B,前述行为发生在large pre-B阶段,而在small pre-B阶段细胞停止增殖进而轻链开始进行V-J重排。
前B细胞在骨髓中发育至未成熟B细胞后,其表面仅表达完成完整的mIgM,此时的mIgM若与骨髓中的自身抗原结合,即会导致细胞凋亡,形成克隆清除,一些识别自身抗原的未成熟B细胞可以通过受体编辑改变其BCR的特异性。在某些情况下,未成熟B细胞与自身抗原的结合可引起mIgM表达的下调,这类细胞虽然可以进入外周免疫器官,但对抗原刺激不产生应答,称谓失能。在骨髓中发育的未成熟B细胞通过上述克隆清除、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,产生B细胞适应性免疫应答。
图2 中枢免疫器官中的两大主要事件
当自身免疫耐受形成后,未成熟B细胞离开骨髓,迁移前往外周淋巴器官。在脾脏内,未成熟B细胞继续分化发育,形成过渡B细胞,主要包括不表达CD21 IgMhi IgDlo的过渡型T1 B细胞(Transitional B T1)和表达CD21 IgMhi IgDhi的过渡型T2 B细胞(Transitional B T2)。
过渡型T2 B细胞进入血液和次级淋巴器官,分化为边缘区B细胞(marginal zone B)或滤泡B细胞(follicular B)。FO B细胞是一类在次级淋巴器官里不断循环的长寿成熟B细胞,而MZ B细胞是在脾脏特定区域不参与循环的B细胞。MZ B细胞分子表面标记为CD21hi CD23–IgM+ IgDlo,FO B细胞分子表面标记为CD21lo CD23+IgMlo IgD+。
图3 淋巴结与生发中心
MZ B细胞和FO B细胞不仅在脾脏中所处位置不同,其在抗原特异性免疫应答中所起的作用也不同。多数抗原(TD抗原)仅能在有T细胞辅助的条件下诱导B细胞产生抗体,FO B细胞被认为参与由TD抗原诱导的抗体分泌过程。当遇TD抗原激活后,FO B细胞迁移到滤泡外区域或形成生发中心。生发中心是T细胞依赖性抗体应答过程中于外周淋巴组织内形成的一个特殊结构,可分为暗区(dark zone)和明区(light zone)。暗区密集分布着快速增殖的B细胞,即生发中心母细胞(CBs),增殖的B细胞发生体细胞高频突变,从而增加抗体亲和力,确保高亲和力的抗体可以形成;明区稀疏分布着由生发中心母细胞分化而来的生发中心细胞(CCs),以及帮助促进亲和力选择的滤泡树突细胞及滤泡辅助T细胞,在这里细胞经历抗体同型转换和亲和力成熟,从而筛选出高亲和力的B细胞。高亲和B细胞接收来自周围环境存活、增殖和分化的信号,最终分化成为记忆B细胞(memory B cell)或浆细胞(plasma B cell)。
图4 B细胞在外周淋巴器官的分化发育
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