医学免疫学课件：11 B细胞及其介导的体液免疫应答（1）

1、1B细胞及其介导的体液免疫应答（1）2一、B细胞的分化发育二、B细胞活化的调控机制B 细胞的抗原识别系统BCR 复合物B 细胞活化共受体复合物（coreceptor complex）其他辅助分子2. B 细胞抗原识别后的信号转导3. B 细胞激活后信号转导的负性调控机制4. B细胞亚群及功能 掌握5. B 细胞活化异常与免疫疾病主要内容掌握3 掌握BCR特点、细胞表面主要膜分子及其作用 掌握B细胞亚群及其生物学功能 掌握初次体液免疫应答和再次体液免疫应答的规律 熟悉B细胞分化发育过程要求4B Lymphocyte得名于鸟类法氏囊（Bursa of Fabricius）和哺乳动物骨髓（Bone

2、Marrow）。人的B祖细胞最早出现在妊娠第8周的胚肝中。妊娠中期以后，B祖细胞在骨髓中完成其发育。B 淋巴细胞（B lymphocyte） 简称B细胞。 来自哺乳动物骨髓（bone marrow）淋巴样前体细胞。 成熟B细胞定居于淋巴结和脾脏淋巴小结内。 在外周血中，B细胞约占1015。 产生抗体(免疫球蛋白) ，执行体液免疫功能。 具有抗原递呈功能。 6Martin Raff and Cooper collaborated to identify precursor (pre)-B cells in murine fetal liver and marrow.Early productio

3、n of intracellular IgM by B-lymphocyte precursors in mouse. Nature. 1976;259:224-226.Immunofluorescent studies of the development of pre-B cells, B lymphocytes and immunoglobulin isotype diversity in humans. Eur J Immunol. 1977;7:804-810.Martin RaffMax Cooper7B-cell development in mice and humans ha

4、s been extensively studied, and the functional rearrangement of the Ig loci is a sine qua non.This occurs via an error-prone process involving the combinatorial rearrangement of the V, D, and J gene segments in the H chain locus and the V and J gene segments in the L chain loci.Susumu Tonegawa was a

5、warded the Nobel Prize in Physiology or Medicine in 1987 for this discovery.Susumu Tonegawa（利根川進）Nobel Prize winner in 1987Cell. 1978;15:1-14.组合多样性链接多样性受体编辑体细胞高频突变89The discovery of the recombination activating genes 1/2 (RAG-1/2) in the late 1980s by David Baltimore and colleagues provided the mech

6、anistic explanation for the initial steps of DNA strand breakage in both Ig and T-cell receptor rearrangement.Cell. 1989;59:1035-1048.Science. 1990;248:1517-1523.David Baltimore1975 Recipient of Nobel Prize in Physiology or Medicine fortheirdiscoveriesconcerningtheinteractionbetweentumourvirusesand

7、thegeneticmaterialofthecell BCR and TCRHeavy Chain Gene FamilyGerm line gene organizationIntrons separate exons coding for H chain domainsHeavy chain genes， on chromosome 14; Vn=65, Dn=27PL V1PLVnPL V2D2D3D1DnCCC3C 2C C 1C 1C 4CJ2J3J5J1J4ECH1CH2CH3CH4，C 23J6V65-D30-J6-C9Light Chain Gene FamiliesGerm

8、 line gene organizationJ 1C 1EJ 2C 2EJ 3C 3EJ 4C 4EPLV1PLV nPLV 2Lambda light chain genes, on chromosome 22; n=30V70100-(J-C)4PLV1PLV nPLV 2J 2J 3J 5C EJ 1J 4Kappa light chain genes, on chromosome 2; n=40V85-J5-C2、免疫球蛋白基因重排（gene rearrangement）可变区基因重组的机制重组信号序列(recombination signal sequence, RSS)在VH和V

9、L基因3端、J基因5端和D基因两端有高度保守的核苷酸序列，包括一个7核苷酸组成的七聚体(heptamer)和一个9核苷酸组成的九聚体(nonamer)，两者间隔121或231个核苷酸，称为RSS只有间隔12个碱基对和间隔23个碱基对的RSS之间发生重组，而间隔长度相等的RSS之间不发生重组，这就是12/23碱基对规律(12/23 base pair rule)，也叫做1+2圈规律(1+2 turn rule) 等位排斥（allelic exclusion）： 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，先重排成功的重链抑制另一条染色体上重链基因的重排。 这

10、样对遗传上是杂合子的个体来说，也同样保证了一个B细胞只表达一种轻链和一种重链，也即只表达一种特异抗原受体。 同种型排斥（isotype exclusion）： 是指两种轻链(和链)之间的排斥， 链基因表达成功即抑制链基因的表达。等位排斥和同种异型排斥组合多样性（combinatorial diversity）连接多样性（junctional diversity）受体编辑 （receptor editing）体细胞高频突变（somatic hypermutation） 抗体多样性产生机制（1）胚系细胞所携带的遗传信息包括多副本的V基因、D基因、J基因及轻链重链等随机配对所形成的多样性以IgH为例

11、，按50个VH基因、30个D基因、6个JH基因、40个V基因、5个J基因计算，固有多样性可达：503064051.8106（2）接头处的变化所产生的多样性（junctional diversity）这种变化不依赖于抗原，发生在CDR3，包括重组时编码端核苷酸的删除、添加、P核苷酸和N区的形成等有些是在原有遗传信息基础上的变化，如接头处不准确连接所造成的编码框架的变化、D段阅读框架的变化、P核苷酸的形成等有些与基因DNA中携带的信息无关，如N区的形成估计CDR3的多样性可达1014（3）受体编辑 （receptor editing）一些完成基因重排并成功表达BCR（mIgM）的B细胞识别自身抗原

12、后未被克隆清除，而是发生RAG基因重新活化，导致轻链VJ再次重排，合成新的轻链，替代自身反应性轻链，从而使BCR获得新的特异性。若受体编辑不成功，则该细胞凋亡。（4）体细胞高频突变（somatic hypermutation）亲和力成熟过程中的体细胞突变仅发生于重组后的可变区基因及其3端和5端300个左右碱基以内，而不见于恒定区，主要是点突变，也可能有插入和缺失，相当于“微调”突变率比细胞中正常基因高105倍发生在生发中心（germinal center）HV(D)J基因片段的组合VDJ组合多样性652761100040052003004120重链/轻链11000(200+120)3.5106

13、不准确连接多样性增加100倍核苷酸插入多样性增加300倍多样性预期10101011IGH基因超突变突变频率是其它基因的百万倍以上抗体分子的多样性B细胞在外周淋巴器官中的分化发育B细胞受体(BCR)的发育 BCR的基因结构及其重排 抗原识别受体多样性产生机制 B细胞在中枢免疫器官中的分化发育 B细胞中枢免疫耐受形成自身免疫耐受的形成B细胞在骨髓的发育一、B细胞的分化发育23B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：1、功能性B细胞（抗原）受体（B cell receptor，BCR）的表达；2、自身免疫耐受的形成。24B细胞中枢免疫耐受的形成：在骨髓中发育的未成熟的B细胞通过克隆清除

14、、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。骨髓造血微环境骨髓基质中的细胞因子骨髓基质中的粘附分子抗原非依赖期（骨髓微环境 ） 抗原依赖期 （外周淋巴结 ）是B细胞发育的必要条件B淋巴细胞的分化发育26B淋巴细胞的发育表达CD79a/CD79b27记忆细胞(Ig基因成熟)浆细胞造血干细胞 祖/前B细胞 成熟B细胞 B母细胞Ig基因处于种系状态Ig重/轻链基因重组膜表面Ig阳性Ig基因趋于成熟分泌Ig骨髓骨髓骨髓、粘膜外周淋巴细胞生发中心抗原非依赖期抗原依赖期28B-cell developmentCLP:common lymphoid progenitorSurrogate L ch

15、ains (SLCs) is a heterodimer consisting of 5 and VpreB.SLCs with the H chain to form the so-called pre-BCR in murine and human pre-B cells.体细胞高频突变抗体类别转换29一、B细胞的分化发育二、B细胞活化的调控机制B 细胞的抗原识别系统BCR 复合物B 细胞活化共受体复合物（coreceptor complex）其他辅助分子2. B 细胞抗原识别后的信号转导3. B 细胞激活后信号转导的负性调控机制4. B细胞亚群及功能 掌握5. B 细胞活化异常与免疫疾病

16、主要内容掌握30二、B 细胞的抗原识别系统（B细胞表面分子）BCRIg(CD79a)/Ig(CD79b)B细胞共受体协同刺激受体其他表面分子31 CR1BCR复合体CD19-CD21-CD81CD72ICAM-1MHC分子 丝裂原受体LFA-1FcRB淋巴细胞CD45BCRFcRCRMHC-IICD40有丝分裂原受体32Thomas F. TedderTuckerW. LeBienA graduate student (T.F.T.) with Max CooperA postdoctoral fellow (T.W.L.) with John Kersey.Charting the B-ce

17、ll surface33Blood, 2008, 112:1570-158034Importantly, ritixumab is a chimeric CD20 mAb, which was the first mAb approved by the Food and Drug Administration (FDA) for clinical use in cancer therapy (eg, follicular lymphoma).利妥昔单抗(Rituximab) 35B细胞抗原受体（BCR）是嵌入细胞膜类脂分子中的膜表面免疫球蛋白(mIg)，乃B细胞的特征性表面标志，也是B细胞特异

18、性识别不同抗原表位的分子基础。B细胞抗原受体（BCR）复合物是由识别和结合抗原的膜表面免疫球蛋白(mIg)和传递抗原刺激信号的Ig(CD79a)/Ig(CD79b)异二聚体非共价结合组成。通常包括1个mIg分子与 2个Ig/Ig异二聚体。B细胞抗原受体复合物3637能结合特异性Ag，结合位点是VH和VL的高变区。mIg的胞内段短仅3个氨基酸（KVK/赖缬赖），不能转导抗原刺激信号。 其IgH链分为亲水或疏水性COOH-末端，有分泌型和膜结合型；成熟B细胞的BCR主要是mIgM和mIgD。mIg特点3839Ig(CD79a)/Ig(CD79b)结构特点： I型跨膜蛋白两者以二硫键连接为异源二聚体

19、胞内均有ITAM若表达缺陷，也不能诱导mIg的表达功能：1.转导抗原与BCR结合所产生的信号; 2.参与Ig从胞内向胞膜的转运。BCR介导的抗原内吞抗原加工和提呈（MHC II类分子提呈途径）T细胞识别抗原TD-AgT细胞表位B细胞表位BCR识别抗原41B细胞共受体复合物由B细胞表面CD19/CD21/CD81非共价相联形成。主要作用是增强BCR与抗原结合的稳定性并与CD79a/CD79b共同传递B细胞活化的第一信号。CD19表达于除浆细胞之外B细胞谱系发育各个阶段和FDC，参与启动信号转导、生发中心生成和抗体亲和力成熟等。 CD21主要表达于成熟B 细胞和FDC，为C3d受体；也是B细胞上的

20、EB病毒受体。作用：结合补体裂解片段、促进B细胞增殖（可溶性CD23分子作为配体）、FDC通过CD21固定和浓缩抗原、EB病毒通过CD21感染B细胞CD81和B淋巴细胞的增殖相关。B细胞共受体4243CD19作为B细胞的标志进行分析和B细胞分选通过结合抗原补体复合结构中的C3裂解片段C3d、C3dg，共受体复合物与BCR交联成簇，CD19胞质区酪氨酸磷酸化，进一步招募和结合Src家族如Lyn，以及PI3K等多种激酶，放大抗原刺激BCR信号,增强B细胞对抗原刺激的敏感性451.CD40：表达于成熟B细胞,配体为CD40L表达于活化的T细胞， CD40-CD40L相互作用给予B细胞活化第二信号，对

21、B细胞分化和抗体产生以及类别转换有重要作用。2. CD80和CD86：静息B细胞不表达或低表达,活化B细胞表达增强。相应受体是T细胞表面的CD28分子,二者结合相互作用可产生协同剌激信号(T细胞活化第二信号),使T细胞激活 。3.其他黏附分子：ICAM-1（CD54）、LFA-1(CD11/CD18)，与相应配体结合后参与细胞间的接触，具有协调刺激作用。其他辅助分子其他辅助分子4. CD45：又名白细胞共同抗原。CD45磷酸酶通过作用于Src PTK C端调节区505位磷酸化的酪氨酸残基脱磷酸化，解除Src PTK的抑制状态，调控Src PTK 活性5. 丝裂原的膜结合分子：美洲商陆(PWM)

22、对T细胞和B细胞均有致有丝分裂作用；脂多糖(LPS)可与B细胞上的LPS受体结合，刺激B细胞的活化、增殖和分化，是常用的小鼠B细胞丝裂原。6. CD20：在B细胞的增殖分化中起调节作用。是B细胞特异性标志，是治疗性单抗识别的靶分子。477.CD22：特异性表达于B细胞，其胞内段含有ITIM模体，是B细胞的抑制性受体，能负调节CD19/CD21/CD81共受体。8.CD32(FcR) ：FcRB亚型能负反馈调节B细胞活化和抗体分泌。其他表面分子489.补体受体（CR）：多数B细胞表面表达CR1和CR2(即CD35和CD21)。10.细胞因子受体：B细胞表面表达IL-1R、IL-2R、IL-4R、

23、IL-5R、IL-6R、IL-7R及IFN-R等多种细胞因子受体。细胞因子通过与B细胞表面相应受体结合而参与或调节B细胞活化、增殖和分化。11. MHC：B细胞可表达MHC-类和MHC-类分子。MHC-类分子可与Th细胞表面CD4结合，增强B细胞与Th细胞间的黏附作用，并参与抗原递呈和淋巴细胞激活。50B细胞活化的双信号IFN-g , IL-4, IL-5第2信号ThCD40 CD40LMHC-II/抗原肽 / TCRCD4B第1信号活性封闭没有Th细胞的帮助第1信号BCD40 CD40L51IgaIgbB细胞通过表面分子与Th细胞的相互作用MHCII类分子B细胞和T细胞抗原识别结构的主要成分

24、的比较53一、B细胞的分化发育二、B细胞活化的调控机制B 细胞的抗原识别系统BCR 复合物B 细胞活化共受体复合物（coreceptor complex）其他辅助分子2. B 细胞抗原识别后的信号转导3. B 细胞激活后信号转导的负性调控机制4. B细胞亚群及功能 掌握5. B 细胞活化异常与免疫疾病主要内容掌握三、B 细胞抗原识别后的信号转导抗原结合导致受体交联成簇，启动B细胞的跨膜转导参与B细胞激活后跨膜信号转导的Src PTK家族成员LYN、FYN、BLK、LCKB 细胞激活后的胞内信号转导途径 磷脂酰肌醇途径、PI3K 激活PKC 途径以及Ras- MAPK 途径Trends in I

25、mmunology 31 (2010) 205211200 to 500 AngstromsTD-AgTI-Ag蛋白质抗原多糖、糖脂、核酸抗原B 细胞激活后的胞内信号转导: 磷脂酰肌醇途径、PI3K 激活PKC 途径以及Ras- MAPK 途径参与B细胞激活后跨膜信号转导的Src PTK家族成员主要包括LYN、FYN、BLK、LCKCD22 分子介导的负性调控FcRIIb 受体介导的负性调控B 10 B 细胞介导的负性调控四、B 细胞激活后信号转导的负性调控机制CD22胞质区ITIM，可结合带有SH2结构域的蛋白酪氨酸磷酸酶SHP-1；SHP-1能够作用于邻近的信号转导复合物上的pY脱磷酸化，

26、是B细胞活化中的抑制性受体抗BCR独特型抗体（抗抗体，IgG）或抗原抗体复合物通过交联BCR和FcRII-B分子抑制B细胞增殖；产生抗抗体的前提必须是BCR或相应抗体分子大量出现（超过免疫系统感知阈值、以特定独特型为表位的自身抗原，产生相应的抗BCR抗体），这只能是B细胞充分激活的结果B细胞表面的FcgRII-B60调节性B细胞（regulatory B cell，Breg） 近年来在人和小鼠体内均确定存在一群具有免疫抑制功能的Breg，其表面表达CD19、IgM、CD5，高表达CD24和CD1d且分泌IL-10。Breg表达BCR和B细胞激活因子（BAFF）受体，可通过产生IL-10、IL-

27、35和TGF-，抑制病理性Th细胞亚群、其他炎性淋巴细胞和巨噬细胞等的激活，并可诱导CD4+CD25-T细胞分化为Foxp3+Treg和Tr1调节细胞。B 10 B 细胞介导的负性调控61五、B细胞亚群及功能B-1细胞B-2细胞B-1细胞与B-2细胞的异同其它B细胞亚群（自学）62B细胞亚群63 根据B细胞是否表达CD5分子，可分为CD5+B1细胞和CD5-B2细胞两个亚群。 大部分B细胞自胎肝干细胞发育分化为表达CD5的B1细胞。 B细胞从骨髓前体细胞发育分化为不表达CD5的B2细胞。有两个主要的B细胞亚群是从B2细胞前体分化而来，即滤泡B细胞（Fo-B）和边缘区 B细胞（Mz-B），其中F

28、o-B细胞是循环淋巴细胞，Mz-B细胞则主要定居于脾脏的边缘区，在人的淋巴结中也能发现该细胞。64分布: 分布于胸腔、腹腔和肠壁固有层中表面标志: CD5+、mIgM+、抗原识别谱：针对TI抗原应答特点: 不需要Th细胞辅助，产生IgM类低亲和力抗体、不发生抗体类别转换、无免疫记忆B-1细胞亚群根据是否表达CD5把B细胞分为B-1和B-2两群细胞65分布: 体内出现较晚，定位于淋巴器官 表面标志: CD5-、mIgM+、 mIgD+抗原识别谱：广，主要识别TD抗原应答特点: 1)直接识别抗原决定基，需要Th的辅助。 2)可产生高亲和力抗体（IgG、IgA、IgE) 3)有抗体类型转换、免疫记忆

29、和再次应答B-2细胞亚群66TI与TD抗原6768性质B-1细胞B-2细胞CD5CD23 产生时间胎儿期出生后更新方式自我更新骨髓产生自发性Ig产生高低分泌的Ig类型IgM为主IgG为主体细胞突变频率低/无高T细胞依赖亲和力成熟免疫记忆 少/无 有B-1细胞与B-2细胞的异同69B淋巴细胞的功能 产生抗体 提呈抗原 免疫调节70Multifunctional attributes of B cellsBlood, 2008, 112:1570-1580.711. 产生抗体介导体液免疫应答 介导特异性体液免疫应答, 中和、调理、ADCC、参与补体的溶细胞或溶菌作用、参与I型超敏反应。2. 提呈可

30、溶性抗原 B细胞通过BCR结合可溶性抗原，经加工后以抗原肽-MHC分子复合物形式提呈给T细胞。3. 免疫调节 B细胞通过与其他细胞接触及产生细胞因子参与免疫调节、炎症反应及造血过程。B细胞的主要生物学功能抗体的生物学效应（一）中和作用中和毒素（细菌外毒素、昆虫和蛇毒素） 中和抗体中和病原体 高亲和力IgG 与病毒、细菌表面蛋白结合，阻止入侵细胞。（二）免疫调理作用IgG、IgA 的 Fab 段与病原体结合，其Fc段与吞噬细 胞表面FcR 结合，从而促进吞噬细胞吞噬病原体。 抗体的调理作用抗体的生物学效应 （三）激活补体IgG 的Fab 段与抗原结合，Fc 段与NK 细胞、巨噬细胞、中性粒细胞的

31、 FcRIII 结合，介导效应细胞杀伤携带特异性抗原的靶细胞，此为ADCC作用。（四）抗体依赖性细胞介导的细胞毒作用（ADCC） IgG 和IgM 与抗原结合形成免疫复合物，通过经典途径，激活补体系统，发挥杀菌、溶菌作用。 C3b结合病原体，与吞噬细胞表面C3bR结合，促进吞噬。抗体依赖性细胞介导的细胞毒作用（ADCC）抗体的生物学效应 （五）分泌型IgA的局部抗感染作用 型超敏反应由IgE介导，、型超敏反应由IgG、IgM介导。某些自身免疫病损伤与、型超敏反应有关。 （六）抗体的病理损伤抗黏附素的分泌型IgA抗体，位于呼吸道、消化道和生殖道黏膜表面，可阻止细菌、病毒和其他病原体入侵。抗体的生

32、物学效应免疫缺陷超敏反应自身免疫性疾病促肿瘤生长六、B 细胞活化异常与免疫疾病Abnormalities in B-cell development: immunodeficienciesB-cell abnormalities: leukemia and lymphomasAbnormalities in B-cell regulation: autoimmunity（一） Abnormalities in B-cell developmentThe importance of genes encoding the pre-BCR and downstream signaling molec

33、ules has been demonstrated in gene-targeted mice and patients with primary immunodeficiencies.Perhaps the best studied is the Bruton tyrosine kinase (BTK) gene mutated in X-linked agammaglobulinemia (XLA).Btk plays a central role in signaling downstream of pre-BCR and BCR activation, primarily by pr

34、omoting calcium flux.All XLApatients have a block at the pro-B to large pre-B-cell transition in marrow, and a substantial reduction in the percentage of normal peripheral blood B cells.Abnormalities in B-cell development and XLAHuman B-cell malignancies（二） B-cell abnormalitiesMolecular crosstalk be

35、tween malignant B cells, exemplified for CLL B cells, and the microenvironment.A series of checkpoints normally controls B-cell selection, both centrally in the marrow and in the peripheral lymphoid tissues; in the latter a second screening process for reactivity with peripheral self-antigens result

36、s in apoptosis, receptor editing, or anergy.However, disruption of the delicate balance between activating and inhibitory signals that regulate normal B-cell activation and longevity can predispose to pathogenic autoantibody production and autoimmunity.（三）Abnormalities in B-cell regulation1. B cells

37、 in HIV infection and diseaseAlthough a close correlation between autoantibody production and systemic autoimmune disease is universally acknowledged, the precise contributions of autoantibodies and their autoantigen targets to disease pathogenesis remain to be elucidated in many human syndromes.B c

38、ells may contribute to autoimmune pathogenesis by presentation of autoantigen to T cells, or through production of proinflammatory cytokines2. Role of B cells in autoimmune diseasesB cells regulate immune responses and immune system developmentB cells, autoantibodies, and T cells interact to drive many autoimmune diseasesAutoantibodies contribute