医学免疫学：B细胞及其介导的体液免疫应答（1）

1、1,B细胞及其介导的体液免疫应答（1）,免疫系统,固有免疫 （树突状细胞，巨噬细胞等）,适应性免疫 （T, B淋巴细胞）,细胞性免疫,体液免疫(抗体产生),3,N Engl J Med, 2008, 358:929-939.,Ag,Ab,Ag,4,一、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 细胞活化异常与免疫疾病,主要内容,掌握,5,掌握BCR特点、细胞表面主要膜分子及其作用 掌握B

2、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,6,B Lymphocyte,得名于鸟类法氏囊（Bursa of Fabricius）和哺乳动物骨髓（Bone 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。,8,Martin Raf

3、f and Cooper collaborated to identify precursor (pre)-B cells in murine fetal liver and marrow. Early production 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 d

4、iversity in humans. Eur J Immunol. 1977;7:804-810.,Martin Raff,Max Cooper,9,B-cell development in mice and humans has 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

5、, 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 awarded the Nobel Prize in Physiology or Medicine in 1987 for this discovery.,Susumu Tonegawa （利根川進） Nobel Prize winner in 1987,Cell. 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,10,11,The

6、discovery of the recombination activating genes 1/2 (RAG-1/2) in the late 1980s by David Baltimore and colleagues provided the mechanistic 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.,Davi

7、d Baltimore,1975 Recipient of Nobel Prize in Physiology or Medicine fortheirdiscoveriesconcerningtheinteractionbetween tumourvirusesand thegeneticmaterialofthecell,BCR and TCR,Heavy Chain Gene FamilyGerm line gene organization,Introns separate exons coding for H chain domains,Heavy chain genes， on c

8、hromosome 14; Vn=65, Dn=27,V65-D30-J6-C9,Light Chain Gene FamiliesGerm line gene organization,V70100-(J-C)4,2、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VL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

9、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

10、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，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

11、 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。,

12、（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）,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,25,B细胞在中枢免疫器官中的分化发

13、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。,26,B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、受体编辑、克隆失能和免疫忽视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,28,B淋巴细胞的发育,表达CD79a/CD79b,29,造血干细胞 前B细胞 成熟B细胞 B母细胞,抗原非依赖期,抗原依赖期,30,B-cell devel

14、opment,CLP:common lymphoid progenitor Surrogate L chains (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,31,一、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

15、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 细胞活化异常与免疫疾病,主要内容,掌握,32,二、B 细胞的抗原识别系统 （B细胞表面分子）,BCR Ig(CD79a)/Ig(CD79b) B细胞共受体 协同刺激受体 其他表面分子,33,CR1,BCR复合体,CD19-CD21-CD81,CD72,ICAM-1,MHC分子,丝裂原受体,LFA-1,FcR,B淋巴细胞,CD45,BCR FcR CR MHC-II CD40 有丝分裂原受体,34,Thomas F. Tedder,TuckerW. LeBien,A graduate student (T.F.T.)

16、 with Max Cooper,A postdoctoral fellow (T.W.L.) with John Kersey.,Charting the B-cell surface,35,Blood, 2008, 112:1570-1580,36,Importantly, 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

17、lymphoma).,利妥昔单抗(Rituximab),37,B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,38,39,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

18、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,40,41,Ig(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 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-Ag,T细胞表位,B细胞表位,BCR识别抗原,43,B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C

19、D79a/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,44,45,CD19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

20、，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,47,1.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

21、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)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。,49,7.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/

22、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,50,9.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、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。,52,B细胞活化的双信

23、号,第2信号,Th,CD40 CD40L,MHC-II/抗原肽 / TCR,CD4,B,第1信号,没有Th 细胞的帮助,第1信号,B,CD40 CD40L,53,Iga,Igb,B细胞通过表面分子与Th细胞的相互作用,MHC II类分子,B细胞和T细胞抗原识别结构的主要成分的比较,55,一、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 细胞活化异常与免疫疾病,主要内容,掌握,三、B 细胞抗

24、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、LCK B 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 Immunology 31 (2010) 205211,200 to 500 Angstroms,TD-Ag,TI-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L

25、YN、FYN、BLK、LCK,抗原结合导致受体交联成簇，启动B细胞的跨膜转导,CD22 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，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

26、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-B,63,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-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,64,五、B细胞亚群及功能,B-1细胞 B-2

27、细胞 B-1细胞与B-2细胞的异同 其它B细胞亚群（自学）,65,B细胞亚群,66,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Fo-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。,67,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:

28、 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,68,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、免疫记忆和再次应答,B-2细胞亚群,69,TI与TD抗原,70,71,B-1细胞与B-2细胞的异同,72,B淋巴细胞的功能,产生抗体 提呈抗原 免疫调节,73,Multifunctional attr

29、ibutes of B cells,Blood, 2008, 112:1570-1580.,74,1. 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,宿主抗金黄色葡萄球菌感染的免疫防御机制？,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

30、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 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

31、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: immunodeficiencies B-cell abnormalities: leukemia and lymphomas

32、 Abnormalities in B-cell regulation: autoimmunity,（一） Abnormalities in B-cell development,The importance of genes encoding the pre-BCR and downstream signaling molecules has been demonstrated in gene-targeted mice and patients with primary immunodeficiencies. Perhaps the best studied is the Bruton t

33、yrosine 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 promoting calcium flux. All XLApatients have a block at the pro-B to large pre-B-cell transition in marrow, and a substantial reduction

34、 in the percentage of normal peripheral blood B cells.,Abnormalities in B-cell development and XLA,Human B-cell malignancies,（二） B-cell abnormalities,Molecular crosstalk between malignant B cells, exemplified for CLL B cells, and the microenvironment.,A series of checkpoints normally controls B-cell

35、 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 results 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 regulation,1. B cells in HIV infection and disease,Although a close correlation between autoantibody production and systemic auto