人民卫生出版社：《医学免疫学》课程教学资源（电子教材）第十三章 B淋巴细胞介导的特异性免疫应答

第十三章B淋巴细胞介导的特异性免疫应答细菌、真菌等病原体在机体内的细胞外微环境中完成增殖过程，胞内病原体也通过胞外体液环境进行播散和致病。机体免疫系统对于细胞外体液微环境稳态的保护主要通过体液免疫应答（humoralimmuneresponse）来完成。病原体及其抗原成分进人机体后可诱导抗原特异性B细胞活化、增殖并最终分化为浆细胞，产生特异性抗体进人体液，通过抗体的中和作用、调理作用以及对补体的活化作用而阻止机体内病原体的吸附、感染。依据抗原种类和成分的不同，B细胞介导的免疫应答可分为对胸腺依赖抗原（thymus-dependentantigen，TD-Ag）的免疫应答和对胸腺非依赖抗原（thymus-independentantigen，TI-Ag）的免疫应答。在免疫应答过程中，前者需要辅助性T细胞的辅助，而后者不需要。第一节B细胞对TD抗原的免疫应答一、B细胞对TD抗原的识别BCR是B细胞特异性识别抗原的受体。BCR识别抗原对B细胞的激活有两个相互关联的作用：BCR特异性结合抗原，产生B细胞活化的第一信号；B细胞内化BCR所结合的抗原，并对抗原进行加工，形成抗原肽-MHCⅡI类分子复合物（peptide-MHCIIcomplex，pMHCIⅡI），提呈给抗原特异性Th识别,Th活化后通过表达的CD40L与B细胞表面CD40结合，又提供B细胞活化的第二信号。BCR对抗原的识别与TCR识别抗原不同：①BCR不仅能识别蛋白质抗原，还能识别多肽、核酸、多糖类、脂类和小分子化合物类抗原；②BCR既能特异性识别完整抗原的天然构象，也能识别抗原降解所暴露表位的空间构象；③BCR对抗原的识别不需APC的加工和提呈，亦无MHC限制性。二、B细胞活化需要的信号与T细胞相似，B细胞活化也需要双信号：特异性抗原提供第一信号启动B细胞活化，而共刺激分子提供的第二信号使B细胞完全活化。B细胞活化后的信号转导途径也与T细胞相似。（一）B细胞活化的第一信号B细胞活化的第一信号又称抗原刺激信号，由BCR-CD79a/CD79b（BCR-Igα/β）和CD19/CD21/CD81共同传递。1.BCR-CD79a/CD79b信号BCR与抗原特异性结合后即启动B细胞活化的第一信号。但由于BCR重链胞浆区短，自身不能传递信号，故需经BCR复合物中的CD79a/CD79b将信号转人B细胞内。与CD3类似，CD79a/CD79b胞浆区亦存在ITAM基序。当BCR被多价抗原交联后，BIk等Sac家族酪氨酸激酶被激活并使CD79a/CD79b胞浆区的ITAM基序磷酸化。随后Syk等酪氨酸激酶被募集、活化，启动信号转导的级联反应。活化信号经过PKC、MAPK及钙调蛋白等信号转导通路继续转导并最终激活NF-kB和NFAT等转录因子，启动与B细胞活化、增殖、分化相关基因的表达（图13-1）。（动画13-1“B细胞的第一信号"）2.BCR共受体的增强作用已知C可以与抗原结合，发挥调理作用。通过调理作用被补体C标记过的抗原，可以理解为抗原被天然免疫系统打上“危险”标签，将会被BCR更有效识别。成熟107

108第十三章B淋巴胞介导的特异性免疫应答IgMCD79nD79FCESykP一CEyniPPBlkPGrb-2 SosLVEDSLP-65PPBtkPLCYSos活化PLC磷酸化Ras-GDP甘油二酯(DAG)胞内Ca*浓度升高Ras-GTP+PKCMAP激酶活化钙调磷酸酶V+NFATNF-KBAP-1图13-1BCR复合物介导的胞内信号转导抗原交联并激活BCR后，与CD79a/CD79b胞内区相联的酪氨酸激酶Blk、Fyn或Lyn等活化，使CD79a/CD79b胞内段的ITAM酪氨酸残基被磷酸化，随即募集并活化Syk，进而启动细胞内信号转导的级联反应B细胞表面的CD19/CD21/CD81以非共价键组成BCR共受体复合物。CD21自身不传递信号，但能识别与BCR-抗原结合的C3d，并通过交联CD19向胞内传递信号。CD19的胞浆区有多个保守的酪氨C3d酸残基，能募集Lyn、Fyn等多个含有SH2结构域的CD21CD79aCD79bIgM信号分子。CD81为4次跨膜分子，其主要作用可能CCD81是连结CD19和CD21，稳定CD19/CD21/CD81复合物。补体受体作为BCR共受体，其转导的信号加强了由BCR复合物转导的信号，明显降低了抗原激活eCD19磷酸化脚章B细胞的阈值，从而显著提高B细胞对抗原刺激的加强BCR复合物转导的信号敏感性（图13-2）。研究表明，共受体可增强B细胞活化信号1000倍以上。图13-2B细胞共受体在B细胞活化中的作用（二）B细胞活化的第二信号BCR识别抗原后经CD79a/CD79b传导B细胞B细胞活化的第二信号又称共刺激信号，由Th活化的第一信号。同时，抗原可经补体片段C3d细胞与B细胞表面多对共刺激分子相互作用产生，与补体受体CD21连接，进一步促进CD19/CD21/CD81复合物中的CD19磷酸化，从而加其中最重要的是CD40/CD40L。CD40组成性表达强B细胞的活化信号在B细胞、单核细胞和DC表面；CD4OL则表达在活

第十三章B淋巴胞介导的特异性免疫应答109化的Th细胞表面。CD40L与CD40相互作用，向B细胞传递活化的第二信号。与T细胞类似，如果只有第一信号没有第二信号，B细胞不仅不能活化，反而会进入失能的耐受状态。（三）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（如IL-4、IL-5、IL-21)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。（四）T、B细胞的相互作用B细胞对TD抗原的应答需要T细胞辅助，这种辅助主要表现在两个方面：①T细胞表面的共刺激分子可提供B细胞活化必需的第二信号；②T细胞分泌的细胞因子促进B细胞的活化、增殖和分化。T、B细胞间的作用又是双向的：一方面，B细胞可作为APC加工、提呈pMHCIⅡI活化T细胞，诱导T细胞表达多种膜分子和细胞因子；另一方面活化的T细胞表达CD40L，为B细胞提供活化的第二信号，CD40/CD40L结合可诱导静止期B细胞进人细胞增殖周期；活化T细胞分泌的细胞因子诱导B细胞进一步增殖和分化。T和B细胞经TCR和pMHCIⅡ特异性结合后，多个黏附分子对（如LFA3/CD3、ICAM-1/LFA1、MHCⅡ类分子/CD4等）形成免疫突触（immumesynapse）（图13-3）（动画13-2“B细胞免疫突触的形成过程”），促使T、B细胞结合更牢固，并使Th细胞分泌的细胞因子局限在突触部位高效协助B细胞进一步增殖、类别转换、亲和力成熟、产生抗体和分化为浆细胞或记忆B细胞。ICAM-1LFA-1B细胞Th细胞CD80/86CD28活化信号②抗原★Th活化MHCI类分子TCRABCR抗原加工、提呈E活化信号68CD79aM福CD4CD79b舌化信号活化信号②+CD40CD40LB细胞活化ICOSLICOSVVY细胞因子图13-3:B细胞与Th细胞的相互作用BCR识别并结合抗原，抗原-抗体复合物内化，抗原被加工成抗原肽后与MHCIⅡI类分子形成复合物，提呈给T细胞的TCR，产生T细胞活化的第一信号。B细胞识别抗原后表达CD80/86分子，与T细胞表面的CD28结合提供T细胞活化的第二信号。活化的T细胞表达CD40L，与B细胞表面组成性表达的CD40结合，产生B细胞活化的第二信号。活化的Th细胞分泌IL-2、IL-4、IL-21、IL-6等多种细胞因子，诱导活化B细胞的分化和Ig的产生三、B细胞的增殖和终末分化经双信号刺激完全活化的B细胞具备增殖和继续分化的能力。活化的B细胞在外周淋巴器官的T、B细胞区交界处形成初级聚合灶（primaryfocus），B细胞可直接在初级聚合灶中分化为浆母细胞分

110第十三章B淋巴细胞介导的特异性免疫应答泌抗体，也可迁移至淋巴滤泡形成生发中心，并经历体细胞高频突变、亲和力成熟和类别转换，分化为浆细胞或记忆B细胞，发挥体液免疫功能。（一）B细胞的滤泡外活化血液循环中的B细胞穿过高内皮微静脉（HEV）进入外周淋巴器官的滤泡的过程中，滤泡树突状细胞（follicularDC，FDC）或巨噬细胞将抗原提呈给B细胞识别。FDC高表达Fc受体和补体受体，结合抗原-抗体或抗原-抗体-补体复合物后可形成串珠状小体（iccosome）供B细胞识别或内吞。FDC在激发体液免疫应答及产生和维持记忆性B细胞中起到十分关键的作用。另一种与B细胞分化密切相关的细胞是滤泡辅助性T细胞（follicularhelperTcell,Tfh），在B细胞分化为浆细胞、产生抗体和Ig类别转换中发挥重要作用。微生物或病毒抗原通过淋巴液流人淋结，或通过血流进入脾脏。其中大部分经过补体的调理作用（opsonized），结合C3b（或C3dg），被FDC或巨噬细胞表面的补体受体CR1和CR2所识别、捕获，滞留在淋巴滤泡内。识别了FDC或巨噬细胞提呈的抗原的B细胞获得活化所需的第一信号，开始上调CCR7的表达。随后，B细胞依赖CCR7迁移到T细胞区，在T-B细胞区交界处，与活化的Th细胞相遇，接受第二信号进而完全活化。（二）初级聚合灶的形成在B细胞和T细胞初次接触活化2~3天后，B细胞下调CCR7的表达，离开T、B细胞交界区，向滤泡间区、边缘窦（淋巴结）或T细胞区与红髓交界处（脾脏）迁移。在这些区域内，B细胞经过进一步增殖和分化，形成初级聚合灶。初级聚合灶一般在感染初次免疫应答5天后形成。B细胞在初级聚合灶中将会存活数天，介导第一阶段的体液免疫应答。部分B细胞在初级聚合灶中分化成为浆母细胞（plasmablasts），经历Ig类别转换并分泌抗体。浆母细胞寿命较短，通常只有数天，并且不具备长距离迁移到骨髓的能力。浆母细胞分泌的抗体可以与FDC固定的抗原形成免疫复合物（包含抗原、抗体以及补体），促进FDC分泌细胞因子募集活化的B细胞向淋巴滤泡迁移，进而形成生发中心。此外，浆母细胞还通过T、B细胞相互作用，促进Th向Th细胞分化和向滤泡迁移。（三）生发中心的形成生发中心（germinalcenter）又称为次级淋巴滤泡，是B细胞对TD抗原应答的重要场所，由活化B细胞快速分裂增殖所形成。生发中心在抗原刺激后1周左右形成，其中的B细胞被称为中心母细胞（centroblast），其特点为分裂能力极强，不表达mlg。中心母细胞分裂增殖产生的子代细胞称为中心细胞（centrocyte），其分裂速度减慢或停止且体积较小，表达mlg。随着中心细胞扩增，生发中心可分为两个区域：一个是暗区（darkzone），分裂增殖的中心母细胞在此紧密集聚，在光镜下透光度低；另一个为明区（lightzone），细胞较为松散，在光镜下透光度高，为B细胞与FDC、Th细胞相互作用的区域R口（图13-4）。在明区，中心细胞在FDC和Tfh协同作用下继续分化，经过阳性选择完成亲和力成熟过程，只有表达高亲和力mlg的B细胞才能继续分化发育，其余大多数中心细胞则发生凋亡。在这里，B细胞最终分化成浆细胞产生抗体，或分化成记忆性B细胞（动画13-3“B细胞活化及生发中心的形成”3（四）体细胞高频突变、lg亲和力成熟和阳性选择中心母细胞的轻链和重链V基因可发生体细胞高频突变（somatichypermutation）。每次细胞分裂，IgV区基因中大约有1/1000碱基对突变，而一般体细胞自发突变的频率是1/10"~1/10°。体细胞高频突变与Ig基因重排一起导致BCR多样性及体液免疫应答中抗体的多样性。体细胞高频突变需要抗原诱导和Th细胞的辅助。体细胞高频突变后，B细胞进人明区，其命运有两种：大多数突变B细胞克隆中BCR亲和力降低甚至不表达BCR，不能结合FDC表面的抗原进而无法将抗原提呈给Th获取第二信号而发生调亡；少部分突变B细胞克隆的BCR亲和力提高，表达抗调亡蛋白而继续存活。这就是B细胞成熟过程中的阳性选择，也是抗体亲和力成熟的机制之一

第十三章已淋巴纸胞介导的特异性免疫应答111HEVHEVITT1TTBTTfhOO1H业CTO区TDCFDC?T?CBT细胞区BBTTBCBBQ生发中心细胞BBBOBPB生发中心母细胞O区BBBR3CBRBB维胞区生发中心AB细胞的活化及生发中心的形成图13-4T、B细胞经高内皮微静脉（HEV)进人外周淋巴器官的T细胞区和B细胞区，在Th辅助下活化的部分B细胞进入B细胞区，分裂增殖形成生发中心。生发中心母细胞紧密聚集形成生发中心暗区，生发中心细胞与众多滤泡树突状细胞（FDC）接触形成生发中心明区在初次应答时，大量抗原可激活表达不同亲和力BCR的B细胞克隆，而这些B细胞克隆大多产生低亲和力抗体。当大量抗原被清除，或再次免疫应答仅有少量抗原出现时，表达高亲和力BCR的B细胞克隆会优先结合抗原并得到扩增，最终产生高亲和力抗体，此即为抗体亲和力成熟（affinitymaturation)。（五）lg的类别转换B细胞在Ig重链V区基因重排后其子代细胞HOHOHOHO中的重链V区基因保持不变，但C区基因则会发一VDJC8生不同的重排。IgM是免疫应答中首先分泌的抗SuCuSCSI Cyl1体，但随着B细胞受抗原刺激、T细胞辅助而活化及增殖，其重链V区基因从连接Cμ转换为连接CuC8C、Cα或Cs，因而分泌的抗体类别转换为IgG、IgA400或IgE，抗体重链的V区保持不变。这种可变区相同而Ig类别发生变化的过程称为Ig的类别转换VDJSuSBCSICy（class switching）或同种型转换（isotypeswitching）。类别转换的遗传学基础是每个重链C区基因的5°端内含子中含有一段称之为转换区（switchingHregion，S区）的序列，不同的转换区之间可发生重VDJSuSBC SyICyI排（图13-5）。（动画13-4"Ig类别转换"）图13-5lg类别转换Ig的类别转换在抗原诱导下发生，Th细胞分Sμ、S3,Syl分别代表Cμ、Cy3、Cy1基因上游的转换区，在Ig类别转换为3时，Su和泌的细胞因子可直接调节转换的类别。如在小Sy3重组，其间的序列包括Cμ、Co都被环鼠中,Th2细胞分泌的IL-4诱导Ig的类别转换成出，从而使g类别转换为3(IgG3)IgG1和IgE，TGF-β诱导转换成IgG2b和IgA；Th1

112第十三章B淋巴细胞介导的特异性免疫应答细胞分泌IFN-诱导转换成IgG2a和IgG3。Ig的类别转换是机体产生不同类别抗体并发挥不同功能的基础。（六）浆细胞的形成浆细胞又称抗体形成细胞（antibodyformingcell，AFC），其特点是能分泌大量特异性抗体。浆细胞是B细胞分化的终末细胞，其胞质中富含粗面内质网，有利于抗体合成和分泌。此外，浆细胞不再表达BCR和MHCI类分子，故不能识别抗原，也失去了与Th相互作用的能力。生发中心产生的浆细胞大部分迁人骨髓，并在较长时间内持续产生抗体。（七）记忆B细胞的产生生发中心中存活下来的B细胞，除分化成浆细胞外还有部分分化为记忆B细胞（memoryBcellBm），而大部分Bm离开生发中心进人血液参与再循环。Bm不产生g，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。有关Bm的特异性表面标志尚不清楚，但Bm表达CD27，且CD44的水平高于初始B细胞。一般认为Bm为长寿细胞，但维持其存活的因素尚不明确。有人认为FDC表面持续存在的抗原可能为经过生发中心的Bm提供了存活的信号。第二节B细胞对TI抗原的免疫应答非T细胞依赖性抗原（TI-Ag），如细菌多糖、多聚蛋白质及脂多糖等，能直接激活初始B细胞而无需Th的辅助。根据激活B细胞方式的不同，TI抗原又可分为TI-1抗原和TI-2抗原两类（图13-6）。TI-2抗原TI-1抗原LPS1信号转导信号转导LPS受体BCRBCR13-6TI-1和TI-2抗原TI-1抗原能够与BCR及丝裂原受体结合，在没有T细胞辅助的情况下激活B细胞；TI-2抗原则通过交联多个BCR激活B细胞（一）B细胞对TI-1抗原的应答TI-1抗原除能与BCR结合，还能通过其丝裂原成分与B细胞上的丝裂原受体结合，引起B细胞的增殖和分化，因此TI-I抗原又常被称为B细胞丝裂原，如LPS。成熟和不成熟的B细胞均可被TI-抗原激活，诱导产生低亲和力的IgM高浓度TI-1抗原经丝裂原受体与B细胞结合能诱导多克隆B细胞增殖和分化，低浓度TI-1抗原则能激活抗原特异性B细胞，由于无需Th细胞预先致敏与克隆性扩增，故机体对TI-1抗原刺激所产生的应答发生较早，这在抗某些胞外病原体感染中发挥重要作用。但TI-1抗原单独作用不足以诱导Ig类别转换抗体亲和力成熟及记忆B细胞形成。（动画13-5“B细胞对TI-1抗原的应答”）（二）B细胞对TI-2抗原的应答TI-2抗原多为细菌胞壁与英膜多糖，具有多个重复的表位。TI-2抗原仅能激活成熟的B细胞。对TI-2抗原发生应答的主要是B1细胞。由于人体内B1细胞至5岁左右才发育成熟，故婴幼儿易感染含TI-2抗原的病原体。TI-2抗原通过其多个重复的抗原表位引起B1细胞的mlg广泛交联，进而激活B1细胞。但mlg过度交联又会使成熟B1细胞产生耐受。因此，抗原表位密度在TI-2抗原激活B细胞中似乎起决定

第十三章B淋巴细胞介导的特异性免疫应答113作用：密度太低，mIg交联的程度不足于激活B1细胞；密度太高，则导致B1细胞无能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。B细胞针对此类TI-2抗原所产生的抗体，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T细胞。B细胞对TD抗原和TI抗原的应答有着多方面的不同（表13-1）。表13-1TD抗原和TI抗原的异同TD抗原TI-1抗原TI-2抗原诱导婴幼儿抗体应答++刺激无胸腺小鼠产生抗体+无T细胞条件下的抗体应答+T细胞辅助+多克隆B细胞激活+对重复序列的需要+举例白喉毒素、PPD、细菌多糖、多聚肺炎球菌荚膜多糖、病毒血凝素蛋白、LPS沙门菌多聚鞭毛第三节体液免疫应答产生抗体的一般规律抗原进人机体后诱导B细胞活化并产生特异性抗体，发挥重要的体液免疫作用。抗原初次刺激机体所引发的应答称为初次应答（primaryresponse）；初次应答中所形成的记忆细胞再次接触相同抗原刺激后产生迅速、高效、持久的应答，即再次应答（secondaryresponse）。（一）初次应答在初次应答中，B细胞产生的抗体数量少、亲和力低，其产生过程可依次分为以下四个阶段。1.潜伏期（lagphase）指由机体接受抗原刺激到血清特异抗体可被检出之间的阶段。此期可持续数小时至数周，时间长短取决于抗原的性质、抗原进人机体的途径、所用佐剂类型及宿主的状态等。2.对数期（logphase））此期血清抗体量呈指数增长，抗原剂量及抗原性质是决定抗体量增长速度的重要因素。3.平台期（plateauphase）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和平台的高度及其维持时间，依抗原不同而异，有的平台期只有数天，有的可长至数周。4.下降期（declinephase）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。（二）再次应答同一抗原再次侵人机体，由于初次应答后免疫记忆细胞的存在，机体可迅速产生高效、特异的再次应答。与初次应答比较，再次应答时抗体的产生过程有如下特征：潜伏期短，大约为初次应答潜伏期的一半；②血清抗体浓度增加快，快速到达平台期，抗体滴度高（有时可比初次应答高10倍以上）；③抗体维持时间长；④诱发再次应答所需抗原剂量小；③再次应答主要产生高亲和力的抗体IgG，而初次应答中主要产生低亲和力的IgM（图13-7）。再次应答的强弱主要取决于两次抗原刺激的间隔长短：间隔短则应答弱，因为初次应答后存留的抗体可与再次刺激的抗原结合，形成抗原-抗体复合物而被迅速清除；间隔太长则反应也弱，因为记忆细胞只有一定的寿命。再次应答的效应可持续存在数个月或数年，故在很多情况下机体一旦被病原

114第十二章一细胞介导的特异性免疫应各1初次应答再次应答(primary response)(secondary response)抗体滴度总抗体量总抗体量IgGIgGIgMIgM潜伏期潜伏期HH51015202551015时间(days)初次抗原刺激再次抗原刺激图13-7初次及再次免疫应答抗体产生的一般规律初次免疫应答潜伏期长，以IgM为主，抗体维持时间短；再次免疫应答潜伏期短，以IgG为主，抗体维持时间较长体感染后，可在相当长时间内具有防御该病原体的免疫力。本章小结特异性体液免疫应答主要由B细胞介导，由浆细胞所分泌的抗体执行免疫功能。B细胞对TD抗原的免疫应答始于BCR对TD抗原的识别，所产生的第一活化信号经由CD79a/CD79b向胞内转导，BCR共受体复合物加强了第一信号的转导。Th细胞与B细胞之间共刺激分子的相互作用及分泌的细胞因子向B细胞提供第二信号。B细胞进入外周淋巴器官后，经抗原刺激，迁移入淋巴小结，形成生发中心，并在生发中心发生体细胞高频突变、抗体亲和力成熟及类别转换，最后分化成熟为浆细胞或记忆B细胞。B细胞对TI抗原的免疫应答一般不需要T细胞的辅助。初次免疫应答产生的抗体以低亲和力IgM为主，再次免疫应答则主要产生高亲和力IgG。思考题1.体液免疫的初次应答和再次应答有何特点？2.B细胞对TD、TI抗原的免疫应答有何异同？3.Th细胞如何辅助B细胞的免疫应答？4.试述B细胞在生发中心的分化和成熟。（王建莉）