人民卫生出版社：《医学免疫学》课程教学资源（电子教材）第九章 B淋巴细胞

第九章B淋巴细胞B淋巴细胞（Blymphocyte）由哺乳动物骨髓（bonemarrow）或鸟类法氏囊（bursaofFabricius）中的淋巴样干细胞分化发育而来，故称B细胞。成熟B细胞主要定居于外周淋巴器官的淋巴滤泡内，约占外周淋巴细胞总数的20%。B细胞不仅能通过产生抗体发挥特异性体液免疫功能，也是一类抗原提呈细胞，并参与免疫调节。第一节B细胞的分化发育哺乳动物的B细胞是在中枢免疫器官一一骨髓中发育成熟的。B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是功能性B细胞受体(Bcell receptor,BCR）的表达和B细胞自身免疫耐受的形成。骨髓微环境特别是基质细胞表达的细胞因子和黏附分子在诱导B细胞分化发育过程中发挥了关键作用。一、BCR的基因结构及其重排BCR是表达于B细胞表面的免疫球蛋白，即膜型免疫球蛋白（membraneimmunoglobulin，mlg）。B细胞通过BCR识别抗原，接受抗原刺激，启动体液免疫应答。编码BCR的基因群在胚系阶段是以分隔的、数量众多的基因片段（gene segment）的形式存在基因重排（gene rearrangement）是在B细胞的分化发育过程中，BCR基因片段发生重新排列和组合，从而产生数量巨大、能识别特异性抗原的BCR。TCR和BCR基因结构以及重排的机制十分相似。1.BCR的胚系基因结构人Ig重链基因群位于第14号染色体长臂，由编码可变区的V基因片段（variablegene segment，VH）、D基因片段（diversitygenesegment，DH）和J基因片段（joining genesegment,JH)以及编码恒定区的C基因片段组成。人Ig轻链基因群分为k基因和入基因，分别定位于第2号染色体短臂和第22号染色体长臂。轻链V区基因只有V、J基因片段。轻重链基因分别有多个基因片段组成，其中人的VH、DH和JH的基因片段数分别为45、23和6个；Vk和Jk基因片段数分别为40和5个，V入和J入基因片段数分别为30和4个；重链C基因片段有9个，其排列顺序是5'-Cμ-C8-C3-C1-Cα1-C2-C4-Ce-Cα2-3'（图9-1）。Ck基因片段数只有1个，C入基因片段数有4个（C入1、C>2、C入3和C入7）。2.BCR的基因重排及其机制Ig的胚系基因是以被分隔开的基因片段的形式成簇存在的，只有通过基因重排形成V-D-J（重链）或V-J（轻链）连接后，再与C基因片段连接，才能编码完整的Ig多肽链，进一步加工、组装成有功能的BCR。IgV区基因的重排主要是通过重组酶（recombinase）包括重组激活酶基因（recombinationactivatinggene，RAG）和末端脱氧核苷酸转移酶（terminaldeoxyribonucle-otidyltransferase，TdT）等的作用来实现的，其作用包括识别位于V（D）J基因片段两端的保守序列，切断、连接以及修复DNA等。通过重组酶的作用，可以从众多的V(D)J基因片段中各选择1个V片段，1个D片段（轻链无D片段）和1个J片段重排在一起，形成V(D)J连接（图9-2），最终表达为有功能的BCR。Ig胚系基因重排的发生具有明显的程序化，首先是重链可变区发生基因重排，随后是轻链重排。经过g胚系基因的重排，B细胞的DNA序列与其他体细胞有很大不同，这是存在于B细胞和T细胞中独75

76第九章B淋巴细胞H链基因HHHHHHLLE5-CμC8Cy3CylCaCy2Cy4CeCa2DHJHVH(45)(23)(6)k链基因RHAAHHH=3-5VKJKCx(40)(5)(1)入链基因27212223 O-35'=V2JCJCJCJC(30)(4)图9-1人BCR重链和轻链的胚系基因结构示意图人BCR重链（H链）和轻链（L链）均由可变区基因和恒定区基因片段组成。其中H链可变区基因由V基因片段（VH)、D基因片段（DH)和J基因片段（JH)组成；而L链可变区基因由Vk和Jk或者V入和J入基因片段组成（注：图中括号内为基因片段数）H链基因胚系基因5°汽产JHCμCo Cy3Cyi CalC2Cy4Ce Ca2VHDH.(6)/(23)(45)AARRRRMDJ重排DHJH CuC8 C3Cyl CalCy2Cy4CeCa2VH基因重排NVDJ重排VHDHJHCμ C8 C3Cy1 Ca1 C2Cy4 Ce Ca2ARAA功能性基因HVHDHJH CHRNA(转录)AAAAAAAmRNA(转录后加工)AAAAAAAH链(翻译和翻译后修饰)图9-2免疫球蛋白重链基因重排和表达示意图重链胚系基因经过重排先形成D-J连接，然后发生V-DJ连接，编码功能性V区基因

77第九章 B淋巴细胞特的生物学现象。（动画9-1"BCR基因重排”）3.等位排斥（allelicexclusion）和同种型排斥（isotypeexclusion）一个B细胞克隆只表达一种BCR，只分泌一种抗体。对于遗传上是杂合子的个体来说，保证B细胞克隆单一的特异性以及只表达一种g型的轻链，主要是通过等位排斥和同种型排斥的机制来实现的。等位排斥是指B细胞中一条染色体上的重链（或轻链）基因重排成功后，抑制另一条同源染色体上重链（或轻链）基因的重排。同种型排斥是指k轻链基因重排成功后抑制入轻链基因的重排。二、抗原识别受体多样性产生的机制免疫系统中T细胞库和B细胞库分别包含了所有特异性不同的T细胞克隆和B细胞克隆。这种抗原识别受体的多样性在基因重排过程中产生，其机制主要包括组合多样性、连接多样性、受体编辑和体细胞高频突变。1.组合多样性（combinationaldiversity）指在免疫球蛋白V、（D）、J基因片段重排时，只能分别在众多V、（D）、J基因片段中各取用1个，因而可产生众多V区基因片段组合。以人类Ig重链V区为例，其排列组合的种类可达40（VH）×25（VD）×6（VJ）=6000之多。以此类推，Vk和V入的V、J基因片段的组合种类分别达200种和120种。理论上IgV区基因片段的组合加上轻重链组合后的多样性约为1.9×10°2.连接多样性（junctionaldiversity）Ig基因片段之间的连接往往有插入、替换或缺失核苷酸的情况发生，从而产生新的序列，称为连接多样性。连接多样性包括：①密码子错位，在待接DNA断端替换或缺失3xn个核苷酸，使其产物增加或减少n个氨基酸，后续序列不变；②框架移位，替换或缺失1或2+3xn个核苷酸，后续序列完全改变；③N序列插人，TdT能将N序列插人待接DNA的断端，从而显著增加了BCR和Ig的多样性。3.受体编辑（receptorediting）指一些完成基因重排并成功表达BCR（mlgM）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。受体编辑使BCR的多样性进一步增加。4.体细胞高频突变（somatichypermutation）体细胞高频突变形成的多样性是在已完成Ig基因重排的基础上，成熟B细胞在外周淋巴器官生发中心接受抗原刺激后发生。体细胞高频突变主要是在编码V区CDR部位的基因序列发生碱基的点突变。体细胞高频突变不仅能增加抗体的多样性，而且可导致抗体的亲和力成熟（见第十三章）。三、B细胞在中枢免疫器官中的分化发育B细胞在骨髓中的发育经历了祖B细胞（pro-Bcell）、前B细胞（pre-Bcell）、未成熟B细胞（im-matureBcell）和成熟B细胞（matureBcell）等几个阶段1.祖B细胞早期pro-B开始重排重链可变区基因D-J,晚期pro-B的V-D-J基因发生重排，但此时没有mlgM的表达。pro-B开始表达Igα/Igβ异源二聚体，是B细胞的重要标记。Igα/Igβ是BCR复合物的组成部分，主要介导抗原刺激后的信号传递。2.前B细胞前B细胞的特征是表达前B细胞受体（pre-BCR）（图9-3），并经历大pre-B和小pre-B两个阶段。pre-BCR由μ链和替代轻链（surrogatelightchain，包括分别与轻链V区和C区同源的VpreB和入5两种蛋白）组成，可抑制另一条重链基因的重排（等位基因排斥），促进B细胞的增殖。大pre-B细胞进一步发育成为小pre-B细胞，小pre-B细胞开始发生轻链基因V-J重排，但依然不能表达功能性BCR。3.未成熟B细胞未成熟B细胞的特征是可以表达完整BCR（mIgM），此时如受抗原刺激，则引发调亡而导致克隆清除，形成自身免疫耐受。4.成熟B细胞又称初始B细胞（narveBcell）。成熟B细胞表面可同时表达mlgM和mlgD，其

78第九章B淋巴纤胞BCRpre-BCRVpre-BIg轻链2.5Iga/IgβIga/IgBITAMITAMIg重链Ig重链前B细胞未成熟B细胞图9-3pre-BCR与BCR结构示意图前B细胞表面表达重链和替代轻链（由入5和Vpre-B组成），未成熟B细胞表达完整的重链和轻链可变区完全相同B细胞在骨髓的分化发育过程不受外来抗原影响，称为B细胞分化的抗原非依赖期。B细胞在骨髓微环境诱导下发育为初始B细胞，离开骨髓，到达外周免疫器官的B细胞区定居，在那里接受外来抗原的刺激而活化、增殖，进一步分化成熟为浆细胞和记忆B细胞（图9-4），此过程称为B细胞分化的抗原依赖期（见第十三章）。（动画9-2“B细胞的分化发育”）骨髓外周淋巴器官抗体抗原YYpre-BCRYy1IgMIgMIgD浆细胞活化造血成熟淋巴样祖B细胞前B细胞未成熟B细胞干细胞干细胞B细胞B细胞记忆B细胞抗原依赖期抗原非依赖期图9-4B细胞的发育阶段B细胞在骨髓中的发育不依赖抗原，经历了祖B细胞、前B细胞、未成熟B细胞和成熟B细胞等阶段，成熟B细胞迁移到外周，在抗原的刺激下进一步分化成浆细胞和记忆B细胞四、B细胞中枢免疫耐受的形成一B细胞发育过程中的阴性选择前B细胞在骨髓中发育至未成熟B细胞后，其表面仅表达完整的mIgM，此时的mlgM若与骨髓中的自身抗原结合，即导致细胞凋亡，形成克隆清除（clonaldeletion），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mlgM表达的下调，这类细胞虽然可以进人外周免疫器官，但对抗原刺激不产生应答，称为失能（an-Oergy）。在骨髓中发育的未成熟B细胞通过上述的克隆清除、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。（动画9-3“B细胞发育过程中的阴性选择”）第二节B细胞的表面分子及其作用B细胞表面有众多的膜分子，它们在B细胞识别抗原、活化、增殖，以及抗体产生等过程中发挥作用

79第九章B淋巴细胞一、B细胞抗原受体复合物B细胞表面最重要的分子是BCR复合物。BCR复合物由识别和结合抗原的mIg和传递抗原刺激信号的Igα/Igβ（CD79a/CD79b）异二聚体组成（图9-5）。1.膜表面免疫球蛋白mlg是B细胞的特征性表面标志。mlg以单体形式存在，能特异性结合抗原，但由于其胞质区很短，不能直接将抗原刺激的信号传递到B细胞内，需要其他分子的辅助来完成BCR结合抗原后信号的传递。在抗原刺激下，B细胞最终分化为浆细胞，浆细轻链胞不表达mlg。重链2.Igα/lgβ（CD79a/CD79b）Igα和Igβ均属Igβ IgaαxIgaα Igβ于免疫球蛋白超家族，有胞外区、跨膜区和相对较长的胞质区。Igα和Igβ在胞外区的近胞膜处借二硫键相连，构成二聚体。Igα/Igβ和mlg的跨膜区均有极性氨基酸，借-静电吸引而组成稳定的BCR复合物。Igα/Igβ胞质区含有免疫受体酪氨酸激活基序（immunoreceptortyrosine-ITAMbasedactivationmotif，ITAM），通过募集下游信号分子，转导抗原与BCR结合所产生的信号（见第十三章）。转导信号二、B细胞共受体图9-5BCR复合物结构模式图mlg与Iga/Igβ二聚体相联，组成BCR复合B细胞（co-receptor)共受体能促进BCR对抗原的识物。mlg识别抗原后产生的第一信号由Igα/别及B细胞的活化。B细胞表面的CD19与CD21及Igβ胞质区的ITAM向细胞内传递CD81非共价相联，形成B细胞的多分子共受体，能增强BCR与抗原结合的稳定性并与Igα/Igβ共同传递B细胞活化的第一信号。在复合体中，CD21（即CR2）可结合C3d，形成CD21-C3d-抗原-BCR复合物，发挥B细胞共受体的作用；CD19传递活化信号。此外,CD21也是EB病毒受体，与EB病毒选择性感染B细胞有关。三、共刺激分子抗原与B细胞的BCR结合，所产生的信号经由Igα/Igβ和CD19转导至细胞内。此即为B细胞活化的第一信号，但仅有第一信号不足以使B细胞活化，还需要第二信号（共刺激信号）。第二信号主要由Th细胞和B细胞表面的共刺激分子（co-stimulatorymolecule）间的相互作用产生。在共刺激信号的作用下，B细胞活化增殖产生适应性体液免疫应答。而作为APC，B细胞可以通过共刺激分子促进T细胞的增殖。1.CD40CD40属肿瘤坏死因子受体超家族（TNFRSF），组成性地表达于成熟B细胞。CD40的配体（CD40L即CD154）表达于活化T细胞。CD40与CD40L的结合是B细胞活化的最重要的第二信号，对B细胞分化成熟和抗体产生起重要的作用。2.CD80和CD86CD80（B7-1）和CD86（B7-2）在静息B细胞不表达或低表达，在活化B细胞表达增强，它与T细胞表面的CD28和CTLA-4相互作用，CD28提供T细胞活化的最重要的第二信号，CTLA-4抑制T细胞活化信号。3.黏附分子Th细胞对B细胞的辅助以及活化B细胞向T细胞提呈抗原均需要细胞间的接触，黏附分子在此过程中起重要的作用。表达于B细胞的黏附分子有ICAM-1（CD54）、LFA-1（CD11a/CD18）等，这些黏附分子也具有共刺激作用

80第九章B淋巴细胞匹、其他表面分子1.CD19BCR识别抗原中关键的信号传递分子，也是B细胞表面特异性标志，可作为免疫治疗B细胞白血病的靶点。2.CD20表达于除浆细胞外的各发育阶段的B细胞，可调节钙离子跨膜流动，从而调控B细胞的增殖和分化，是B细胞淋巴瘤治疗性单抗识别的靶分子。3.CD22特异性表达于B细胞，其胞内段含有ITIM,是B细胞的抑制性受体，能负调节CD19/CD21/CD81共受体。4.CD32有a、b两个亚型，其中CD32b即FcyRIB，能负反馈调节B细胞活化及抗体的分泌第三节B细胞的分类B细胞具有复杂的亚群组成，按照不同的分类方法，B细胞可分为多个亚群，不同亚群具有各自独特的生理功能。一、根据所处的活化阶段分类1.初始B细胞初始B细胞是指从未接受过抗原刺激的B细胞。初始B细胞能够接受抗原刺激并活化，分化成为记忆B细胞或浆细胞。2.记忆B细胞初始B细胞接受初次抗原刺激以后在生发中心分化成为记忆B细胞。记忆B细胞比初始B细胞具有更长的存活周期。记忆B细胞能响应相同抗原的再次刺激，产生更迅速、更高效、更特异的体液免疫，3.效应B细胞效应B细胞又称浆细胞，由经受抗原激活的初始B细胞或记忆B细胞分化而成。浆细胞是抗体的主要来源，它通过分泌抗体介导体液免疫的发生。二、根据反应特异性分类根据是否发挥固有免疫或适应性免疫功能，B细胞分为B1细胞和B2细胞两个亚群1.B1细胞B1细胞约占B细胞总数的5%~10%，主要定居于腹膜腔、胸膜腔和肠道黏膜固有层中。B1细胞在个体发育胚胎期由胎肝发育而来，具有自我更新（self-renewal）能力。小鼠B1细胞表面标志为CD5分子，人B1细胞尚未找到特异性标志。B1细胞属固有免疫细胞，在免疫应答的早期发挥作用，尤其在腹膜腔等部位能对微生物感染迅速产生IgM抗体，构成了机体免疫的第一道防线。B1细胞表达的免疫球蛋白可变区相对保守，主要针对碳水化合物（如细菌多糖等）产生较强的应答，无需Th细胞的辅助，不发生免疫球蛋白的类别转换。B1细胞所合成的低亲和力IgM能与多种不同的抗原表位结合，表现为多反应性（polyreactivity）。在无明显外源性抗原刺激的情况下，B1细胞能自发分泌针对微生物脂多糖和某些自身抗原的IgM，这些抗体称天然抗体（naturalantibody）B1细胞也能产生多种针对自身抗原的抗体，与自身免疫病的发生有关。慢性淋巴细胞白血病（chroniclym-phocyticleukemia）中的B细胞均表达CD5，一般认为其来源于B1细胞。2.B2细胞B2细胞是分泌抗体参与体液免疫应答的主要细胞。B2细胞在个体发育中出现相对较晚，定位于外周淋巴器官的滤泡区，也称为滤泡B细胞（follicularB,FOB）。在抗原刺激和Th细胞的辅助下，B2细胞最终分化成抗体形成细胞一一浆细胞（plasmacell），产生抗体，行使体液免疫功能。初次免疫应答后保留下来的部分高亲和力细胞分化成为记忆B细胞（memoryBcell），当再次感染时记忆B细胞可以快速分化为浆细胞，介导迅速的再次免疫应答（见第十三章）。B1细胞和B2细胞在表面特征、免疫应答等多方面存在着明显的不同（表9-1）

81第九章B淋巴细胞表9-1B1细胞和B2细胞亚群的比较性质B1细胞B2细胞更新的方式自我更新由骨髓产生高自发产生g低针对的抗原碳水化合物类蛋白质类分泌的类别IgM>IgGIgG>IgM特异性多反应性特异性体细胞高频突变低/无高有免疫记忆少/无三、根据BCR类型分类根据膜上的BCR类型，B细胞可分为表达IgM、IgD、IgG、IgA和IgE的B细胞亚群。未成熟B细胞与初始B细胞都是mIgM*B细胞，已活化并已分别发生过类别转换的B细胞包括mlgG*B细胞、ml-gA*B细胞、mIgE*B细胞。第四节B细胞的功能B细胞的主要功能是产生抗体介导体液免疫应答，还可提呈可溶性抗原，产生细胞因子参与免疫调节。1.产生抗体介导体液免疫B细胞通过产生抗体介导体液免疫应答，抗体具有中和作用、激活补体、调理作用、ADCC、参与I型超敏反应等功能2.提呈抗原B细胞也可作为抗原提呈细胞摄取、加工并提呈抗原，在再次免疫应答过程中发挥抗原提呈作用，对可溶性抗原的提呈尤为重要。3.免疫调节B细胞产生的细胞因子（IL-6、IL-10、TNF-α等）参与调节巨噬细胞、树突状细胞、NK细胞以及T细胞的功能。Breg是一类主要通过产生和分泌IL-10、TCF-β、IL-35等抑制性细胞因子，以及表达FasL、CD1d等膜表面调节分子而发挥免疫调节作用的B细胞亚群。Breg细胞可以通过直接或者间接的方式抑制效应性CD4+T细胞、杀伤性CTL、巨噬细胞、树突状细胞等多种免疫细胞的生理功能，并参与自身免疫疾病、器官移植、感染、肿瘤等诸多疾病的发生发展过程。本章小结B细胞主要通过产生抗体介导体液免疫，通过产生的细胞因子发挥免疫调节功能，还具有提呈抗原的功能。BCR胚系基因需要经过重排才能表达功能性BCR,重排是BCR具有多样性的机制。B细胞在骨髓中经历祖B细胞、前B细胞、未成熟B细胞和成熟B细胞四个发育阶段，期间完成功能性BCR的表达并形成中枢免疫耐受。B细胞膜表面的BCR复合物由mlg和CD79组成，它能够接受抗原刺激从而启动B细胞的免疫应答。此外B细胞膜上表达共受体和共刺激分子，前者促进BCR信号传递，后者为B细胞提供第二信号，促进B细胞活化增殖和产生适应性体液免疫应答。按照B细胞的活化阶段功能差异和BCR类型，B细胞可分为不同亚群，各亚群执行不同功能。思考题1.试述B细胞的胚系基因结构及其基因重排机制。2.试述B细胞的主要表面分子及其与功能的关系。3.试述B细胞的不同分类标准和该分类下B细胞的亚群组成。（郑利民）