B细胞是B淋巴细胞(Blymphocytes)的简称,因来源于鸟类法氏囊(bursa of Fabricius)和哺乳动物骨髓(bone marrow)而得名。B细胞也是免疫系统重要的免疫细胞,主要功能是介导体液免疫。B细胞还是重要的抗原递呈细胞,能摄取、加工和递呈抗原,同时还能分泌细胞因子(如IL-2、IL-4、IL-5、IL-6、IFN、TGF-β、TNF、LT等)调节免疫应答。哺乳动物B细胞来源于骨髓干细胞,在骨髓中分化成熟。一旦成熟,B细胞就离开骨髓,到外周免疫器官的非胸腺依赖区定居,亦参与淋巴细胞的再循环。B细胞占外周血淋巴细胞总数的20%~25%。
一 B细胞的分化成熟
(一)B细胞在骨髓中的分化成熟
骨髓是B细胞的发源地,同时也是哺乳动物B细胞分化成熟的中枢免疫器官。在骨髓内环境的作用下,按既定遗传顺序,从骨髓干细胞、前B细胞、未成熟B细胞,最终分化为成熟B细胞。其中经历了免疫球蛋白基因的重排、基因活化、转录表达等过程,最终出现特有的表面标志——B细胞抗原受体(B cell receptor,BCR)。BCR也称表面膜免疫球蛋白(mlg)。成熟的B细胞能识别抗原,介导特异性免疫应答,具有合成、分泌抗体的潜能。
1.前B细胞:在分化早期,免疫球蛋白(Ig)的重链(H chain)——μ链的V区基因首先开始重排,胞质中出现μ链,但还不能合成完整的免疫球蛋白分子,不表达BCR,亦不具有任何功能。μ链V区基因的成功重排,可诱导免疫球蛋白的轻链(L chain)——κ链或λ链的V区基因重排,并促进B细胞的进一步分化成熟。
2.未成熟B细胞:在重排的μ链基因的诱导下,免疫球蛋白的轻链——κ链或λ链的V区基因开始重排。此时,未成熟B细胞首先合成L链的替代链(surrogate L chain,SL),细胞表面表达前BCR(pre-BCR,由Hμ和SL组成)。前BCR的表达可促进B细胞的进一步分化成熟。随后,未成熟的B细胞能合成成熟的轻链,胞质中出现完整的免疫球蛋白分子lgM。同时细胞表面表达B细胞抗原受体——mlgM。mlgM是B细胞分化成熟中首先出现的BCR,也是未成熟B细胞的表面标志。未成熟B细胞尽管已表达BCR,具有识别抗原的能力,但还不能介导免疫应答。相反,此时未成熟B还处于一种对抗原的“敏感”状态,如受抗原刺激,非但不能活化、增殖,产生特异性免疫应答,反而会引起未成熟B细胞发生细胞凋亡而导致克隆流产(clonal abortion)。现认为骨髓中出现的自身抗原,可去除对抗原“敏感”的自身反应性B细胞克隆,这是B细胞自身耐受——中枢耐受产生的重要机制之一。
3.成熟B细胞:随着进一步分化,μ链以外的其他免疫球蛋白的重链也开始表达。此时B细胞胞质中可同时出现IgM和IgD,表面可同时表达两类BCR:mlgM和mlgD。成熟B细胞能识别抗原、介导特异性免疫应答。
至此,B细胞完成在骨髓中的分化和成熟。
4.活化B细胞:如无抗原刺激,成熟B细胞在外周免疫器官中寿命一般仅7~10d。而骨髓中成熟B细胞则源源不断进入外周,保持高度的自我更新速率,以维持数量庞大的多样性的B细胞谱。同时,在抗原刺激下,B细胞的Ig基因(V区)发生体细胞突变,进一步丰富了BCR的多样性。
一旦受到抗原刺激,B细胞可被活化,发生增殖、分化,进入激活状态。此时,Ig基因的转录速率加快,B细胞表面BCR的表达增加,向浆细胞分化。
5.浆细胞:浆细胞(plasma cell)又称抗体形成细胞(antibody forming cell,AFC),是B细胞分化的终末细胞。此类细胞胞质中出现大量粗面内质网,能合成和分泌特异性抗体,介导体液免疫,同时表面BCR的表达减少。
从骨髓干细胞、前B细胞、未成熟B细胞到成熟B细胞,B细胞在骨髓特定的内环境中,按既定的程序分化,不受抗原影响,称为B细胞分化的非抗原依赖期。而在外周,成熟的B细胞只有在抗原刺激下才能进一步分化为浆细胞,分泌抗体,进入抗原依赖阶段。
(二)B细胞成熟过程中的阴性和阳性选择
同T细胞一样,B细胞在分化成熟过程中也须经历选择。不同的是,B细胞先在中枢免疫器官——骨髓中进行阴性选择,成熟后(在外周)再进行阳性选择。
前B细胞在骨髓中分化为未成熟B细胞后,表面表达mlgM,此时能识别自身抗原的B克隆以其BCR(mlgM)与骨髓中出现的自身抗原发生结合,产生负信号,诱使未成熟B细胞发生细胞凋亡。其生物学意义类似于T细胞的阴性选择,造成自身反应性B细胞克隆清除,产生自身耐受。随后,在外周,成熟的B细胞受抗原刺激后,免疫球蛋自基因可发生体细胞高频突变,再加上抗原的选择,留下了表达高亲和力BCR的组胞克隆。此现象称为亲和力成熟,有人亦称此为B细胞的阳性选择。
二 B细胞抗原受体
B细胞抗原受体(BCR)具有抗原结合特异性,在同一个体内,其多样性高达10^9~10^12,构成容量巨大的BCR谱,赋予个体识别各种抗原、产生特异性抗体的巨大潜能。
在成熟B细胞表面,Igα、Igβ总是和BCR共同表达,形成BCR-Igα/Igβ复合体,前者识别抗原,后者转导BCR接受的抗原刺激信号。
1.BCR分子:BCR主要包括mIgM和mlgD,由2条重链和2条轻链连接而成。每条肽链分为可变区(约110个氨基酸残基)、恒定区(约330个氨基酸残基)、跨膜区(26个氨基酸残基)及胞质区(3个氨基酸残基)。V区由VH和VL两个结构域组成,各有3个超变区即CDR1、CDR2和CDR3。BCR可直接识别完整的、天然的蛋白质抗原、多糖或脂类抗原,3个CDR均参与对抗原的识别,共同决定BCR的抗原特异性。
2.Igα和Igβ分子:Igα(CD79a)和Igβ(CD79b)以二聚体形式存在。两条肽链可分为胞外区、跨膜区和胞质区。Igα和Igβ链的胞质区特别长,其中Igα为61个氨基酸残基,Igβ为48个氨基酸残基,各有一个ITAM结构,为信号转导所必需。
三 B细胞亚群
B细胞也是一异质性群体,显示不同的功能和表面标志。一般根据CD5表达与否,将B细胞分为B1细胞和B2细胞两个亚群。
1.B1细胞:B1细胞为CD5+B细胞,主要识别非蛋白质抗原,如脂多糖。无需Th细胞的辅助,B1细胞可直接介导对非胸腺依赖抗原的免疫应答,产生特异性抗体。B1细胞介导的免疫应答特点为:一般不发生体细胞突变,无亲和力成熟,产生低亲和力的IgM抗体,不产生免疫记忆细胞。
2.B2细胞:B2细胞为CD5-B组胞,主要识别蛋白质抗原。在Th细胞的辅助下,B2细胞才能被完全激活并介导对胸腺依赖抗原的免疫应答,产生特异性抗体。B2细胞介导的免疫应答特点为:可发生体细胞突变,有亲和力成熟,产生高亲和力抗体,可产生免疫记忆细胞。
一 B细胞的分化成熟
(一)B细胞在骨髓中的分化成熟
骨髓是B细胞的发源地,同时也是哺乳动物B细胞分化成熟的中枢免疫器官。在骨髓内环境的作用下,按既定遗传顺序,从骨髓干细胞、前B细胞、未成熟B细胞,最终分化为成熟B细胞。其中经历了免疫球蛋白基因的重排、基因活化、转录表达等过程,最终出现特有的表面标志——B细胞抗原受体(B cell receptor,BCR)。BCR也称表面膜免疫球蛋白(mlg)。成熟的B细胞能识别抗原,介导特异性免疫应答,具有合成、分泌抗体的潜能。
1.前B细胞:在分化早期,免疫球蛋白(Ig)的重链(H chain)——μ链的V区基因首先开始重排,胞质中出现μ链,但还不能合成完整的免疫球蛋白分子,不表达BCR,亦不具有任何功能。μ链V区基因的成功重排,可诱导免疫球蛋白的轻链(L chain)——κ链或λ链的V区基因重排,并促进B细胞的进一步分化成熟。
2.未成熟B细胞:在重排的μ链基因的诱导下,免疫球蛋白的轻链——κ链或λ链的V区基因开始重排。此时,未成熟B细胞首先合成L链的替代链(surrogate L chain,SL),细胞表面表达前BCR(pre-BCR,由Hμ和SL组成)。前BCR的表达可促进B细胞的进一步分化成熟。随后,未成熟的B细胞能合成成熟的轻链,胞质中出现完整的免疫球蛋白分子lgM。同时细胞表面表达B细胞抗原受体——mlgM。mlgM是B细胞分化成熟中首先出现的BCR,也是未成熟B细胞的表面标志。未成熟B细胞尽管已表达BCR,具有识别抗原的能力,但还不能介导免疫应答。相反,此时未成熟B还处于一种对抗原的“敏感”状态,如受抗原刺激,非但不能活化、增殖,产生特异性免疫应答,反而会引起未成熟B细胞发生细胞凋亡而导致克隆流产(clonal abortion)。现认为骨髓中出现的自身抗原,可去除对抗原“敏感”的自身反应性B细胞克隆,这是B细胞自身耐受——中枢耐受产生的重要机制之一。
3.成熟B细胞:随着进一步分化,μ链以外的其他免疫球蛋白的重链也开始表达。此时B细胞胞质中可同时出现IgM和IgD,表面可同时表达两类BCR:mlgM和mlgD。成熟B细胞能识别抗原、介导特异性免疫应答。
至此,B细胞完成在骨髓中的分化和成熟。
4.活化B细胞:如无抗原刺激,成熟B细胞在外周免疫器官中寿命一般仅7~10d。而骨髓中成熟B细胞则源源不断进入外周,保持高度的自我更新速率,以维持数量庞大的多样性的B细胞谱。同时,在抗原刺激下,B细胞的Ig基因(V区)发生体细胞突变,进一步丰富了BCR的多样性。
一旦受到抗原刺激,B细胞可被活化,发生增殖、分化,进入激活状态。此时,Ig基因的转录速率加快,B细胞表面BCR的表达增加,向浆细胞分化。
5.浆细胞:浆细胞(plasma cell)又称抗体形成细胞(antibody forming cell,AFC),是B细胞分化的终末细胞。此类细胞胞质中出现大量粗面内质网,能合成和分泌特异性抗体,介导体液免疫,同时表面BCR的表达减少。
从骨髓干细胞、前B细胞、未成熟B细胞到成熟B细胞,B细胞在骨髓特定的内环境中,按既定的程序分化,不受抗原影响,称为B细胞分化的非抗原依赖期。而在外周,成熟的B细胞只有在抗原刺激下才能进一步分化为浆细胞,分泌抗体,进入抗原依赖阶段。
(二)B细胞成熟过程中的阴性和阳性选择
同T细胞一样,B细胞在分化成熟过程中也须经历选择。不同的是,B细胞先在中枢免疫器官——骨髓中进行阴性选择,成熟后(在外周)再进行阳性选择。
前B细胞在骨髓中分化为未成熟B细胞后,表面表达mlgM,此时能识别自身抗原的B克隆以其BCR(mlgM)与骨髓中出现的自身抗原发生结合,产生负信号,诱使未成熟B细胞发生细胞凋亡。其生物学意义类似于T细胞的阴性选择,造成自身反应性B细胞克隆清除,产生自身耐受。随后,在外周,成熟的B细胞受抗原刺激后,免疫球蛋自基因可发生体细胞高频突变,再加上抗原的选择,留下了表达高亲和力BCR的组胞克隆。此现象称为亲和力成熟,有人亦称此为B细胞的阳性选择。
二 B细胞抗原受体
B细胞抗原受体(BCR)具有抗原结合特异性,在同一个体内,其多样性高达10^9~10^12,构成容量巨大的BCR谱,赋予个体识别各种抗原、产生特异性抗体的巨大潜能。
在成熟B细胞表面,Igα、Igβ总是和BCR共同表达,形成BCR-Igα/Igβ复合体,前者识别抗原,后者转导BCR接受的抗原刺激信号。
1.BCR分子:BCR主要包括mIgM和mlgD,由2条重链和2条轻链连接而成。每条肽链分为可变区(约110个氨基酸残基)、恒定区(约330个氨基酸残基)、跨膜区(26个氨基酸残基)及胞质区(3个氨基酸残基)。V区由VH和VL两个结构域组成,各有3个超变区即CDR1、CDR2和CDR3。BCR可直接识别完整的、天然的蛋白质抗原、多糖或脂类抗原,3个CDR均参与对抗原的识别,共同决定BCR的抗原特异性。
2.Igα和Igβ分子:Igα(CD79a)和Igβ(CD79b)以二聚体形式存在。两条肽链可分为胞外区、跨膜区和胞质区。Igα和Igβ链的胞质区特别长,其中Igα为61个氨基酸残基,Igβ为48个氨基酸残基,各有一个ITAM结构,为信号转导所必需。
三 B细胞亚群
B细胞也是一异质性群体,显示不同的功能和表面标志。一般根据CD5表达与否,将B细胞分为B1细胞和B2细胞两个亚群。
1.B1细胞:B1细胞为CD5+B细胞,主要识别非蛋白质抗原,如脂多糖。无需Th细胞的辅助,B1细胞可直接介导对非胸腺依赖抗原的免疫应答,产生特异性抗体。B1细胞介导的免疫应答特点为:一般不发生体细胞突变,无亲和力成熟,产生低亲和力的IgM抗体,不产生免疫记忆细胞。
2.B2细胞:B2细胞为CD5-B组胞,主要识别蛋白质抗原。在Th细胞的辅助下,B2细胞才能被完全激活并介导对胸腺依赖抗原的免疫应答,产生特异性抗体。B2细胞介导的免疫应答特点为:可发生体细胞突变,有亲和力成熟,产生高亲和力抗体,可产生免疫记忆细胞。