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首頁 > 醫學論文 > > 調節性B細胞分化和功能研究
調節性B細胞分化和功能研究
>2023-02-17 09:00:00



B 細胞在機體的適應性免疫反應中發揮著重要作用,其主要是通過產生抗體、提呈抗原和產生細胞因子(如 IL-4、IL-6 等)發揮免疫調節作用。但是,機體內也存在著一種數量雖少、但功能獨特且能發揮免疫抑制功能的 B 細胞,研究人員將這種 B 細胞稱為調節性 B 細胞。在 20 世紀 70 年代中期,研究發現過繼輸注 B 細胞清除的脾細胞并不能抑制遲發型超敏反應的發生,這提示 B 細胞具有免疫抑制功能。但是,研究人員將 B 細胞的這種抑制功能歸因于 B 細胞產生的抑制性抗體,后來通過實驗排除了這種可能。1996 年,Wolf 和 Jamewany 等[1]首次闡述了 B 細胞在自身免疫性疾病中的抑制功能。研究人員用髓磷脂堿性蛋白變態性腦炎與完全弗氏佐劑免疫 B 細胞缺陷(μMT)的小鼠構建實驗性變態性腦炎疾病模型 (experimental allergic encephalo-myelifis,EAE),EAE 的發展不受控制,而且與野生型小鼠誘導的 EAE 相比,癥狀不會自發緩解;該研究提示,由于 B 細胞的缺失,不能將 T 細胞轉化為保護性的 Th2 型反應,從而導致致腦炎 Th1 細胞向中樞神經系統持續的擴增和遷移;由于 B 細胞缺陷EAE 小鼠不能自發恢復,這提示 B 細胞能抑制自身免疫性疾病。在隨后的工作中,研究人員通過不同的實驗方法證實,并非所有的 B 細胞都具有免疫抑制功能,只有分泌 IL-10 的 B 細胞具有抑制功能。并且,B 細胞中 IL-10 缺陷的 EAE 小鼠不能自發恢復,同時致腦炎性的 Th1 反應也相應加強[2].這群細胞在炎癥最強時增加,且能通過下調與 IL-1 和STAT3 相關的炎癥級聯反應抑制與 Th2 反應相關的疾病反應[3].在隨后的研究中發現,除了 EAE,在其他動物模型,如膠原誘導的關節炎和腸炎中都證實了 B 細胞的免疫抑制功能。2002 年正式將這群具有免疫調節功能的 B 細胞稱為調節性 B 細胞。在自身免疫性疾病、腫瘤、移植耐受及抗感染免疫中,調節性 B 細胞都發揮著重要作用。隨著研究的逐漸深入,對調節性 B 細胞的認識也不斷加深,研究人員發現一些分子與調節性 B 細胞分化和功能密切相關。

1 調節性 B 細胞分化和功能相關分子

在對調節性 B 細胞的研究過程中發現,Toll 樣受體(Toll like receptor,TLR)、CD40、B 細胞活化因子 (B cell activating factor,BAFF)、B 細胞受體(Bcell receptor,BCR)、CD80/CD86 等分子與調節性 B細胞的分化和功能發揮密切相關。

1. 1 TLR 與調節性 B 細胞

TLR 是一種模式識別受體,對于機體識別外源危險信號,激活天然免疫反應非常重要。TLR 不僅能傳遞促進炎癥反應和自身免疫反應的信號,同時TLR 還能傳遞一種保護信號[4-5].體外實驗發現,用TLR2 和 TLR4 激動劑刺激 MZ-B 細胞能促進 IL-10的分泌,而且,在此過程中如有 CD40 的參與,會進一步促進 IL-10 的釋放。以上研究表明,經 TLR 活化的 B 細胞通過表面的 CD40 與 CD4+T 細胞表面CD40L 的作用,促進 IL-10 的產生[6-7].在體外,用脂多糖與美洲商陸、離子霉素刺激能誘導 B 細胞分化產生 IL-10,這種調節性 B 細胞被稱為 B10,其表型為 CD1dhiCD5+.當過繼輸注 CD1dhiCD5+B10 細胞后,能減輕在 CD19 缺陷小鼠體內誘導的超敏反應[8].此外,B 細胞 TLR2、TLR4 及 MyD88 缺陷小鼠會發展成慢性 EAE[9].同樣,用 CpG 刺激 B 細胞也能上調 IL-10 的表達[10].已有的研究表明,TLR2、TLR4 和TLR9 參與調控調節性 B 細胞的活化、分化及功能發揮過程。

1. 2 CD40 與調節性 B 細胞

CD40 是一個膜蛋白,屬于腫瘤壞死因子(tumornecrosis factor,TNF)受體超家族的一員。在體內,B細胞表面的 CD40 分子接受 T 細胞表面 CD40L 傳遞的第二信號后,能分化形成漿細胞分泌抗體。但是,過久或過強的 CD40 信號對抗體的產生有抑制作用。很多研究表明,CD40-CD40L 信號也是調節性B 細胞活化的必要信號。B 細胞 CD40 缺陷小鼠能誘發更嚴重的 EAE,與此同時,IL-10 的產生也明顯減少,而 Th1 和 Th17 反應加強,這提示 CD40 刺激信號對調節性 B 細胞免疫功能的發揮是必需的。進一步的研究顯示,CD40 也可作為調節性 B 細胞的一個標志分子。脂多糖刺激能上調 B 細胞 CD40 的表達,而且調節性 B 細胞主要富集在 CD40hiCD5+B細胞中,在 IL-10 缺陷小鼠中 CD40hiCD5+B 細胞比例 較 低 , 這 也 提 示 IL-10 的 自 分 泌 效 應 對CD40hiCD5+調節 B 細胞的形成也是非常重要的[11].最新的研究還表明,肥大細胞可通過 CD40-CD40L介導的信號,擴增能分泌 IL-10 的 B 細胞,但并不直接影響 B 細胞 IL-10 的表達,進而發揮免疫調節功能[12].

1. 3 BAFF 與調節性 B 細胞

BAFF 屬于 TNF 家族的一員,與相應的受體結合促進不同時期 B 細胞的存活和增殖,并參與免疫應答和炎癥反應。用 BAFF 刺激后,分泌 IL-10 的 B細胞數目明顯增加;當用 TACI-Ig 阻斷后,BAFF 誘導的 IL-10 的分泌效應被阻斷。BAFF 誘導 IL-10 分泌的 B 細胞表型主要是 CD1dhiCD5+,而且主要是來自于 MZ 的 B 細胞;進一步的研究還表明,BAFF 刺激后,活化轉錄因子 AP-1 可與 IL-10 的啟動子結合從而促進 IL-10 的表達;當用 BAFF 進行體內治療時,可增加 MZ 區的 IL-10+B 細胞,BAFF 誘導的 MZ區的 IL-10+B 細胞經證實在體內外都有免疫調節功能[13].

1. 4 BCR、CD80/CD86 與調節性 B 細胞

研究還表明,BCR、CD80/86 分子也參與到調節性 B 細胞的活化與功能發揮過程。CD80-CD86 信號對調節性 B 細胞的作用已在動物自身免疫疾病模型中得到證實。而在接觸性超敏反應(contacthypersensitivity reaction,CHS)反應和 EAE 發病開始時,過繼性輸注抗原起始的 B10 細胞能減輕 CHS炎癥及 EAE 的病情,而且體內 B10 細胞調節功能是抗原限制性的,提示需要抗原特異性 BCR 信號。雖然研究發現了多種與調節性 B 細胞的功能和分化相關的分子,但對于調節性 B 細胞的起源、分化仍然存在著很多疑問。

2 調節性 B 細胞的起源

研究人員在對調節性 B 細胞起源、發育的研究中發現,一些調節性 B 細胞來源于 B1 細胞、MZ-B細胞和一些其他相關的 B 細胞等,因為這類調節性B 細胞經 TLR 介導的信號通路活化后能迅速產生大量的 IL-10,在自身免疫性疾病、炎癥和感染發揮免疫調節功能,研究人員將這群細胞稱為天然調節性 B 細胞。

此外,還有一群細胞被稱為適應性調節性 B 細胞,它們要接受 BCR 和 CD40 傳遞的雙信號活化,才能分化成調節性 B 細胞,進而通過分泌 IL-10 來發揮免疫調節功能。已有研究表明,這群調節性 B細胞主要來源于 CD19+CD1dhiCD21hiCD23+T2-MZPB細胞。還有研究人員認為存在一類非成熟調節性 B細胞[13],如小鼠的 T2-MZPB 細胞,人的 CD24hiCD38hiB 細胞[15],在接受 CD40 提供的活化信號后能快速產生大量的 IL-10 來發揮調節功能。

3 調節性 B 細胞的作用機制

調節性 B 細胞主要通過以下途徑來發揮負性調控:一方面直接通過細胞間相互作用發揮負性調節作用,另一方面還通過分泌抑制性細胞因子發揮負性調節作用。

3. 1 通過細胞間相互作用發揮調節作用

調節性 B 細胞可通過細胞間相互作用調控自身反應性 T 細胞、調節性 T 細胞、巨噬細胞、抗原提呈細胞、自然殺傷細胞等。研究表明,調節性 B 細胞可通過表面分子 B7、CD40 與 T 細胞表面的CD28、CD40L 分子相互作用發揮調控作用。例如,調節性 B 細胞可通過 CD40-CD40L 的相互作用抑制效應性 T 細胞增殖,從而抑制自發性慢性結腸炎。

在 EAE 小鼠中,調節性 B 細胞通過作用于調節性 T細胞上的 CD28,使其激活[16];B 細胞可通過表達糖皮質激素誘導的 TNF 受體配體維護調節性 T 細胞數量,從而阻止自身免疫性疾病發生[17].此外,調節性 B 細胞也可能通過 Fas-FasL 介導的信號,引起免疫細胞的凋亡。

3. 2 通過分泌抑制性細胞因子發揮調節作用

調節性 B 細胞分泌的 IL-10 能夠誘導 Th0 細胞向 Th2 細胞發育,誘導 Th2 細胞因子,抑制 Th1 細胞因子,從而抑制 Th1 細胞發育并影響 Th1 /Th2 平衡,因此在 EAE 小鼠中起到保護作用。此外,IL-10可減少細胞表面主要組織相容性復合體類分子的表達和抑制病毒感染患者外周血單核細胞中 TNF-α的分泌,從而抑制免疫反應。 IL-10 還可抑制 Th2型免疫反應性疾病,如小鼠血吸蟲病和潰瘍性結腸炎,為 Th2 細胞因子 IL-4 引起的疾病。IL-10 還可以抑制樹突狀細胞產生的 IL-6 和 IL-12,從而抑制Th17 和 Th1 細胞的發育。另外,在慢性炎癥環境下,IL-10 還可抑制 IL-1β 的生成及信號轉導和轉錄激活因子 3(signal tranduction and activator of transcri-ption3,STAT3)的活化,直接下調炎性級聯反應。此外,調節性 B 細胞還可分泌 TGF-β 發揮負性調節作用。

4 調節性 B 細胞與相關疾病的研究

近些年,隨著對調節性 B 細胞研究的深入,發現臨床上一些疾病的發生發展與調節性 B 細胞水平和功能的異常密切相關。臨床研究表明,自身免疫性疾病,如多發性硬化(multiple sclerosis,MS)、系統性紅斑狼瘡(systemic lupus erythematosus,SLE)和類風濕性關節炎(reheumatoid arthritis,RA)等,以及腎移植耐受、腫瘤免疫、感染免疫中,調節性 B 細胞的水平和功能都受到了一定影響[18],至于調節性B 細胞對于疾病的進程和病情影響的程度尚待更進一步的研究。

4. 1 自身免疫性疾病與調節性 B 細胞

在正常機體內存在少量的 CD19+CD24hiCD38hiB細胞,能抑制初始 B 細胞分化成 Th1 和 Th2 亞群,并抑制向調節性 T 細胞的轉化。在 RA 患者中,CD19+CD24hiCD38hiB 細胞數更少,其功能也與正常人中 CD19+CD24hiCD38hiB 細胞有所不同。雖然能抑制向 CD4+T 細胞向 Th1 的分化,但并不能抑制CD4+T 細胞向 Th17 的分化,以及向調節性 T 細胞的轉化。

與其他自身免疫性疾病相比,調節性 B 細胞在SLE 患者中的情況要更加復雜。有研究表明,與健康人 B 細胞相比,SLE 患者的 B 細胞釋放更多的IL-10.與小鼠模型中的研究情況相似,SLE 患者來源的 CD19+CD24hiCD38hiB 細胞用 CD40 刺激后不能產生 IL-10,也不能抑制 Th1 型反應。進一步對這群細胞中 CD40 信號通路分析發現,延遲的 STAT3 磷酸化可能與 IL-10 分泌能力下降相關。在 SLE 患者中 CD40 信號不能促進 IL-10 的分泌可能是由于持續炎性信號的過度活化導致調節性 B 細胞免疫調節功能的喪失。

對毒性彌漫性甲狀腺腫(Graves ?。┗颊叩难芯堪l現,外周血中的一些免疫調節細胞水平發生變化,其中調節性 B 細胞的比例明顯降低,這提示調節性 B 細胞在 Graves 病的發生發展過程中起著一定作用[19].

用 CpG 誘導從克羅恩病患者中分離的 B 細胞,研究發現,與正常人相比,其 IL-10 的產生顯著降低;而在動物實驗模型中,調節性 B 細胞缺失的小鼠腸炎嚴重程度顯著增加,在過繼輸注構建的腸炎模型中也產生相似的結果。研究結果還表明,無論調節性 T 細胞存在與否,調節性 B 細胞都能顯著降低實驗性腸炎,當調節性 B 細胞缺陷或減少時,腸炎加重,這可能提示調節性 B 細胞與克羅恩病的致病機制相關。

4. 2 移植耐受與調節性 B 細胞

臨床對腎移植患者的研究發現,在外周血中CD24hiCD38hiB 細胞 、CD24hiCD27+B 細胞及初始 B細胞都可表達 IL-10 及促炎因子 TNF-α。雖然CD24hiCD38hiB 細胞和 CD24hiCD27+B 細胞分泌 IL-10的能力相同,但 CD24hiCD38hiB 細胞有更高的 IL-10/TNF-α 比例,能更有效地抑制 T 細胞分泌具有促炎作用的 Th1 型細胞因子;當中和 IL-10 的作用后,CD24hiCD38hiB 細胞對 Th1 型細胞因子表達的抑制作用明顯受到影響;當阻斷 TNF-α 的作用后,則使CD24hiCD27+B 和初始型 B 細胞的抑制能力增強。以上的研究結果提示,IL-10/TNF-α 的比例可能比單獨IL-10 的表達水平更有效地提示調節性 B 細胞免疫調節功能。臨床腎移植患者中,發生腎移植排斥患者的 CD24hiCD38hiB 細胞的 IL-10 表達水平與耐受移植的患者相似,但 TNF-α 水平較耐受移植的患者升高(IL-10/TNF-a 比例降低)。而且,在體外不能抑制 T 細胞 Th1 型細胞因子的表達,能異常地抑制Th2 型細胞因子的表達。這提示,在腎移植患者中調節性 B 細胞的功能發生了異常改變。進一步的研究揭示,移植患者形成耐受的過程中,B 細胞可能起著重要的作用,尤其是循環中的 T2-B 細胞中可能存在調節 B 細胞,能直接抑制移植物誘發的排斥反應[20].

4. 3 腫瘤免疫與調節性 B 細胞

臨床研究表明調節性 B 細胞與腫瘤的發生發展也密切相關。在肝癌患者中,CD19+IL-10+調節性B 細胞水平降低,而且調節性 B 細胞的水平與乙型肝炎 e 抗原和肝炎病毒 DNA 的拷貝數相關。由于在自身免疫性疾病中,調節性 B 細胞可以抑制自身反應性 T 細胞,因此在腫瘤細胞中也可能通過抑制殺傷性 T 細胞的保護性作用從而使機體的抗腫瘤免疫受到抑制。研究表明,B 細胞表面的 CD40 與腫瘤細胞表面的 CD40L 之間的相互作用誘導 B 細胞 IL-10 的表達。因此,B 細胞分泌的 IL-10 可能是導致CD8+T 細胞和自然殺傷細胞產生 IFN-γ 降低、CD8+記憶 T 細胞減少的原因。

研究發現,神經膠質瘤細胞起源的含去整合素和金屬蛋白酶域蛋白 10(a disintegrin and metallo-proteinase domain-containing protein 10,ADAM10)能誘導活化的 B 細胞分化成調節性細胞,進而抑制CD8+T 細胞的增殖和調節性 B 細胞來發揮作用[20].

此外,研究發現,膠質瘤細胞來源的胎盤生長因子(placenta growth factor,PIGF)能夠刺激幼稚 B 細胞分化成調節性 B 細胞,而誘導的調節性 B 細胞能抑制 CD8+T 細胞的增殖、穿孔素和顆粒酶 B 的釋放,從而發揮作用[21].在宮頸癌患者外周血中,調節性 B 細胞數目和血清中 IL-10 水平明顯升高,且調節性 B 細胞數量隨癌細胞浸潤程度增強而增加[22].此外,在食管癌患者中發現,臨床分期越晚,調節性 B 細胞越多[23],這表明調節性 B 細胞與宮頸癌、食管癌的發生和發展可能存在著一定的關系。

4. 4 感染免疫與調節性 B 細胞

在 HIV 感染時,由于 IL-10 及其受體、PD-1 及PD-L1 的作用導致細胞毒 T 淋巴細胞(cytotoxiclymphocytes,CTL)活性受損。研究表明,在體外,IL-10hiPD-L1hi的調節性 B 細胞直接減弱了 HIV 特異性的 CD8+T 細胞介導的 CTL 活性。在抗逆轉錄治療的 HIV 感染患者中,調節性 B 細胞 IL-10 和PD-1 水平明顯升高。當用 IL-10R 和 PD-1 抗體阻斷后,能部分逆轉調節性 B 細胞介導的對 CD4+T 細胞增殖的抑制作用。研究結果提示,調節性 B 細胞可通過 IL-10 和 PD-L1 的協同作用抑制抗原提呈細胞(antigen presenting cell,APC)功能和 CD4+T 細胞的增殖,從而導致抗 HIV 作用的 CTL 效應減弱,妨礙病毒清除。事實上,在 HIV-1 感染的早期可誘導產生 IL-10+B 細胞,從而有效地抑制機體內抗 HIV-1 T 細胞反應。

此外,最近有報道顯示在寄生蟲感染免疫中,如果氏巴貝蟲感染[24],也與調節性 B 細胞密切相關。在巴貝蟲感染后的小鼠外周血中 IL-10 水平升高,CD1dhiCD5+調節性 B 細胞比例也顯著升高。調節性B 細胞在寄生蟲感染過程中具有明顯的抗炎作用,其主要機制是通過調節性 B 細胞分泌的 IL-10 將免疫應答從 Th1 型向 Th2 型轉化。在慢性肝炎患者中,調節性 B 細胞水平較高,IL-10 水平也顯著升高,這可能與機體的抗異性肝炎免疫受損密切相關,從而促進乙型肝炎的進展[25].

此外,調節性 B 細胞對于調控病毒感染大腦造成的神經炎癥也發揮著重要作用。在動物慢性感染模型中,感染 30 d 后腦部可以檢測到較多的CD1dhiCD5+CD19+B 細胞浸潤。調節性 B 細胞可以通過調節感染腦部小膠質細胞的反應,促進 CD4+Foxp3+T 細胞的增殖來發揮免疫調節功能[26].

5 結語

已有的研究表明,調節性 B 細胞在自身免疫病、腫瘤、移植耐受及抗感染免疫方面都可能發揮著重要的作用。因此對調節性 B 細胞的研究有著非常重要的現實意義。盡管研究取得了很大的進展,但是對調節性 B 細胞仍存在著很多疑問。首先,調節性 B 細胞通過 IL-10 來發揮免疫抑制功能,但同時 IL-10 也是一種生長因子,能促進 B 細胞成熟為漿細胞,那么機體如何平衡 IL-10 的雙重效應?其次,調節性 B 細胞的活化需要 CD40 提供的信號,但該信號對于 B 細胞的成熟及抗體的產生同樣重要,CD40 介導的 B 細胞的這兩種不同的分化方向是如何調控的?此外,除 BCR、TLR、CD40 和 CD80/86外,還有沒有其他共刺激分子或細胞因子受體涉及到 Bregs 的活化、分化過程?再者,研究還未發現調節性 B 的特異轉錄因子。盡管人們對調節性 B 細胞的認識越來越深,但仍有許多疑問需要在今后進行深入研究。

【參 考 文 獻】

[1] Wolf SD,Dittel BN,Hardardottir F,et al. Experimentalautoimmune encephalomyelitis induction in genetically B cell-deficient mice[J]. Exp Med,1996,84(6):2271-2278

[2] Fillatreau S,Sweenie CH,McGeachy MJ,et al. B Cells regu-late autoimmunity by provision of IL-10 [J]. Nat Immunol,2002,3(10):944-950.

[3] Mizoguchi A,Mizoguchi E,Takedatsu H,et al. Chronic intestinal inflammatory condition generates IL-10-producing regu-latory B cell subset characterized by CD1d upregulation[J].Immunity,2002,16(2):219-230.

[4] Medzhitov R,Preston-Hurlburt P,Janeway CA Jr. A humanhomologue of the Drosophila Toll protein signals activation ofadaptive immunity[J]. Nature,1997,388(6634):394-397.

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