1、第九章 体液免疫应答许多引起人体传染病的细菌一般是在机体内的胞外增殖的，而且大部分胞内菌也是通过胞外体液从一个细胞转移到另一个细胞的。胞外空间是受体液免疫应答（humoral immune response）保护的，在体液免疫中 B 细胞产生的抗体能破坏细胞外微生物，阻止胞内感染的扩散。抗原启动 B 细胞活化并分化为分泌抗体的浆细胞（见图 9.1），在此过程中通常需要辅助 T 细胞的参与。“辅助 T 细胞” 常常是指 CD4 T 细胞中的 TH2 细胞（见第八章），但 TH1 细胞在 B 细胞活化过程中也有辅助作用。因此，在本章中辅助 T 细胞（helper T cell）是指能激活 B 细胞
2、的任何致敏的 CD4 效应 T 细胞。辅助 T 细胞还控制同种型转换，并在启动抗体可变区 V-区基因的体细胞高频突变、以及第四章讲述的分子加工中发挥作用。抗原和辅助 T 细胞激活 B 细胞（图）B cell：B 细胞helper T cell：辅助 T 细胞cytokines：细胞因子浆细胞分泌抗体（图）中和作用 调理作用 补体活化作用（图） （图） （图） 补体抗体阻止细菌粘附 抗体增强吞噬作用 抗体激活补体增强调理作用 并裂解一些细菌图 9.1 体液免疫应答是由浆细胞分泌的抗体分子介导的抗原与 B 细胞抗原受体结合给 B 细胞传递活化信号，同时抗原被内化并加工成多肽激活致敏的辅助 T 细胞
3、。来自结合抗原和辅助 T 细胞的信号诱导 B 细胞增殖并分化为浆细胞，分泌特异性抗体（上面两张图） 。这些抗体通过三种主要途径保护宿主免受感染。抗体通过结合从而抑制病原体毒素的毒害作用或者抑制病原体的感染作用：即中和作用（左下图） 。抗体包被在病原体上，辅佐细胞通过识别其上的抗体 Fc 部分从而吞噬并杀死病原体，该过程称为调理作用（中下图） 。抗体也能触发补体系统的活化过程。补体蛋白能够大大增强调理作用，并直接杀死某些细菌细胞（右下图） 。抗体通过三种主要途径在免疫应答中发挥作用（见图 9.1）。病毒和胞内菌要进入细胞，首先要与靶细胞表面的特殊分子结合。抗体与病原体的结合能阻止这种结合，这就是
4、中和（neutralize）病原体。抗体的中和作用对阻止细菌毒素进入细胞也是很重要的。抗体阻止细菌在胞外增殖主要是通过促进吞噬细胞对这些病原体的摄取并专门破坏摄入的细菌。抗体可以通过两种方式发挥这种作用：第一种方式是抗体结合并覆盖在病原体上，其恒定 C区可以与吞噬细胞表面的 Fc 受体结合而识别（见 4-18）。抗体包被在病原体表面增强了吞噬作用，这就是调理作用（opsonization ）；另一种方式是抗体结合在病原体表面能够激活补体系统的蛋白质，正如在第二章中介绍的。补体活化作用（Complement activation）产生的补体蛋白可以结合在病原体表面，然后通过与吞噬细胞表面的补体受
5、体结合从而对病原体发挥调理作用。其他补体组分可以招募吞噬细胞进入感染部位，而最终的补体组分可以直接在一些病原体的膜上形成孔道以裂解病原体。在特定免疫应答中涉及的效应机制是由产生的抗体的同种型或类决定的。本章的第一部分我们会介绍 B 细胞和辅助 T 细胞的相互作用及其导致的抗体生成、这种抗体应答的亲和力成熟过程、同种型转换以及记忆 B 细胞的产生，同种型转换可产生功能不同的抗体，记忆 B 细胞使机体对再次感染具有长期的免疫力。本章的其余部分我们会详细讨论抗体抑制和清除感染的机制。致敏的辅助 T 细胞活化 B 细胞 表面膜免疫球蛋白是 B 细胞的抗原受体（ BCR），在 B 细胞活化中扮演两种角色
6、。第一，与 T 细胞的抗原受体一样，当 BCR 结合抗原后直接把信号传递到细胞内（见 6-1）。第二，B 细胞抗原受体可以将抗原转运至胞内相应位置，在此抗原被降解为多肽，并与MHC II 类分子结合后重返 B 细胞表面（见第五章）。多肽MHC II 类分子复合物能被抗原特异性的致敏辅助 T 细胞所识别，并激活 T 细胞产生蛋白，这些蛋白反过来诱导 B 细胞增殖，产生的子代细胞分化为抗体分泌细胞。有些微生物抗原能直接激活 B 细胞而不需要T 细胞的辅助。B 细胞这种直接对抗原的应答能力使机体对许多重要的细菌病原体能够迅速作出反应。但体细胞高频突变和某些免疫球蛋白同种型的转换依赖于抗原激活的 B
7、细胞与辅助 T 细胞以及外周淋巴器官中其他细胞的相互作用。因此，微生物抗原单独诱导产生的抗体与 T 细胞辅助下诱导产生的抗体相比，其可变性小且功能效应少。9-1 当 B 细胞结合抗原并收到辅助 T 细胞的信号时，就启动体液免疫应答，但某些微生物抗原单独就能刺激 B 细胞产生体液免疫应答仅有抗原是很难激活初始抗原特异性淋巴细胞的，这是获得性免疫中的一般规律。初始 T 细胞需要来自专职抗原递呈细胞的协同刺激信号；初始 B 细胞需要来自致敏辅助 T 细胞的第二信号，但在某些情况下，这些信号可以直接来自微生物组分。抗体对蛋白质抗原的应答需要抗原特异性 T 细胞的辅助。当抗原与表面膜免疫球蛋白结合并被内
8、化入细胞降解成多肽后，多肽可以通过与 MHC II 类分子结合的形式返回细胞表面，此时 B 细胞能够得到致敏辅助 T 细胞的辅助。致敏辅助 T 细胞识别肽MHC 复合物，然后给 B 细胞传递活化信号。因此，蛋白质抗原与 B 细胞的结合不仅通过交联其抗原受体而给 B 细胞提供了特异性信号，而且还使得 B 细胞吸引并获得抗原特异性 T 细胞的辅助。这样的抗原在 T 细胞缺陷的人和动物体内是不能诱导产生抗体应答的，因此，这些抗原被称为胸腺依赖性抗原（thymus-dependent）或 TD 抗原（TD antigens）（图 9.2 的上面 2 张图）。胸腺依赖性抗原（图）B cell：B 细胞（
9、图）helper T cell：辅助 T 细胞；cytokines：细胞因子；B cell：B 细胞胸腺非依赖性抗原（图）B cell：B 细胞图 9.2 胸腺依赖性抗原或胸腺非依赖性抗原在激活 B 细胞时需要第二信号B 细胞活化需要的第一信号是由 B 细胞抗原受体传递的（上图） 。对胸腺依赖性抗原来说，第二信号是辅助 T 细胞识别了 B 细胞表面由 MHC II 类分子结合并递呈的抗原肽片段后传递的（中图） ，此外 T 细胞上的 CD40 配体（CD40L）与 B 细胞上的 CD40 之间的相互关系也是第二信号的重要组成部分。二对胸腺非依赖性抗原来说，第二信号是由抗原自身（下图）或通过非胸腺
10、来源的辅佐细胞（未显示）提供的。B 细胞协同受体（ B-cell co-receptor）复合物 CD19CD21CD81（见 6-8）能大大增强 B 细胞对抗原的应答能力。 CD21（也称为补体受体 2， CR2）是补体片段 C3d 的受体（见 2-11）。将鸡卵溶菌酶与三分子的补体片段 C3dg 偶联后免疫小鼠，在不加佐剂的条件下诱导抗体的产生，该修饰的鸡卵溶菌酶所用剂量比未修饰的鸡卵溶菌酶要低 10,000 倍以上。目前还不清楚与 CD21 结合后增强 B 细胞的应答能力是否是因为提高了 B 细胞的信号传导能力，或者是诱导了 B 细胞上协同刺激分子的表达，还是由于促进了受体介导的抗原摄入
11、。在本章的后面部分我们可以看到，抗体与抗原结合后能够活化补体系统，因此将会有更多的 C3d 包被抗原从而产生更多的有效抗原，这些有效抗原又会反过来更加有效地激活 B 细胞，促进抗体的产生。虽然 B 细胞在对蛋白质抗原产生应答时需要致敏的肽特异性辅助 T 细胞的帮助，但很多微生物成分如细菌多糖，在缺乏辅助 T 细胞的情况下也能够诱导产生抗体。这些微生物抗原被称为胸腺非依赖性（thymus-independent）抗原或 TI 抗原（TI antigens），因为它们可以在 T 淋巴细胞缺陷的个体中诱导出抗体应答。TI 抗原激活 B 细胞产生抗体所需要的第二信号可以直接由识别的普通微生物组分所提供
12、（见图 9.2，下图），也可以由非胸腺来源的辅佐细胞与大量交联的 B 细胞受体共同作用提供的，一般发生在 B 细胞与细菌表面重复表位结合时，B 细胞受体就可以发生交联。胸腺非依赖性抗体应答能部分抵御胞外菌，我们将在后面讲到。9-2 致敏辅助 T 细胞激活与其识别相同抗原的 B 细胞T 细胞依赖的抗体应答需要识别同一抗原的辅助 T 细胞来激活 B 细胞，即联合识别（ linked recognition） 。也就是说在诱导 B 细胞对感染的病原体产生抗体之前，特异性识别病原体肽的 CD4 T 细胞必须首先活化成为相应的致敏辅助 T 细胞。这可能是通过与递呈抗原的树突状细胞相互作用而发生的（参见
13、8-1） 。因此致敏辅助 T 细胞识别的表位与 B 细胞识别的表位是连锁的，但这两个细胞不必识别同一个表位。事实上，我们从第五章已经了解到 T 细胞可以识别内部的肽，而 B 细胞识别相同蛋白的表面表位，这两者的差异是相当大的。对于更复杂的天然抗原如病毒来说，T 细胞和 B 细胞甚至识别的不是同一个蛋白。但重要的是，T 细胞识别的肽是 B 细胞识别抗原天然组成的 一部分，由 B 细胞受体与抗原结合并内化后产生的相应多肽。例如 B 细胞通过识别病毒蛋白外壳的表位能够内化整个病毒颗粒。内化后，病毒颗粒被降解，内部病毒蛋白产生的多肽像衣壳蛋白一样可以通过 MHC II 分子展示于 B 细胞表面。已经在
14、感染早期由巨噬细胞或树突状细胞通过递呈这些内部多肽而致敏的辅助 T 细胞，能够激活 B 细胞使其产生抗衣壳蛋白的抗体（ 图 9.3）。B 细胞通过病毒衣壳蛋白而与病毒结合（图）epitope：表位内化和降解病毒颗粒（图）病毒内部蛋白降解产生的多肽被递呈给 T 细胞，由此再激活 B 细胞（图）helper T cell：辅助 T 细胞；cytokines：细胞因子；B cell：B 细胞B 细胞活化后产生抗病毒衣壳蛋白的抗体（图）图 9.3 B 细胞和辅助 T 细胞必须识别相同分子复合物上的表位才能相互作用B 细胞表面的免疫球蛋白识别病毒衣壳蛋白的表位后将病毒内吞并降解。病毒蛋白包括内部蛋白降解
15、的多肽通过与 MHC II 分子结合而返回至 B 细胞表面（见第五章） 。辅助 T 细胞识别这些复合物后，帮助激活 B 细胞产生抗衣壳蛋白的抗体。抗原特异性 B 细胞在其表面 MHC II 分子浓缩相应肽的能力，决定了识别同一抗原或病原体的 T 细胞特异性活化 B 细胞的过程。结合特殊抗原的 B 细胞通过其 MHC II 分子展示抗原肽片段的能力方面，要比没有结合抗原的 B 细胞有效 10,000 倍。因此，致敏辅助 T细胞只帮助那些受体与结合有这些 T 细胞所识别抗原的 B 细胞。联合识别在调控体液免疫应答中起着重要作用。一是联合识别有助于保证自身耐受，这将在第十三章讲述。联合识别的一个重要
16、应用就是疫苗的设计，如预防婴儿感染 B 型流感嗜血杆菌疫苗。这种细菌性病原体能感染大脑内皮层即脑膜，导致脑膜炎，严重的情况下会造成神经损害或死亡。针对这种病原体的保护性免疫是由抗荚膜多糖抗体介导的。虽然成人对这些多糖抗原能够产生高效的胸腺非依赖性应答，但是这种应答在免疫系统不成熟的婴儿体内非常弱。为获得婴儿用高效疫苗，需要将细菌多糖与破伤风杆菌类毒素化学偶联，这种外源蛋白可以通过常规方法使得婴儿成功获得免疫力（参见第十四章）。与疫苗多糖组分结合的 B 细胞可以被特异性结合类毒素肽的辅助 T 细胞所激活（图 9.4）。B 细胞结合与破伤风类毒素蛋白相连的细菌多糖（图）抗原被内化和加工（图）蛋白质
17、来源的多肽被递呈给 T 细胞（图）helper T cell：辅助 T 细胞；cytokines：细胞因子；B cell：B 细胞活化 B 细胞产生抗细菌表面多糖抗原的抗体（图）图 9.4 附着在多糖抗原上的蛋白质抗原使 T 细胞对多糖特异性 B 细胞发挥辅助作用B 型流感嗜血杆菌疫苗是由细菌多糖和破伤风类毒素蛋白连接而成的复合物。B 细胞识别并结合多糖，内化并降解整个复合物，然后将类毒素降解产生的多肽展示于表面 MHC II分子上。辅助 T 细胞在这个疫苗接种的早期阶段由该类毒素诱导产生，并通过识别 B 细胞表面的复合物而激活 B 细胞产生抗多糖抗体。这种抗体就可以保护机体免受 B 型流感嗜
18、血杆菌的感染。联合识别最先是在研究抗半抗原抗体产生时发现的（参见附录 I，A-1 ）。半抗原是一些自身不能引发抗体应答的小型化学基团，因为它们不能使 B 细胞受体交联，也就不能获得 T 细胞的辅助。但当它们高密度与载体蛋白偶联时，就具有了免疫原性，因为载体蛋白携带多个半抗原基团能够使 B 细胞受体发生交联。另外，由于 T 细胞可以被蛋白来源的肽所致敏，因而就有可能引发 T 细胞依赖的应答。半抗原和蛋白的偶联是许多人对抗生素青霉素过敏的原因，青霉素与宿主蛋白反应形成偶联的半抗原，就能刺激抗体应答，这些我们将在第十二章讲述。9-3 与自身 MHC II 类分子结合的抗原肽能触发致敏的辅助 T 细胞
19、产生膜结合型和分泌型分子并能活化 B 细胞致敏的辅助 T 细胞识别 B 细胞表面的相应肽 MHC II 复合物后就可以激活 B 细胞（图 9.5） 。类似于致敏 TH1 细胞作用于巨噬细胞一样，致敏辅助 T 细胞识别了 B 细胞上的肽MHC 分子复合物后，就能诱导合成细胞结合型和分泌型的效应分子，在 B 细胞活化过程中具有协同作用。一类特别重要的 T 细胞效应分子是肿瘤坏死因子（TNF）家族的膜结合型分子，称为 CD40 配体（CD40L ，也称 CD154） ，因为它与 B 细胞表面分子 CD40结合。CD40 是细胞因子受体 TNF 受体家族的成员（参见 8-20） ，但它没有“死亡结构域
20、” 。它参与 B 细胞应答的所有阶段。 CD40 和 CD40L 的结合有助于诱导静止 B 细胞进入细胞周期，这对胸腺依赖性抗原的 B 细胞应答是很重要的。抗原的识别诱导 T 细胞表达效应分子，由此激活 B 细胞 B 细胞增殖 分化成抗体分泌浆细胞（图） （图） （图）图 9.5 致敏辅助 T 细胞刺激抗原结合 B 细胞的增殖和分化。抗原结合 B 细胞与致敏辅助 T 细胞的特异性相互作用，使得辅助 T 细胞在其表面表达 B细胞刺激分子 CD40 配体（CD40L） ，并分泌 B 细胞刺激因子 IL-4、IL-5 和 IL-6，这些物质诱导 B 细胞增殖并分化成抗体分泌浆细胞。当 B 细胞在体外
21、暴露于人工合成的 CD40L 和细胞因子白介素-4（IL-4）混合物时，就能刺激 B 细胞增殖。IL-4 也是由致敏 TH2 细胞在识别了 B 细胞表面上的特异性配体时产生的，IL-4 和 CD40L 被认为在体内抗体产生之前的克隆增殖中具有协同诱导作用。 IL-4 是TH2 细胞以极性分泌的方式分泌在与 B 细胞接触的部位（ 图 9.6），所以它能选择性地作用于抗原特异性的目标 B 细胞。 B 细胞受体以及 CD40 的联合作用，加上 IL-4 和其他来源于接触 T 细胞产生的信号，导致了 B 细胞的增殖。最近揭示了一些这样的接触信号。它们包括其他 TNF/TNF 受体家族成员，如 CD30
22、 和 CD30 配体（CD30L）、BLyS（B lymphocyte stimulator，B 淋巴细胞激活因子）及其 B 细胞上的受体 TACI。当 B 细胞经过几轮增殖后就能进一步分化成抗体分泌的浆细胞。辅助 T 细胞可以分泌另外两个细胞因子：IL-5 和 IL-6，在 B 细胞活化的后期阶段发挥作用。辅助 T 细胞（T H2）粘附至 B 细胞上，开始合成 IL-4 和 CD40L T 细胞和 B 细胞的特异性识别（图）Golgi apparatus：高尔基体；cytoskeletal protein talin：骨架踝蛋白（图）TH2 细胞骨架重排和分泌囊移向 B 细胞 踝蛋白的着色（
23、图） （图）IL-4 释放入 TH2 和 B 细胞间的间隙 IL-4 的着色（图） （图）图 9.6 当致敏辅助 T 细胞与抗原结合 B 细胞接触时，在细胞与细胞的接触位点处就会出现极化现象并分泌 IL-4 和其他细胞因子当辅助 T 细胞通过其 T 细胞受体与 B 细胞上的抗原结合后，就被诱导表达出 CD40 配体（CD40L） ，可以与 B 细胞上 CD40 结合。如左上图所示，细胞间由于抗原特异性结合而形成紧密连接，周围似乎由 T 细胞上的粘附分子 LFA-1 与 B 细胞上的粘附分子 ICAM-1 连接形成了一个环状密封圈（见图 8.30） 。细胞骨架出现极化现象，图中显示细胞骨架蛋白踝
24、蛋白（talin ）发生转位，移动至细胞与细胞的接触位点（右中图中用红色显示） ，与此相应的是胞内分泌器（高尔基体）也通过细胞骨架向 B 细胞接触的位点移动。下图显示在接触位点释放有细胞因子。右下图显示 IL-4（用绿色表示）被限制在 B 细胞和辅助 T 细胞之间。MTOC 即微管组织中心。本图得到 A.Kupfer 的允许。9-4 同种型转换需要辅助 T 细胞表达 CD40L，并受到细胞因子的诱导抗体引人注目不仅是因其抗原结合位点的多样性，而且还因其作为效应分子的多功能性。抗体应答的特异性是由抗原结合位点决定的，抗原结合位点则由两个可变的 V 区 VH和 VL 组成的；但抗体的效应功能是由重
25、链 C 区的同种型决定的（见 4-15） 。一个特定的重链 V 区可以与任何同种型的 C 区通过同种型转换而连在一起（见 4-16） 。本章的后面章节我们可以看到每种同种型的抗体是如何清除病原体的。DNA 重排是同种型转换的基础，并使体液免疫应答呈现多样性，而 DNA 重排是受细胞因子调控的，尤其是由致敏 CD4 效应T 细胞所释放的细胞因子。所有的初始 B 细胞都表达细胞表面 IgM 和 IgD，然而血浆中 IgM 在免疫球蛋白中的比例还不到 10%，最丰富的同种型是 IgG。因此，血浆中大部分抗体是由发生了同种型转换的 B 细胞产生的。而任何时候产生的 IgD 都是非常少的，因此在抗体应答
26、的早期阶段 IgM抗体是占优势的。稍后，IgG 和 IgA 成为主要的同种型， IgE 在抗体应答中作用很小，但是应答中具有重要生物学意义的部分。IgG 占绝对优势的部分原因是它们在血浆中具有更长的寿命（见图 4.16）。在缺乏功能性 CD40L 的个体中，同种型转换是不会发生的，这是因为 CD40L 是 B 细胞与辅助 T 细胞进行有效相互作用所必需的；因此这种个体在胸腺依赖型抗原的应答中只产生少量 IgM 抗体，但在其血浆内却存在超高水平的 IgM。这些 IgM 抗体可能是由病原体在慢性侵染病人表达出的胸腺非依赖性抗原诱导而产生的，这些病人如我们在第十一章看到的都饱受严重的体液免疫缺陷之苦
27、。有关辅助 T 细胞对同种型转换的调节，其大部分知识都来自于细菌脂多糖（LPS）和纯化的细胞因子对小鼠 B 细胞刺激的体外实验。这些实验显示不同细胞因子可以优先诱导不同同种型的转换。其中有些细胞因子同样在启动 B 细胞应答中可以促进 B 细胞增殖。在小鼠中，IL-4 优先诱导转换为 IgG1 和 IgE，而转化生长因子（TGF-）- 则优先诱导IgG2b 和 IgA 的转换。 TH2 细胞可以产生这两种细胞因子以及 IL-5，IL-5 能诱导已发生同种型转换的细胞分泌 IgA。虽然 TH1 细胞在启动抗体应答时其能力相对来说比较弱，但可以通过释放干扰素（IFN-）- 参与同种型的转换，IFN-
28、 优先诱导 IgG2a 和 IgG3 的转换。图 9.7 总结了细胞因子在诱导 B 细胞产生不同抗体同种型中的作用。细胞因子在调节 Ig 同种型表达中的作用细胞因子 IgM IgG3 IgG1 IgG2b IgG2a IgE IgAIL-4 限制 限制 诱导 限制 诱导IL-5 增强生产IFN- 限制 诱导 限制 诱导 限制TGF- 限制 限制 诱导 诱导图 9.7 不同的细胞因子诱导不同抗体同种型的转换单个细胞因子诱导（紫色）或者限制（红色）一定同种型抗体的产生。多数抑制效应可能导致不同同种型的定向转换。这些数据来自于小鼠细胞的实验。转换重组位点位于每条重链 C 基因的 5端，细胞因子通过激
29、活该转换重组区开始的mRNA 转录和拼接，从而诱导同种型转换（见图 4.20）。例如，当活化 B 细胞暴露于 IL-4 时，在其转换发生的前一天或两天可以检测到位于 C 1 和 C 转换区上游的转录（图9.8）。最近数据显示产生的拼接转换转录本具有诱导转换的作用，但机制还不清楚。诱导转换的每一种细胞因子似乎是诱导了两个相应重链 C 基因转换区的转录，仅仅是促进一个或者另一个基因的特异性重组。这个定点机制得到了下面现象的支持，即单个 B 细胞经常在其两条染色体出现转换的 C 基因是相同的，即使仅表达一条染色体的一种抗体重链。因此，辅助 T 细胞既调节 B 细胞产生抗体的过程，又调节决定抗体效应功
30、能的抗体同种型。初始 B 细胞 （图）初始 B 细胞LPS （图）初始 B 细胞LPSIL-4 （图）初始 B 细胞LPS TGF- （图）图 9.8 同种型转换发生之前重链 C 区基因的转录活化静止的初始 B 细胞低速转录 和 基因，生成表面膜 IgM 和 IgD。细菌脂多糖（LPS）单独就可以激活 B 细胞，诱导分泌 IgM。但在 IL-4 存在时， C 1 和 C 是低速转录，预示要转换产生 IgG1 和 IgE。转换发生在 5 端前面的转录开始处，但不编码蛋白质。同样，TGF- 增加 C 2b 和 C 的转录，促使转换成 IgG2b 和 IgA。现在还不清楚在转换发生时是什么决定了两个
31、重链 C 基因横跨转录本而活化的。箭头代表转录。本图所示小鼠的同种型转换。9-5 在二级免疫器官的 T 细胞带中，结合抗原的 B 细胞被捕获并与致敏辅助 T 细胞接触而激活抗体应答最令人迷惑的特征之一就是抗原特异性 B 细胞是如何与相应抗原特异性辅助T 细胞接触的。这个问题的提出是因为对任何特定抗原具有特异性的初始淋巴细胞频率估计在 110,000 到 11,000,000 之间。因此，识别同一抗原的 T 淋巴细胞和 B 淋巴细胞相遇的机会应该在 110 8 到 110 12 之间。这种相遇远比活化效应 T 细胞难得多，因为对后者来讲，只涉及这两种携带有特异性受体细胞中的一种。此外，T 细胞和
32、 B 细胞在外周淋巴组织中占据了截然不同的区域（见图 1.8） 。同初始 T 细胞的激活过程（见第八章）一样，答案似乎是迁移淋巴细胞在其抗原特异性捕获的过程中发生的。当抗原进入动物体内后，就会被专职抗原递呈细胞捕获和加工，特别是从组织迁移至局部淋巴结中 T 细胞带的树突状细胞。当再循环的初始 T 细胞不断经过这些细胞时，其中极少数受体可以与抗原降解肽结合的 T 细胞就会被有效地捕获。这种捕获过程中很明显涉及 T 细胞特异性抗原受体，但粘附分子和趋化因子的激活可以起到稳定作用，这些我们已在 8-3 和 8-4 中讲过。利用重排的免疫球蛋白基因转基因小鼠的巧妙实验证实：在相应抗原存在的情况下，携带
33、有抗原特异性受体的 B 细胞也能以类似的机制被捕获在淋巴组织的T 细胞带。迁移中的抗原结合 B 细胞一旦遇到抗原，就会激活粘附分子并与趋化因子受体如一种 MIP-3 和 SLC 的受体 CCR7 结合，从而停止迁移。T 细胞带捕获的 B 细胞为本章节开头提出的问题提供了一个圆满答案。T 细胞带中捕获的 T 细胞本身被激活进入辅助细胞状态，当 B 细胞经过高内皮细胞微静脉迁移至淋巴组织时，它们首先进入这些相同的 T 细胞带。大多数 B 细胞快速通过 T 细胞带进入 B 细胞带（初级滤泡），但是那些结合了抗原的 B 细胞就被截留。因此，抗原结合 B 细胞可以精确选择性地被捕获在恰当的地方，极大地增
34、加了它们遭遇相应辅助 T 细胞以及活化的机会。B 细胞与致敏辅助 T 细胞相互作用而激活并建立克隆增殖的初级中心（ primary focus）（图 9.9）。初级中心位于 T 细胞带与 B 细胞带的交界处， T、B 淋巴细胞都会增殖数天，构成初次体液免疫应答的第一阶段。抗原结合 B 细胞截留在 T 细胞带（图）B-cell zone：B 细胞带；T-cell zone：T 细胞带；Antigen-specific T cells：抗原特异性 T 细胞；dendritic cell：树突状细胞；Antigen-specific B cells：抗原特异性 B 细胞抗原结合 B 细胞与致敏辅助
35、T 细胞相互作用形成初级中心（图）primary focus：初级中心图 9.9 抗原结合细胞截留在 T 细胞带T 细胞和 B 细胞经过高内皮细胞微静脉（ HEV）进入淋巴组织后，定居在不同区域，这已在第七章中讨论过。抗原特异性 T 细胞滞留在 T 细胞带，在那儿它们能遇到表面携带有抗原的抗原递呈细胞，如树突状细胞。B 细胞正常情况下会快速穿过 T 细胞带，但当它们结合特异性抗原后，就会在离开 T 细胞带前被截留住，因此能与抗原特异性致敏辅助 T 细胞相互作用。这种相互作用就会在 B 细胞带和 T 细胞带交界处附近形成初级中心。几天之后，克隆增殖的初级中心开始萎缩，很多组成初级中心的淋巴细胞发
36、生凋亡。但有些增殖的 B 细胞则分化成合成抗体的 浆细胞（ plasma cells），并迁移至脾脏的红髓或淋巴结的髓索。B 细胞分化为浆细胞会伴随着多种形态的改变，表现出它们能够产生大量分泌性抗体的特征。图 9.10 比较了静止 B 细胞与浆细胞的特性。浆细胞有丰富的细胞质，多层粗面内质网只有优势（见图 1.19）。细胞核呈现外周染色质浓缩的典型特征，可见明显的核周高尔基体，内质网腔中富含免疫球蛋白，占所有合成蛋白的 1020。但浆细胞不表达 MHC II 分子，因此不再给辅助 T 细胞递呈抗原，虽然这些 T 细胞仍可能为浆细胞的分化和存活提供重要的信号，如 IL-6 和 CD40L。表面免
37、疫球蛋白仍在浆细胞中低水平表达，而且最近的证据显示浆细胞存活的原因部分是由它们继续与抗原结合的能力决定的。不同浆细胞的寿命差异很大。有些在最终分化之后仅能存活数天到数星期，而另外一些则能存活相当长的时间，参与持续的抗体应答。性质固有的 诱导的B 细胞系 表面 Ig 表面 MHC II 高速分泌 Ig 继续发育 体细胞高 频突变 同种型转换静止 B 细胞 高 是 否 是 是 是浆细胞 低 否 是 否 否 否图 9.10 浆细胞高速分泌抗体，但是不再对抗原和辅助 T 细胞作出应答静止的初始 B 细胞表面携带有表面免疫球蛋白（通常是 IgM 和 IgD）和 MHC II 分子。其V 基因尚未发生体细
38、胞高频突变。它们能够摄取抗原并将抗原递呈给辅助 T 细胞，而后者再诱导 B 细胞进行增殖、同种型转换和体细胞高频突变；但 B 细胞不会大量分泌抗体。浆细胞是分泌抗体的分化末端 B 细胞。它们不再与辅助 T 细胞相互作用，因为它们的表面免疫球蛋白含量很低并且缺乏 MHC II 分子，尽管它们通常已经进行了同种型转换和高频突变。浆细胞也失去了改变同种型抗体的能力以及进一步发生体细胞高频突变的能力。9-6 当活化 B 细胞迁移至滤泡并增生形成生发中心时，就会出现初次 B 细胞免疫应答的第二阶段在初级中心增殖中一些 B 细胞和 T 细胞还有另外一种命运。有些细胞迁移至初级淋巴滤泡（primary ly
39、mphoid follicle）中（图 9.11） ，并在那里继续增殖，最后形成生发中心（germinal center） （图 9.12） 。生发中心主要由增殖的 B 细胞所组成，但是抗原特异性 T细胞大约占生发中心淋巴细胞的 10，为 B 细胞提供必不可少的辅助作用。生发中心本质上是在初级滤泡中建立于静止 B 细胞海洋中的一个细胞分裂岛屿，生发中心 B 细胞取代了滤泡外围的静止 B 细胞，而静止 B 细胞环绕生发中心形成 冠状带（ mantle zone） 。初级滤泡包含成簇状的静止 B 细胞，及其周围由一类特别的细胞类型即滤泡树突状细胞（follicular dendritic cell
40、，FDC ）构成的密集网络。滤泡树突状细胞通过分泌趋化因子BLC（参见 7-30）可以吸引初始 B 细胞和活化 B 细胞进入滤泡。B 细胞在骨髓中发育（图）stemcell：干细胞；pro B：祖 B 细胞；pre B：前 B 细胞；stromal cell：基质细胞成熟的 B 细胞经由血流进入淋巴结，通过输出淋巴管离开（图）primary lymphoid follicle：初级淋巴滤泡；second lymphoid follicle：次级淋巴滤泡；high endothelial venule：高内皮细胞微静脉；germinal center：生发中心；T-cell area：T 细胞区
41、域；medullary cords：髓索；B cell： B 细胞；blood vessels：血管；efferent lymphatics vessel：输出淋巴管B 细胞接触抗原并形成初级中心，增殖的细胞由此迁移至初级滤泡，形成具有生发中心的次级滤泡（图）HEV：高内皮小静脉浆细胞迁移到髓索或者经由输出淋巴管离开（图）浆细胞迁移至骨髓（图）图 9.11 活化 B 细胞在淋巴滤泡中形成生发中心一些在初级中心活化的 B 细胞迁移至初级滤泡中并形成生发中心。生发中心是 B 细胞快速增殖和分化的部位。已经形成生发中心的滤泡就是次级滤泡。在生发中心中，B 细胞开始分化形成抗体分泌的浆细胞或者记忆 B
42、 细胞。浆细胞离开生发中心迁移到髓索中或者经由淋巴输出管离开淋巴结迁移到骨髓中。记忆 B 细胞经过二级淋巴组织（未显示）的 B 细胞带继续再循环，一些可能优先居留在脾脏的边缘带（见第七章） 。初级中心发生的早期事件导致特异性抗体的迅速分泌，为感染个体提供即时的保护作用。另外，生发中心反应也为后期应答提供了更有效的保护作用，如在病原体建立的慢性感染中或宿主再次感染时就会出现。最后，B 细胞在生发中心会发生一系列重要的变化，包括体细胞高频突变（ somatic hypermutation）（参见第四章）、亲和力成熟（ affinity maturation）和同种型转换（ isotype swit
43、ching）（参见 9-4 和 9-16）。体细胞高频突变改变 B 细胞的 V 区基因，亲和力成熟则选择与抗原高亲和力结合的 B 细胞存活下来，而同种型转换使这些选择存活下来的 B 细胞表达具有一系列效应功能的各种同种型抗体。这些选择下来的细胞可以分化为记忆 B 细胞，也可以分化为浆细胞，记忆 B 细胞的功能我们会在第十章讲述，而浆细胞则开始分泌高亲和力的抗体，并在初次免疫应答的后期产生同种型转换的抗体。生发中心是细胞增殖旺盛的地方，B 细胞每 68 小时就分裂一次。最初，这些快速增殖的 B 细胞会明显降低其表面免疫球蛋白的表达，特别是 IgD 的表达。这些 B 细胞被称为中心母细胞（cent
44、roblasts）。随着时间推移，一些 B 细胞降低了分裂速度，开始高水平表达其表面免疫球蛋白，这些细胞就称之为中心细胞（centrocytes）。中心母细胞最先在生发中心的暗带（ dark zone）（见图 9.12）中增生，因增生的细胞排列紧密而称之。随着进一步发育，B 细胞开始充满生发中心的 明带（ light zone），即一个充斥更多滤泡树突状细胞而细胞排列不如暗带紧密的滤泡内区域。原先人们认为只有暗带中的中心母细胞是会增殖的，而明带的中心细胞则不会分裂。事实上，这可能是发生在因发炎而手术切除的扁桃体生发中心的情形。但在小鼠新生成的生发中心中，明带和暗带中都有明显的细胞增殖现象，而且
45、暗带的增殖细胞在其表面能够表达适量的免疫球蛋白。所以在初级生发中心中，B 细胞是否增殖或静止不是明带和暗带的显著区别，至少在小鼠中是这样。滤泡树突状细胞最先只是在明带中最占优势，而随着生发中心的发育，它们更显著扩张至整个生发中心。在免疫后 15 天的成熟生发中心更像是一个明带，仅保留很少的暗带典型特征。生发中心的这种演变有助于解释与免疫抗原高亲和力结合的 B 细胞是如何被选择的，正如我们现在所讨论的。生发中心示意图生发中心的光学显微照片（高倍）生发中心（低倍）着色显示滤泡树突状细胞（图）mantle zone：冠状带；centrocytes：中心细胞；follicular dendritic
46、cell：滤泡树突状细胞；centroblasts：中心母细胞；helper T cell：辅助 T 细胞；B-cell zone：B 细胞带；T-cell zone：T 细胞带（图） （图）图 9.12 活化 B 细胞进入淋巴滤泡并生发形成中心生发中心是 B 细胞进行增殖、体细胞高频突变和选择抗原结合的特殊微环境。B 细胞在生发中心迅速增殖被称为中心母细胞。紧密排列的中心母细胞形成生发中心中所谓的“暗带” ，这可以在中图生发中心切片的下半部分看到。随着这些细胞成熟，它们成为小的中心细胞，并迁移出去进入生发中心的“明带” （中图上半部分） ，中心细胞在此可以与密集的网状滤泡树突状细胞（FDCs
47、）接触。中图的 FDCs 没有着色，但可以在右图中清楚看到，在生发中心有 FDCs（用抗 Bu10 抗体染上蓝色，即 FDC 特异性标记） ，以及在冠状带的成熟 B 细胞（用抗 IgD 抗体染成褐色） 。这个切面主要展现了明带中浓密的 FDCs 网络，虽然在图下半部分的深着色区域内也能看到暗带中不很密集的 FDC 网络。本图由 I MacLennan.提供。9-7 生发中心 B 细胞进行 V-区的体细胞高频突变，并选择与抗原亲和力增加的突变细胞体细胞高频突变是产生免疫球蛋白多样性的四大机制之一，我们已在第四章中讲述过。这里我们讨论启动体细胞高频突变的信号以及这些细胞突变后的生物效应。体细胞高频
48、突变正常情况下只发生在生发中心增殖的 B 细胞中。这首先是通过流式细胞术对生发中心 B细胞进行分选（见附录 I，A-22）并对这样来源的细胞株进行 V 基因测序时发现的；后来，从组织切片中通过显微切割分离到生发中心 B 细胞，提取 DNA 并用 PCR 扩增其 V 基因，经测序更直接地显示了这种现象。然而，体外试验表明 B 细胞当其 B 细胞受体发生交联并受到辅助信号，如来自活化 T 细胞的细胞因子和 CD40L 的刺激，则可诱导 B 细胞在生发中心外进行体细胞高频突变。事实上，由于淋巴毒素- 基因的突变而缺乏生发中心的小鼠（参见 7-30）仍能支持 B 细胞的高频突变，虽然目前还不清楚在何处
49、发生。体细胞高频突变与其他免疫球蛋白多样性产生机制是不同的，体细胞高频突变可产生一系列相关但对抗原有不同特异性和亲和力的 B 细胞受体，而其他机制产生的 B 细胞是携带有完全不同的 B 细胞受体。这是因为体细胞高频突变通常涉及个别位点的突变，仅改变单个氨基酸。免疫球蛋白 V 区基因大概以每次细胞分裂时每 103 碱基对中有 1 个碱基对发生改变的突变频率进行累积。所有其他体细胞的 DNA 突变频率要低很多：大约是每次细胞分裂时每 1010 碱基对中有 1 对碱基对发生突变。每一条重链和轻链 V 区基因大约是由360 个碱基对编码的，当每 4 个碱基中有 3 个碱基发生突变时就会产生 1 个突变的氨基酸，每次分裂中每 2 个 B 细胞就会有 1 个受体发生突变。这些突变也影响重排 V 基因的有些侧翼 DNA，但这些突变一般不会延伸至 C 区外显子中。因此，随机点突变在某种程度上是针对 B 细胞重排的 V 基因的。点突变是 B 细胞在生发中心克隆增殖时逐步累积的。一般来说，一个 B 细胞在其每一代中获得的新突变不会超过 1 或 2 个。突变能影响 B 细胞结合抗原的能力，进而影响 B 细胞在生发中心的命运，正如图 9.13 所示。大多数突变对 B 细胞受体与原始抗原结合能力的
