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Science:重大进展!揭示生发中心的B细胞命运抉择机制

来源:本站原创 2017-10-17 23:21


图片来自Science,doi:10.1126/science.aao2602。

2017年10月16日/生物谷BIOON/---生发中心(germinal centers, GC)是短暂存在的微观结构,它们在免疫反应期间形成淋巴器官。它们是B细胞克隆增殖和亲和力成熟(affinity maturation)的场所。亲和力成熟这个过程会导致高亲和力抗体产生。生发中心是高度动态的,含有活化B细胞、特殊的滤泡辅助性T细胞(TFH)和捕获抗原的滤泡树突细胞。

生发中心被分为两个功能不同的区域:暗区(dark zone, DZ)和明区(light zone, LZ)。暗区是发生快速的细胞分裂和随机的抗体基因突变的地方,其中抗体基因随机突变是由活化诱导的胞苷脱氨酶(activation-induced cytidine deaminase, AID)引发的。这种突变过程导致大量密切相关的携带着不同抗原结合性质的受体的B细胞堆积。一旦停止细胞分裂,暗区B细胞迁移到明区,在那里,这些新产生的B细胞受体(BCR)接受考验:在生发中心中携带着相对较高亲和力受体的B细胞捕获和加工更多的抗原,并且通过与TFH细胞相互作用,经历正向筛选(positive selection)。这些经历正向筛选的明区B细胞返回到暗区,在那里,它们经历进一步的分裂和突变周期。与此同时,少量记忆B细胞和分泌抗体的浆细胞离开生发中心。总之,这些过程为亲和力成熟提供机制上的基础。亲和力成熟对有效的疫苗接种和感染预防至关重要。

除了产生抗体变异体之外,AID表达也给基因组带来威胁。AID能够导致双链DNA断裂,这是染色体易位产生的基础。它也能够导致免疫球蛋白(Ig)基因发生无义突变和缺失,或者产生自身反应性抗体。这些有害突变应当遭受淘汰。确实,组织学家长期以来一直在生发中心内发现的特殊的着色小体巨噬细胞(tingible body macrophage)中观察到大量的凋亡核(apoptotic nuclei)。然而,在组织学方面之外,人们对生发中心B细胞凋亡率,以及它在生发中心的暗区和明区中是否存在差异,知之甚少。再者,导致细胞凋亡的机制、这些机制在生发中心每个区域中的相对重要性和它们在生发中心B细胞筛选中的作用是不清楚的。

为了研究这些问题,来自美国洛克菲勒大学、康奈尔大学威尔医学院和荷兰阿姆斯特丹大学的研究人员构建出荧光凋亡指示剂小鼠,并且利用它们计算和描述生发中心内的死亡B细胞。相关研究结果发表在2017年10月13日的Science期刊上,论文标题为“The microanatomic segregation of selection by apoptosis in the germinal center”。

这些研究人员发现在免疫反应期间,细胞凋亡在生发中心的暗区和明区内普遍存在:高达50%的生发中心B细胞每6小时就经历程序性细胞死亡。他们分离出单个死亡的生发中心B细胞,克隆它们的抗体基因,通过短暂的转染表达这些抗体基因,并且测试它们的抗原结合性质和其他性质。发生凋亡的暗区B细胞高度富集被AID破坏的Ig基因,包括无义突变和缺失。

相比之下,死亡的明区B细胞主要表达完整的具有一系列亲和力的抗体,而且这些抗体在亲和力方面与活的明区中的生发中心B细胞表达的抗体是不可区分的。通过实验性地阻断正向筛选和利用Myc报告小鼠(Myc是一种原癌基因,可作为经历正向筛选的一种指示剂)作为研究对象,这些研究人员发现细胞凋亡是明区中没有经历正向筛选的生发中心B细胞的宿命。因此,明区中携带着低亲和力BCR的生发中心B细胞并不优先地经历凋亡。相反,细胞凋亡的发生与BCR亲和力无关,而且携带着高亲和力BCR的明区B细胞更可能经历正向筛选。

简而言之,细胞凋亡是生发中心B细胞生物学的一个主要特征,而且是平衡较高的增殖率和清除携带着有害突变的B细胞所必需的。尽管细胞凋亡在明区和暗区中都发生,但是每个区域中发生的凋亡机制是截然不同的,而且在微观上被隔离开。对生发中心B细胞生物学的这些认识对疫苗设计产生重要的影响,特别是对正常情形下躲避有效抗体反应的病原体而言。(生物谷 Bioon.com)

参考资料:

Christian T. Mayer, Anna Gazumyan, Ervin E. Kara Ho et al. The microanatomic segregation of selection by apoptosis in the germinal center. Science, 13 Oct 2017, 358(6360):eaao2602, doi:10.1126/science.aao2602

Vanessa L. Bryant, Philip D. Hodgkin. Life, death, and antibodies. Science, 13 Oct 2017, 358(6360):171-172, doi:10.1126/science.aap8728

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