Science：揭示脑膜B细胞起源自中枢神经系统边界的淋巴造血微环境

2021年7月24日讯/生物谷BIOON/---脑膜（meninge）是一种覆盖中枢神经系统（CNS）的三层膜：最外层的硬脑膜附着在颅骨骨膜上；两层内膜，即蛛网膜和软脑膜，覆盖着大脑皮质。脑膜室承载着先天性和适应性免疫细胞，为中枢神经系统边界区域提供持续的免疫监视。鉴于这种战略位置，脑膜免疫是神经免疫性疾病的一个关键组成部分。最近的研究已调查了脑膜髓样细胞的起源和动态。然而，对脑膜B细胞却知之甚少。

为了研究脑膜B细胞的表型，来自美国华盛顿大学等研究机构的研究人员在一项新的研究中使用了不同的高通量技术，如单细胞RNA测序（scRNA-seq）、飞行时间流式细胞仪（CyTOF）和单细胞B细胞受体测序（scBCR-seq）。他们通过流式细胞仪和共聚焦成像进一步证实了他们的发现。他们通过骨髓移植（BMT）和联体共生实验来确定脑膜B细胞的来源。最后，他们研究了脑膜B细胞在衰老过程中如何发生变化。相关研究结果发表在2021年7月23日的Science期刊上，论文标题为“Heterogeneity of meningeal B cells reveals a lymphopoietic niche at the CNS borders”。

这些作者使用scRNA-seq对小鼠脑膜进行了表征，发现脑膜B细胞包含了多个发育阶段，从原B细胞（pro-B cell）到成熟B细胞。在骨髓中发现了相同的B细胞亚群，但在血液中没有发现这一点。CyTOF和流式细胞仪进一步证实了这一结果，表明正常存在于骨髓的早期B细胞亚群在稳态状态下也能在脑膜中找到。骨髓移植与颅骨骨髓的选择性重组显示，脑膜B细胞来自颅盖（calvaria），即位于颅骨扁平骨内的造血区域。然后，他们在野生型小鼠和在B细胞中特异性地表达tdTomato荧光蛋白的CD19-Tomato小鼠之间进行了联体共生实验。该实验表明，在稳态状态下，循环B细胞对小鼠脑膜的浸润很小。利用共聚焦成像，他们发现B细胞通过穿越内颅骨的专门血管通道从颅盖迁移到脑膜。他们对scRNA-seq数据的相互作用组（interactome）分析突出了脑膜B细胞和硬脑膜成纤维细胞样细胞（fibroblast-like cell, FLC）之间的分子通信网络。值得注意的是，他们显示硬脑膜FLC细胞表达高水平的Cxcl12，而硬脑膜早期B细胞表达它的受体Cxcr4。这些分子在各自细胞群体中的表达通过成像和流式细胞仪进行了验证。CXCL12-CXCR4轴对骨髓早期B细胞的生存和分化是必需的，同样的机制也可能存在于硬脑膜中。他们还发现，老年小鼠（约2岁）在硬脑膜中积累了年龄相关的B细胞（age-associated B cell, ABC）和浆细胞。与初始B细胞（naïve B cell）相比，ABC细胞具有重要的转录变化、V区库（V-region repertoire）的多样性减少和体细胞突变的积累，这表明它们存在抗原经验。通过scBCR-seq对B细胞克隆的分析表明，硬脑膜ABC细胞从外周渗入。在BCR克隆的基础上，他们还认为，硬脑膜ABC细胞可能在局部经历了终末分化，成为分泌免疫球蛋白（Ig）的浆细胞。

年轻小鼠和年老小鼠脑膜B细胞的组成。图片来自Science, 2021, doi:10.1126/science.abf9277。

综上所述，这项研究揭示小鼠脑膜具有存在于中枢神经系统边界的淋巴造血微环境（lymphopoietic niche）。脑膜中的B细胞发育可能诱导对中枢神经系统抗原的免疫耐受，从而在中枢神经系统内保持免疫赦免（immune privilege）。然而，血源性ABC细胞会随着时间的推移在脑膜中积累。外周ABC细胞不受中枢神经系统抗原的训练，并可能局部分化为中枢神经系统反应性浆细胞。这种情形在衰老过程中可能会危及赋予免疫赦免的中枢神经系统环境。（生物谷 Bioon.com）

参考资料：

Simone Brioschi et al. Heterogeneity of meningeal B cells reveals a lymphopoietic niche at the CNS borders. Science, 2021, doi:10.1126/science.abf9277.

Rita H. Nguyen et al. Bespoke brain immunity. Science, 2021, doi:10.1126/science.abj8183.