第三节 B细胞介导的体液免疫应答

    1. B细胞对TD抗原应答的基本过程

    2. B细胞活化需要的信号

    3. B细胞对TI抗原的应答

    4. 体液免疫应答的一般规律

    5. 体液免疫的效应

第三节  B细胞介导的适应性免疫应答

B细胞介导的适应性免疫应答也叫体液免疫应答，因为B细胞应答是通过产生特异性抗体进入体液而发挥免疫效应。B细胞应答的第一步是BCR对抗原的特异性识别及两者的结合，启动B细胞激活信号。此信号被传导入胞内，在共刺激分子产生的第二信号作用下诱导细胞活化、增殖、分化，并最终分化成浆细胞或记忆细胞。B细胞识别的抗原主要是胸腺依赖性（TD）抗原，还有非胸腺依赖性（TI）抗原。B细胞对TD抗原的应答需要Th细胞的辅助。

一、B细胞对TD抗原的免疫应答

（一）B细胞对TD抗原的识别

1．B细胞通过BCR识别抗原  BCR识别抗原在B细胞激活中有两个相互关联的作用：抗原与mIg的可变区特异结合，产生活化第一信号；内化与其结合的抗原，并进行加工处理，形成抗原肽-MHCⅡ类分子复合物，提呈给Th细胞识别，Th活化后反过来提供B细胞活化的第二信号。前一个作用对于后一个作用是必须的，抗原只有与BCR结合后，才能被B细胞内化。与TCR不同，BCR识别抗原有如下特点：①BCR不仅能识别蛋白质，还能识别多肽、核酸、多糖、脂类和小分子化合物；②BCR可特异性识别完整抗原的天然构象；③ BCR识别抗原无需APC加工处理，也没有MHC限制性。

2．B细胞的活化信号  B细胞活化也需要双信号。BCR与抗原特异性结合，启动B细胞活化的第一信号，由共刺激分子提供的第二信号使B细胞完全活化。活化后的信号转导途径与T细胞类似。

（1）B细胞活化的第一信号：B细胞活化的第一信号经由BCR-CD79a/b(即Igα/Igβ) 和CD19/CD21/CD81共同传递。抗原与BCR结合启动的活化信号，需要CD79a/b将之传入胞内。与CD3类似，CD79a/b胞浆区也存在ITAM。ITAM磷酸化后，启动激酶活化的级联反应，最终通过激活转录因子，调控细胞增殖及活化相关基因，使B细胞初步活化。

（2）BCR共受体的作用：成熟B细胞表面CD19/CD21/CD81以非共价键组成BCR共受体复合物。CD21胞内区无酪氨酸残基，故不能传导信号，但能识别结合于抗原的补体成分C3d，与CD19交联，向胞内传递信号。CD19的胞浆区有多个保守的酪氨酸残基，能募集含有SH2结构域的酪氨酸激酶Lyn、Fyn等。CD81分子为4次跨膜分子，其主要作用可能是联结CD19和CD21，稳定CD19/CD21/CD81复合物。共受体传导的信号加强了由BCR复合物传导的信号，明显降低了抗原激活B细胞的阈值，从而大大提高了B细胞对抗原刺激的敏感性。

（3）B细胞活化的第二信号：B细胞的完全活化，需要由Th细胞与B细胞表面多对共刺激分子相互作用提供的共刺激信号（第二信号），其中最重要的是CD40/CD40L。CD40主要表达在B细胞以及单核细胞和DC表面；CD40L主要表达在活化的CD4⁺T细胞和肥大细胞的表面。静息T细胞不表达CD40L，活化T细胞迅速表达CD40L，CD40L与B细胞表面组成性表达的CD40相互作用，向B细胞传递活化的第二信号。   

（4）细胞因子的作用：活化B细胞表达多种细胞因子受体，在活化T细胞分泌的细胞因子作用下大量增殖。细胞因子诱导的B细胞增殖是B细胞形成生发中心和继续分化的基础。

（二）T、B细胞相互作用与B细胞免疫应答 

B细胞对TD抗原的应答需要T细胞辅助，表现为：①活化T细胞表面的共刺激分子可以提供B细胞活化的第二信号；② T细胞分泌的细胞因子促进B细胞活化、增殖、分化。

T、B细胞间的作用是相互的（图8-3）。一方面，B细胞可以作为APC加工、提呈抗原肽-MHCⅡ类分子复合物给T细胞识别，活化T细胞；另一方面，活化T细胞提供B细胞活化的第二信号，并分泌IL-4等细胞因子协助B细胞的进一步分化。Th细胞在生发中心暗区的形成、B细胞克隆性扩增和B细胞分化成生发中心细胞、抗体类别转换以及记忆性B细胞的生成中均起重要作用。

体内抗原特异性B细胞与抗原特异性T细胞相遇的几率非常小，仅为10^-8～10^-12。而在外周淋巴器官中，T、B细胞定位于不同的部位，这就产生了抗原特异T细胞如何辅助抗原特异B细胞的问题。这可能与迁移中的抗原提呈细胞对抗原的捕捉相关。抗原一旦进入机体，会被专职APC，特别是树突状细胞捕捉和加工，后者从组织迁移到局部淋巴结的T细胞区。经抗原刺激的初始T细胞在再循环中连续不断流过这些细胞旁边时，那些有着能识别抗原中T细胞表位的T细胞就被APC“捕捉”。被“捕捉”的T细胞的TCR与APC加工提呈的抗原肽-MHC分子相结合，T细胞被激活。血循环中的B细胞也穿越高内皮小静脉进入T细胞区，表达该抗原特异性BCR的B细胞也在该区被“捕捉”。这样，抗原特异的B细胞就能与抗原特异的Th细胞在T细胞区这一特定的部位相遇，B细胞就能在Th细胞辅助下被激活，再进入淋巴滤泡。进入淋巴滤泡的B细胞分裂增殖，形成生发中心（germinal center）。生发中心里的B细胞会多次离开生发中心，再回到生发中心。Th细胞也能进入生发中心，也在生发中心给B细胞予辅助。部分激活的B细胞分化成浆细胞，产生抗体。部分激活的B细胞分化成记忆细胞。上述T细胞对B细胞体液免疫应答的辅助均为特异性辅助，即T细胞辅助的B细胞所识别的与T细胞识别的为同一抗原。

（三）B细胞的增殖和终末分化 

初始B细胞经双信号刺激而完全活化，具备了增殖和继续分化的能力。在Th细胞产生的细胞因子辅助下，活化B细胞增殖形成生发中心，并经历体细胞高频突变、Ig亲和力成熟、Ig类别转换，分化为浆细胞或记忆B细胞，发挥免疫效应。在B细胞活化、增殖与分化过程中，均需Th细胞的辅助。

1．B细胞在生发中心的分化成熟  在外周免疫器官T细胞区激活的部分B细胞进入初级淋巴滤泡，分裂增殖，形成生发中心。生发中心是B细胞增殖分化的主要场所，在抗原刺激后一周左右形成。其中的B细胞6~8小时分裂一次。这些分裂增殖的B细胞称中心母细胞（centroblast），有着B 细胞的典型形态特征，分裂能力极强。不发生分裂增殖的B细胞被推向外侧，形成冠状带(mantle zone)。随着生发中心细胞增加，生发中心可分为两个区域：一个是暗区（dark zone），分裂增殖的中心母细胞在此紧密集聚，滤泡树突状细胞（FDC）很少；另一个为明区（light zone），中心细胞在此聚集不甚紧密，但与众多的FDC 接触（图8-4）。生发中心中绝大多数B细胞发生凋亡。部分B细胞在抗原刺激和T细胞辅助下继续分化发育，并可发生体细胞高频突变、Ig亲和力成熟、Ig类别转换及记忆B细胞形成等变化。

2．体细胞高频突变和Ig亲和力成熟  中心母细胞重链和轻链V区基因的体细胞突变率极高，每次细胞分裂有50% BCR突变，是形成抗体多样性的主要机制之一。由于体细胞高频突变，导致BCR的特异性或亲和力发生改变，从而形成多样性B细胞克隆，只有那些表达高亲和力抗原受体的B 细胞，才能有效地结合抗原，并在抗原特异性Th 细胞辅助下增殖，产生高亲和力的抗体，此为抗体亲和力成熟（affinity maturation）。

3. Ig类别转换  B细胞在IgV区基因重排后，其子代细胞Ig 重链V区基因保持不变，但C区基因则会发生重排。在免疫应答中首先分泌IgM，但随后可表达并产生IgG、IgA 或IgE，而其重链V区不发生改变。这种可变区相同而Ig类别发生变化的过程称为Ig类别转换（classswitching）或同种型转换（isotype switch）。Ig类别转换在抗原诱导下发生，并接受T细胞分泌的细胞因子调节。Ig类别转换是机体产生不同类别抗体的基础。

4. 浆细胞的形成  浆细胞又称抗体形成细胞（antibody forming cell，AFC），是B细胞分化的终末细胞，浆细胞胞质中除了少量线粒体，几乎全部为粗面内质网，能合成和分泌特异性抗体，同时表面的BCR表达减少。与初始B细胞不同，浆细胞的主要特点是能够分泌大量抗体，而不能与抗原起反应，也失去了与Th细胞相互作用的能力，因为浆细胞表面不再表达BCR和MHCⅡ类分子。生发中心产生的浆细胞大部分迁入骨髓，并在较长时间内持续产生抗体。

5. 记忆性B细胞的产生  生发中心中存活下来的B细胞，或分化发育成浆细胞，或成为记忆细胞离开生发中心。记忆B细胞（memory B cell，Bm）不产生Ig，但再次与同一抗原相遇时可迅速活化，产生大量抗原特异性Ig。记忆B细胞表达CD27，并较初始B细胞表达较高水平的CD44。一般认为记忆细胞为长寿细胞，尚不清楚是什么因素维持记忆细胞的存活。有人认为抗原可能以IC状态持续存在于生发中心中FDC的树突表面，它能“不断”刺激“经过”生发中心的记忆B细胞，给后者存活信号。 

二、B细胞对TI抗原的免疫应答

非胸腺依赖性抗原（TI-Ag），如某些细菌多糖、多聚蛋白质及脂多糖等，能直接刺激初始B细胞活化，而无需抗原特异性T细胞的辅助。在正常个体，TI抗原可诱导抗体产生，而不引起T细胞应答。TI抗原可分成两类，即TI-1和TI-2，它们以不同机制激活B细胞。

（一）B细胞对TI-1抗原的免疫应答 

TI-1抗原常被称为B细胞丝裂原，可以诱导成熟和未成熟B细胞活化，产生低亲和力的IgM。高浓度TI-1抗原经丝裂原受体与B细胞结合，多克隆地诱导B细胞增殖和分化；低浓度抗原则能激活抗原特异性B细胞。在机体感染病原体时，可能TI-1抗原的浓度很低，因此只有抗原特异的B细胞才能被激活，并产生抗该抗原的抗体。该应答在抗某些胞外病原体感染中发挥重要作用，因其无需Th细胞预先致敏与克隆性扩增，故比对胸腺依赖性抗原的应答发生为早。但TI-1抗原单独不足以诱导Ig类别转换、Ig亲和力成熟及记忆B细胞形成，这些均需特异T细胞辅助。

（二）B细胞对TI-2抗原的免疫应答 

TI-2抗原为细菌胞壁与荚膜多糖，有高度重复的结构。TI-2抗原只能激活成熟B细胞，婴幼儿B细胞未发育成熟，故不能有效产生抗多糖抗原的抗体。对TI-2抗原发生应答的主要是B1细胞。TI-2抗原通过其高度重复的抗原表位使B细胞的mIg发生广泛的交联而被激活，但mIg 过度交联会使成熟B细胞变成无应答性。因此，TI-2抗原表位的密度在TI-2抗原激活B细胞中可能起决定作用。密度太低，mIg交联的程度不足以激活细胞；密度太高，会使细胞变为无应答性。

B细胞对TI-2抗原的应答具有重要的生理意义。大多数胞外菌有胞壁多糖，能抵抗吞噬细胞的吞噬消化，这使它们能逃脱吞噬细胞的直接吞噬杀伤。B细胞针对此类TI-2抗原产生的抗体，可发挥调理作用，促进吞噬细胞对病原体的吞噬，并且有利于巨噬细胞将抗原提呈给特异性T细胞。TI-2抗原可以直接激活B1细胞，T细胞分泌的细胞因子可明显增强此类B细胞的免疫应答，并发生抗体类别转换，可产生IgM及IgG。T细胞在TI-2抗原应答中的作用机制尚不十分清楚。

三、体液免疫应答的一般规律

在抗原诱导下，浆细胞产生的抗体经淋巴液和血液流向全身，血流中抗体的浓度随应答时间的持续而增高。在初次接受特定抗原刺激时，机体发生的应答称初次应答（primary response）；初次应答中所形成的记忆细胞再次接受相同抗原刺激，产生迅速、高效、持久的应答，称为再次应答（secondary response），或称回忆应答（anamnestic response）。

（一）初次应答 

初次应答产生的抗体数量少、亲和力低，产生过程可以分为如下四个阶段。

1. 潜伏期（lagphase）  接受抗原刺激后到血清中能测到特异抗体之前的阶段。此期的长短由抗原的性质、抗原进入机体的途径、所用佐剂类型及宿主情况所决定，可短至数小时，也可长至数周。

2. 对数期（logphase）  此期抗体量呈指数增加，取决于抗原剂量和抗原性质等因素。

3. 平台期（plateauphase）  此期血清中抗体浓度基本维持在一个相当稳定的较高水平。到达平台期所需的时间及平台的高度及维持时间，依抗原不同而异。有的平台期很短，有的可长至数周。

4. 下降期（declinephase）  由于抗体被降解或与抗原结合而被清除，血清中抗体浓度慢慢下降，此期可持续几天或几周。

（二）再次应答 

当再次接受相同抗原刺激，机体可发生再次免疫应答。它与初次应答的不同之处为：①潜伏期短，大约为初次应答潜伏期时间的一半；②血清抗体浓度增加快，到达平台期快，平台高；③维持时间长，下降期持久，因为机体会长时间合成抗体；⑤用较少量抗原刺激即可诱发再次应答；⑥再次应答中产生的抗体主要为高亲和力的IgG，而初次应答中主要产生低亲和力的IgM（图8-5）。 

再次应答的强弱取决于抗原的强弱与两次抗原注射的间隔长短。间隔短则应答弱，因为初次应答后存留的抗体可与注入的抗原结合，形成抗原-抗体复合物而被迅速清除。间隔太长，反应也弱，因为记忆细胞尽管长命，但并非永生。再次应答的能力可持续存在数个月或数年，故机体一旦被感染后可持续相当时间不再感染相同病原体。