修正教科书！西湖大学徐和平/何丹阳团队发现B细胞发育和筛选新途径

2021-10-11 15:15

该研究揭示了一条B淋巴细胞在脑膜中进行发育和阴性筛选的全新途径。

翻开任意一本免疫学的经典教材，在关于B淋巴细胞的章节中，往往会出现诸如“ 哺乳动物的B淋巴细胞是在骨髓中发育和进行中枢耐受筛选 ”的描述。这个教科书中的经典结论，近期被西湖大学徐和平课题组与何丹阳课题组改写了。

2021年10月8日，西湖大学生命科学学院徐和平课题组与何丹阳课题组在 Immunity 杂志在线发表题为： Early developing B cells undergo negative selection by central nervous system-specific antigens in the meninges 的研究论文。 该研究揭示了一条B淋巴细胞在脑膜中进行发育和阴性筛选的全新途径 。

图1. 脑膜B淋巴细胞发育与阴性筛选研究总结示意图

抗体在被分泌到胞外之前是以膜蛋白的形式表达在B细胞表面用于特异性地识别抗原，因此也叫做B细胞受体（B cell receptor, BCR）。在B细胞发育过程中，其BCR基因组区域发生一系列VDJ基因随机重排事件，进而形成了高度复杂多样的BCR免疫组库（immune repertoire）。BCR repertoire 的多样性保障了我们体内的B细胞能够识别包括各类致病微生物在内的多种非自身物质，并作出相应的保护性免疫应答。然而，VDJ基因随机重排也会产生能够识别自身物质的BCRs。在正常情况下，表达自身反应性BCRs的前体B细胞（B cell precursors, pre-B）和未成熟B细胞（immature B cells）识别自身抗原后会被一套称之为中枢耐受（central tolerance）的机制清除来实现阴性筛选（negative selection）， 进而限制了自身反应性B细胞的发育成熟 。自身反应性B细胞阴性筛选的失调会伴发多种自身免疫性疾病，如多发样硬化（multiple sclerosis，MS）、系统性红斑狼疮（Systemic lupus erythematosus, SLE）等。

从B细胞在哺乳动物中被发现以来， 人们认为B细胞发育和中枢耐受这一重要的免疫学过程只在骨髓中进行 。因此自身抗原需要以较高的丰度存在于骨髓中才能有效地激发阴性筛选来消除自身反应性B细胞。例如中枢神经系统特异性表达的髓鞘少突胶质细胞糖蛋白（MOG）在骨髓丰度很低，就无法激活骨髓中的阴性筛选机制。与此一致的发现是，利用遗传学方法建立的MOG抗体基因敲进小鼠的脾脏等器官中有大量能够特异性识别MOG的成熟B细胞（Litzenburger et al., JEM 1998）。

然而，近期的研究发现B细胞等免疫细胞可以通过淋巴管出现在脑膜中（Louveau et al., Nature 2015; Keren-Shaul et al., Cell 2017; Mundt et al., Sci. Immunol. 2019），说明MOG反应性的B细胞也有机会进入CNS区域接触到MOG蛋白。但是奇怪的是Th小鼠模型其并没有发生实验性自身免疫性脑脊髓炎这一典型的神经系统自身免疫病（Litzenburger et al., 1998）。这一现象暗示了我们体内可能存在其他重要的B细胞免疫耐受调控机制。

为了阐明自身反应性B细胞是否与CNS抗原在脑膜中发生互作，研究团队首先利用小鼠模型分析脑膜中B细胞的分子特征。研究结果惊奇地发现除了成熟B细胞以外，小鼠脑膜中主要含有处于早期发育阶段的B细胞，包括祖B细胞（progenitor B cells, pro-B）、pre-B以及未成熟B细胞。而教科书中的经典理论认为这些早期发育B细胞在成年哺乳动物只稳定地存在于骨髓之中。为了明确脑膜发育B细胞不是小鼠模型特有的现象，项目团队进一步分析了中国猕猴的脑膜B细胞。研究结果证实了猕猴这一高等的灵长类动物脑膜中也存在处于不同发育时期的B细胞，说明了脑膜B细胞发育通路具有保守性。之后研究团队利用连体动物模型、区域性骨髓移植模型以及遗传学细胞命运示踪方法研究发现脑膜发育B细胞主要是由头盖骨中的造血干细胞分化而来。项目团队进一步研究发现与野生型动物模型相比，Th小鼠脑膜中完全没有MOG反应性B细胞；而通过遗传学手段敲除Mog基因后可以恢复Th小鼠脑膜中的MOG反应性B细胞，证明了脑膜中的发育B细胞会经历CNS特异性自身抗原介导的阴性筛选。

综上所述，本研究揭示了脑膜中存在一条保守的早期B细胞发育途径；在脑膜中识别了CNS自身抗原的发育B细胞会经过阴性筛选进而被清除，以确保形成一个无自身反应性的CNS免疫微环境。

这项研究工作 修正了当前教科书中关于B淋巴细胞发育与筛选的理论知识，对于B淋巴细胞发育筛选相关基础理论的建立与完善具有重要意义 。阐明脑膜B细胞发育与耐受的调控机制将为人类探索和理解多发样硬化等自身免病、颅内感染性疾病以及中枢神经系统B淋巴瘤的发病机制带来全新的角度。

据悉，本研究工作于2021年6月3日首先在预印本bioRxiv上发表。西湖大学徐和平和何丹阳研究员为论文共同通讯作者，西湖大学博士研究生王琰、陈钿雨和科研助理徐的为论文共同第一作者。本项目受到科技部重点研发计划、国家自然基金委、西湖实验室以及西湖教育基金会的资助；项目实施过程中得到了西湖大学实验动物中心、流式平台、基因组学平台以及超算平台的大力支持。

论文链接：

https://www.cell.com/immunity/fulltext/S1074-7613(21)00401-5

西湖大学系统免疫学实验室 致力于探究调节体液免疫应答与黏膜炎症反应的关键分子机制与网络。在有机整合利用遗传学动物模型、临床样本以及前沿生物信息学的基础上，着重研究免疫与神经系统等组织特异性微环境在炎症反应中的互作机制。在国家海外高层次人才项目、国家自然基金委联合基金重点项目以及科技部重点研发计划等项目的支持下，实验室各项课题进展顺利，当前急需青年才俊（博士后、博士生、科研助理）加入我们，共同成长和发展！联系邮箱：xuheping@westlake.edu.cn

西湖大学何丹阳课题组的研究兴趣在于探究免疫与神经系统之间的互作机制，在有机整合遗传学、细胞生物学和系统生物等多学科的基础上，将系统性地挖掘神经发育和疾病中的免疫调控机制。期望研究结果可以为全面理解神经发育调控网络、以及挖掘治疗认知障碍和神经退行性疾病的新靶点做出贡献。主要研究（1）包括脑膜免疫细胞和小胶质细胞在内的免疫系统在神经发育和神经系统疾病中的功能和分子机制; （2）脑-肠轴和肠道神经胶质细胞在肠内稳态和炎症中的分子与细胞网络。实验室目前有博士后、博士生和科研助理岗位，欢迎大家与我们联系！联系邮箱：hedanyang@westlake.edu.cn