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B淋巴细胞发育的早期阶段

早期B细胞发育的特征是免疫球蛋白重链和轻链基因位点的有顺序的重排,免疫球蛋白本身在调节B细胞发育过程中也起到积极作用。成熟B细胞具有功能的关键是有作为抗原受体的膜Ig。在细胞分化的早期阶段,三组基因为B细胞表面制备了免疫球蛋白复合分子。第一组包括重组激活基因RAG1和RAG2。第二组是替代轻链,有VpreB和λ5两个基因组成的非共价结合复合物,一种异二聚体。在前B细胞中,两种蛋白分子和μ H链一起构成所谓的pre- BCR。前B细胞源于原始B细胞,原始B细胞既不表达pre- BCR也不表达表面免疫球蛋白。第三组是mb1和B29两个基因及它们的多肽产物,分别为Igα和Igβ,形成B细胞受体复合物的一部分,是Ig定位在细胞表面必需的。

B细胞的发育早期包括两个分化阶段。祖细胞(proB)阶段是非常不成熟的细胞,这时Ig基因呈胚系。下一阶段是前体细胞(preB),又可分为两个亚期:preBⅠ时B细胞有IgH(重链)基因位点的DH(重链多变区)JH(重链结合区)重排;preBⅡ是进行VH(重链可变区)到DH- JH重排的含有胞质内μ链的细胞。proB和preBⅠ细胞表达膜Ig样受体,其编码基因仅在这一阶段中转录。VpreB和λ5两个基因编码的蛋白非共价键结合后形成替代轻链(L)。VpreB基因与Ig和TCR(T细胞受体)的V区(可变区)基因有轻度的同源性。λ5基因的氨基末端与V区基因也有一定的同源性,而羧基末端区与λ链的J区(结合区)和C区(恒定区)编码片段有较强的同源性。在B细胞发育过程中,VpreB和λ5基因均不重排。人类B细胞具有1个VpreB和数个λ5基因(包括14. 1、16. 1、Fλ1等),它们均位于22号染色体的Vλ位点。替代轻链(ΨLC)在胞质内生成,并且出现在B细胞早期发育的几个阶段中,但是仅在preB出现Cμ的后期在膜上可检测到。

替代轻链是免疫球蛋白样受体,与B细胞内的配体结合传递信号,发出信号启动L链重排。替代轻链很可能通过增加进行VDJ重排的preB细胞数量来进行B细胞谱系选择。小鼠preB细胞受体可以调节重链等位基因的表达。重链与细胞表面的替代轻链形成Ig样受体,受体表达还依赖于形成BCR复合物Igα和Igβ的异二聚体。小鼠缺乏Igβ会造成B细胞发育完全停滞。复合物产生的信号依次激活一系列酪氨酸激酶Src家族的成员,即Fyn、Lyn、LcR和VpreB/λ5。它们可以作为前B淋巴细胞白血病的标记,这些标记不会在成熟B细胞、T细胞或髓系细胞起源的肿瘤细胞上表达。但是在CML急变期的原始细胞上表达。

轻链基因重排后,B细胞开始表达膜IgM,成为功能还不够成熟的初期细胞(即对有丝分裂原的刺激没有强烈反应,具有对抗原产生耐受的特性),当膜表面表达IgD时,即变为成熟B细胞。正常情况下,轻链基因的重排遵循一定的顺序,首先κ链重排,只有当两个κ基因位点重排均不能有效产生κ链时,才会发生λ的重排。正常情况下,κ阳性B细胞具有胚系λ基因,而λ阳性的B淋巴细胞中κ基因或为非功能性重排,或完全缺失。最近有一些文献对L链这种重排顺序的模式提出疑问,认为重排是随机性发生的。当κ链基因重排受阻时(κ基因某些DNA片段缺失或失活),λ基因重排就加速进行,并使所有B细胞成为λ阳性细胞。有证据认为λ位点重排并不是κ基因重排后产生的阳性信号所启动的。

基因表达的动态改变可引起生发中心反应,同时介导次级淋巴样组织中抗原诱导的B细胞激活、分化的过程。生发中心反应包括克隆扩增、IgH位点类别转换重组、VH基因的体细胞高突变和对特异抗原表位高亲和力BCR的成熟选择。

淋巴细胞发育需要细胞因子和转录因子协调作用,转录因子可正向或负向调节基因表达。骨髓基质细胞产生的IL- 7是小鼠B细胞发育所必需的细胞因子,它可以促进V片段和DJ基因片段的基因重排并传递存活或增殖的信号。FLT3配体和TSLP在胚胎B细胞发育中起重要作用。目前还不甚了解调控人B细胞发育的细胞因子。原发性免疫缺陷病人体内存在编码IL- 7R的基因突变,而这些患者血液循环中存在正常数目的B细胞,这一现象证明在B细胞的胚胎B细胞发育阶段不需要IL- 7R信号的作用。

转录因子调节分化阶段特异性的基因转录。转录因子与调节基因的一些表达区位点结合,在RNA聚合酶的参与下启动转录。在所有基因的启动子位点都能与转录因子蛋白组配。转录因子可以结合在特异DNA序列上,它们与这一区域的DNA双螺旋有高度亲和力,对B淋巴细胞生成的调节起着关键作用。

至少有10种不同转录因子在B细胞发育的早期阶段起调节作用,它们包括E2A、EBF、Pax5等。其中Pax5对于促进B系定向分化有十分重要的作用。它可以与免疫球蛋白位点的起始序列相结合。小鼠体内缺乏Pax5可导致B细胞发育过程中DJ到VDJ重排的转变被抑制。Pax5可以激活B细胞所需的基因,同时抑制在非B系细胞发育中起重要作用的基因。Pax5缺乏的前B细胞有向非B系细胞发育的能力,可转变为其他造血细胞系。Pax5同时也可调节至少170种基因的表达,其中有大部分基因在B细胞信号转导、黏附、成熟B细胞迁移等过程中起重要作用。成熟小鼠B细胞中Pax5减少可导致向非定向造血前体细胞逆向分化,特定条件下可分化为T系细胞。Pax5基因位点的改变也可能会导致严重后果,缺少Pax5的小鼠经常会发生高度恶性的淋巴瘤。儿童B细胞性急性淋巴细胞白血病多于30%的患者体内有Pax5基因突变,而早期B细胞发育阶段的突变抑制是儿童急性淋巴细胞白血病患者的一个共同特点。

调节B细胞分化早期阶段的一个转录因子是B细胞特异性激活蛋白(B cell specific activator protein,BSAP)。人染色体9p13位点上的Pax5基因编码BSAP,此基因属于一个编码转录因子的基因家族,有一保守区域可与DNA结合。BSAP的这个区与B细胞特异基因如λ5、VpreB、BlK和CD19等的启动子结合。BlK是与mIg相关的蛋白酪氨酸激酶Src家族成员,参与Pax5基因敲除小鼠的信号传导交联,使其停滞于B细胞分化的早期前B阶段。BSAP也在mIg阳性的细胞表达,但不在抗原依赖性分化的晚期表达。BSAP调节B细胞增殖和Ig同型转换(switching)。

NF-κB转录因子以前称为B细胞核因子,可与κ链增强子结合,在κ链基因的表达中起着关键作用。NF-κB是转录因子NF-κB/REL家族成员。这个家族的成员能结合DNA的N末端Rel同源区。NF-κB介导这些因子之间亚单位二聚体形成,与抑制蛋白如I-κB的相互作用。三种抑制蛋白I-κBα、I-κBβ和I-κBγ都是在C末端具有多个重复序列,从而防止其与DNA的结合。当抑制蛋白I-κB被磷酸化时,NF-κB从复合物中释放出来,被激活。I-κB被磷酸化,蛋白酶体使其蛋白水解而断裂。蛋白酶体为28个亚单位组成的有多种催化活性蛋白酶复合物。许多物质信号可激活NF-κB,包括细胞因子(如TNF-α)、病毒、有丝分裂原、紫外线和氧自由基等。近期发现硼替佐米(Velcade)能够有效抑制泛素-蛋白酶体通路,对B细胞-浆细胞增殖影响最显著,可以阻断NF-κB等多个通路,诱导B细胞系统的肿瘤细胞凋亡。NF-κB的激活导致编码一些蛋白的基因表达,这些蛋白多为介导免疫的快速反应蛋白,如急性期蛋白、感染细胞因子和黏附分子等。NF-κB的激活可被IL- 10、糖皮质激素、水杨酸盐、免疫抑制剂、一氧化氮抑制。不适当的NF-κB激活可造成自身免疫和肿瘤等各种人类疾病的发生。

Ikaros家族对淋巴细胞发育中选择性起着一定的作用。纯合子突变小鼠可以无淋巴结和淋巴集结,仅残留很小的胸腺。因为E2A转录因子可启动IgH基因重排,对B细胞发育也具有关键作用。

B细胞的发育中,mIg的表达和功能也起着关键作用。缺乏RAG1或RAG2基因的小鼠B(或T)细胞的分化完全阻滞,类似于严重联合免疫缺陷(severe combined immune deficiency,SCID)。这种结果是由于负责启动V(D)J重排的上述两种基因所编码的重组酶活性的缺乏而造成的。应用同源重组的基因靶向研究显示,λ基因的紊乱可导致膜IgM+ B细胞的缺失。替代轻链至少可以形成preB细胞上的两种受体,一种为完全μ链,第二种为截短了的μ链(DH- JHCμ或Dμ),前者加速B细胞分化,而后者阻滞分化。

B细胞分化早期的表型改变,B细胞发育的早期阶段定义为preB细胞,此期包括了从原始B细胞被定向于B系直到细胞膜上检测到IgM的一大段时期。在文献中,这一阶段被分为三个不同的时期(preB或early preB或proB;intermediate preB;“true”preB),简而言之:proB,preBⅠ和preBⅡ。B细胞来源于CD34细胞,但是否发育中一定会表达CD10和CD19尚有争议,很可能争议的主要原因是用了不同来源的细胞做实验,获得了不同的研究结果。此阶段细胞表达末端脱氧核糖核苷酸转移酶(TdT),这是一种在没有模板时能催化多核苷酸链延伸的DNA聚合酶。此阶段较早期有CD24表达,与成熟的分泌Ig的B淋巴细胞相比,CD24表达水平较高。另外一种最早期的B细胞特异性标记是CD22。根据细胞的大小,分为大的增殖型preB(preBⅠ)和小preB细胞(preBⅡsmall)。在胎儿发育早期(8周)的肝脏及之后的骨髓(12周)可检测到preB细胞。在脾脏,这些细胞混合在其他髓系细胞中,存在于窦外区,紧挨副皮质区。小preB细胞是成熟B细胞的前体细胞,在此期晚阶段开始表达膜表面IgM。在成人,preB细胞占骨髓有核细胞的0~7%。只有少数存在于外周血。

PreB细胞的后期,CD33和TdT消失,CD10表达减低,细胞首先表达CD22,之后是CD20。CD20出现在膜表面之前,在细胞发育的较早期可在胞质检测到。膜表面CD22只在B细胞表达,不在其他细胞系列表达。Fc受体在preB细胞不表达,在一些后期的preB细胞中可检测到C3b受体,占据小preB中的40%。

此外,在B细胞发育的早期阶段,在表面免疫球蛋白表达之前,B细胞内即可检测到免疫球蛋白。此分化阶段的B细胞称为preB,胞质含有μ重链,而无轻链。随着B细胞进一步分化,内质网逐渐发达,免疫球蛋白产生增加。用特异性重链或轻链的抗血清和直接免疫荧光技术,更容易检测到细胞中的免疫球蛋白。在分化过程中,B细胞克隆仅仅合成一种类型的免疫球蛋白,称为同型排斥现象。一个B细胞克隆也只能合成一种形式的轻链,用特异性抗κ或λ轻链的抗血清检测胞质内免疫球蛋白的类型,可用来确定浆细胞是单克隆还是多克隆性增殖。在单克隆浆细胞增殖时,正常κ与λ大致2比1的比值会改变,只出现κ或者λ轻链。

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