学术动态
西湖大学研究团队发现B淋巴细胞在脑膜中发育并经历中枢神经系统特异性抗原介导的阴性筛选
作者：徐和平 来源自：中国免疫学会 点击数：19119 发布时间：2021-12-24
2021年12月14日，西湖大学徐和平课题组与何丹阳课题组合作于Immunity杂志发表题为“Early developing B cells undergo negative selection by central nervous system-specific antigens in the meninges”的研究论文。研究成果揭示了一条B淋巴细胞在脑膜中进行发育和阴性筛选的全新途径 （图），改写了当前哺乳动物B淋巴细胞只在骨髓中进行发育和中枢耐受筛选的理论。
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(central nervous system, CNS)特异性表达的髓鞘少突胶质细胞糖蛋白(Myelin oligodendrocyte glycoprotein, 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（IgHMOG knock-in, 也称之为Th）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（experimental autoimmune encephalomyelitis, EAE）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。
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本文共同第一作者。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。
原文链接：https://doi.org/10.1016/j.immuni.2021.09.016
图. 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(central nervous system, CNS)特异性表达的髓鞘少突胶质细胞糖蛋白(Myelin oligodendrocyte glycoprotein, 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（IgHMOG knock-in, 也称之为Th）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（experimental autoimmune encephalomyelitis, EAE）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。
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本文共同第一作者。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。
原文链接：https://doi.org/10.1016/j.immuni.2021.09.016