B细胞详解：发育、标志物、类型/功能、研究方法

作者：南京福麦斯生物发布时间：2024-09-20

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B细胞（也称B淋巴细胞）是一种在适应性免疫反应中起关键作用的白细胞。B细胞可生成高亲和力抗体、生成免疫记忆、充当抗原呈递细胞，并分泌细胞因子（包括CCL22、CCL17、IL-2、IL-4、IL-6、IFN-γ、TNF-α、GM-CSF、IL-10、TGF-β1、IL-35。）。记忆B细胞和浆B细胞可生成诸如免疫球蛋白（Ig）IgM、IgG和IgE等抗体。

本文介绍了B细胞的发育及标志物、B细胞的分类及功能和B细胞研究方法等。通过研究这一特定的细胞群，我们可以详细了解免疫系统的内部运作，从而提高对各种自身免疫紊乱及癌症背后可能成因的认识。

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1. B细胞发育

B细胞在特定器官和环境中发育是由转录因子表达进行协调的，各细胞命运取决于特定B细胞的基因表达活化和沉默，可通过表面和细胞内标志物的表达来分析其发育状态。

如Ikaros、E2A、EBF1、PAX-5和Aiolos等TF的及时和协调表达确保了功能发育和预防血液系统恶性肿瘤。

B细胞由骨髓中的造血干细胞(HSCs)分化发育而来。随后，通过抗原刺激，B细胞在外周淋巴器官中成熟。与T淋巴细胞相比，它的体积略大。B淋巴细胞受抗原刺激后，会增殖分化出大量浆细胞。浆细胞可合成和分泌抗体并在血液中循环。大部分发挥效应功能的B细胞在体内存活的时间较短，仅数天至数周，但其记忆细胞在体内可长期存在。

注意：T 细胞和B细胞的主要区别

虽然 T 细胞和B细胞都能识别细菌、病毒和凋亡细胞等病原体，但这两种细胞类型在其特征和功能方面不同。B 细胞在骨髓中发育，而 T 细胞则在胸腺中形成。主要差别在于 T 细胞只能识别感染细胞外的病毒性抗原，而B细胞则能识别细菌和病毒的表面抗原，这反过来会产生抗体。

2、B细胞发育的不同阶段

B细胞在发育的每个阶段，抗原与细胞相互作用的部位--抗体位点--都经历了基因重组。这种重组仅限于B细胞的发育阶段。

B细胞的发育起始于祖B细胞，这种细胞可表达Igα和Igβ。祖B细胞进一步发育为前B细胞，前B细胞可在其表面表达B细胞受体 (Igμ)。在骨髓中的发育最终得到初始B细胞，初始B细胞可表达识别抗原的B细胞受体（含IgM和IgD）。然后，这些细胞离开骨髓进入外周血。

①祖B细胞：早期祖B细胞其重链可变区基因D-J开始重排，晚期祖B细胞的V-D-J基因发生重排，但此时没有mIgM的表达。祖B细胞开始表达Iga/Igb异源二聚体，是B细胞的重要标记。Iga/Igb是BCR复合物的组成部分，主要介导抗原刺激后的信号传递。

②前B细胞：前B细胞经历大前B细胞和小前B细胞两个阶段。大前B细胞可合成完整μ链，表达pre-B受体。小前B细胞的轻链基因发生V-J重排，但依然不能表达功能性BCR。

③未成熟B细胞：未成熟B细胞可以表达完整mIgM，此时未成熟B细胞如受抗原刺激，非但不能活化、增殖，反而引起未成熟B细胞发生凋亡而导致克隆清除，形成自身免疫耐受。

④成熟B细胞：成熟B细胞又称初始B细胞（naiveBcell）。B细胞Cm和Cd基因片段有一个共同的mRNA前体，通过差异剪接（differential splicing）分别形成mRNA和mRNA。成熟B细胞表面可同时表达mIgM和mIgD，其可变区完全相同。成熟B细胞离开骨髓，定居在外周淋巴器官，介导特异性体液免疫应答。

B细胞在骨髓的分化发育过程不受抗原影响，称为B细胞分化的非抗原依赖期。B细胞在骨髓微环境诱导下发育为初始B细胞，离开骨髓，到达外周免疫器官的非胸腺依赖区定居，在那里接受特异性抗原的刺激而活化、增殖，进一步分化成熟为浆细胞和记忆性B细胞，此过程为B细胞分化的抗原依赖期。

3、B 细胞信号转导

B 细胞受体 (BCR) 会结合抗原，从而激活涉及激酶、GTP 酶和转录因子的多种信号转导级联。这将导致细胞代谢、基因表达和细胞骨架结构的变化。BCR 信号转导的复杂性会导致多种不同的结果，包括存活、凋亡、增殖，或者成为浆细胞或记忆B细胞的分化。

B 细胞抗原受体 (BCR) 由细胞膜免疫球蛋白 (mIg) 分子和相关的 Igα/Igβ (CD79a/CD79b) 异二聚体 (α/β) 组成。mIg 亚单位结合抗原，导致受体聚集，同时 α/β 亚单位将信号转导至细胞内部。BCR 聚集后快速激活 Src 家族激酶 Lyn、Blk 和 Fyn，以及酪氨酸激酶 Syk 和 Btk。这就启动形成一个由 BCR 组成的“信号小体” 、上述酪氨酸激酶、连接蛋白（如 CD19 和 BLNK），以及信号转导酶，如 PLCγ2、PI3K 和 Vav。信号小体发出的信号激活多个信号级联放大，其中包括激酶、GTP 酶以及转录因子。这将导致细胞代谢、基因表达和细胞骨架结构的变化。BCR 信号转导的复杂性可导致多个明显不同的结果，包括存活、耐受（失能）或凋亡、增殖，以及分化为抗体生产细胞或记忆B细胞。应答的结果由多种因素决定，包括细胞的成熟状态、抗原属性、 BCR 信号转导的范围和时长，以及来自其他受体（如 CD40、IL-21 受体和 BAFF-R）的信号。许多其他的跨膜蛋白，其中部分也是受体，可调节 BCR 信号转导的特定部分。其中一些跨膜蛋白包括 CD45、CD19、CD22、PIR-B 和 FcγRIIB1 (CD32)，在此用黄色标记。BCR 信号转导的范围和时长受到负反馈环的限制，负反馈环包括 Lyn/CD22/SHP-1 通路、Cbp/Csk 通路、SHIP、Cbl、Dok-1、Dok-3、FcγRIIB1、PIR-B和 BCR 的内化。在体内，B 细胞通常由抗原表达细胞捕捉抗原，并在细胞表面暴露后激活。由这种膜相关抗原激活B细胞，需要 BCR 诱导的细胞骨架重构。

4、B细胞发育标志物

被选择的B细胞可迁移到SLO（包括脾脏或淋巴结）。从骨髓迁移至血液和脾脏的B细胞被称为过渡1（T1）B细胞。进入脾脏后，T1 B细胞可逐渐发育成熟并成为过渡2（T2）B细胞。在脾脏中，T2 B细胞将转变为滤泡性（FO）B细胞、边缘区（MZ）B细胞或B1细胞（人）。在小鼠中，B1转变发生在骨髓中。SLO是B细胞通过B细胞受体（BCR）与抗原结合并进行活化的地方。

人B细胞发育和细胞标志物

出生前，B细胞在胎儿肝脏发育；出生后，B细胞最开始在骨髓（BM）中发育。初期成熟后，B细胞迁移到脾脏或其他次级淋巴组织中以实现功能成熟。

小鼠B细胞发育标志物

出生前，B细胞在胎儿肝脏发育；出生后，B细胞最开始在骨髓（BM）中发育。初期成熟后，B细胞迁移到脾脏或其他次级淋巴组织中以实现功能成熟。

5、B细胞激活

B细胞以依赖或独立于T细胞的方式活化（图2和图3）。

一般而言，FO B细胞经历T细胞依赖性活化，而B1和MZ B细胞则倾向于T细胞非依赖性活化。

B细胞的T细胞非依赖性活化

这种类型的活化可生成浆细胞和IgM。B细胞被细菌或病毒表面的保守重复表位活化，包括脂多糖（LPS）或DNA片段。BCR识别T细胞非依赖性抗原聚集并交联。Toll样受体（TLR）提供第二信号。活化的B细胞会产生较强的抗体反应，但不会生成记忆B细胞。

T细胞依赖性B细胞活化

这种类型的活化可生成记忆和血浆B细胞。Naive B细胞与可溶性或膜结合型抗原结合，并使抗原内化。B细胞在向MHCII上呈递这种抗原，并被辅助性T细胞（Th）识别。CD40受体与配体结合需要第二种信号。Th细胞分泌细胞因子，其可促进B细胞分化为能够生成IgG、 IgA、或 IgE的成熟B细胞。

6、B细胞亚型及其功能

常规B细胞又叫B2细胞，激活后最终分化为两种常见亚型：

①浆细胞

浆细胞针对生发中心的靶点生成高亲和力抗体，提供免疫记忆。

初始B细胞在体内循环，当遇到特定抗原时，浆细胞通过受体介导的内吞作用摄取抗原。接着，抗原颗粒被转移到细胞表面，加载到 MHC II 分子上，并呈递给辅助性T细胞（CD4）。辅助 T 细胞与 MHC II-抗原复合物结合后可激活B细胞。激活的B细胞经历一段时间的快速增殖和体细胞超突变后，那些针对特定抗原产生高亲和力抗体的细胞会被选择。最终分化后，血浆B细胞仅分泌针对该抗原的抗体，不会再产生其他抗原的抗体。

B细胞在活化过程中经历体细胞高频突变和亲和力成熟，因此提高了B细胞对其自身特异性外源抗原的抗体（BCR）亲和力。活化B细胞可能出现BCR受体同种型转换（即IgG和IgE），并进一步分化成为生成抗体的浆细胞。相比浆母细胞，浆细胞能生成更多的抗体。事实上，每个浆细胞在每秒钟能生成数百到数千个抗体。骨髓浆细胞是循环抗体的主要来源；然而，随着大量抗体生成，浆细胞会失去其作为抗原呈递细胞的能力并趋于死亡。一般人们认为激活记忆B细胞能生成短寿命的浆细胞。

②记忆B细胞

与浆细胞相反，记忆B细胞的寿命很长，在重新遇到抗原之前其在一直处于休眠状态。再次暴露抗原时，记忆B细胞可立即生成对抗其抗原的抗体。随着再次暴露于外源抗原，滤泡辅助 T 细胞会使记忆B细胞立即重新活化并分化为能分泌抗体的浆细胞。IgG同型抗体由这些浆细胞中分泌，对特异性外源抗原具有高亲和力。这些IgG抗体能有效地快速中和病毒和细菌抗原，是包括免疫记忆（尤其是来自记忆B细胞和记忆T淋巴细胞）在内的二次免疫反应的一部分。

其它B细胞亚型：

③滤泡型（FO）B细胞

滤泡型（FO）B细胞源自淋巴滤泡生发中心，是人和小鼠的主要B细胞亚群。此类细胞大多在血液中循环；然而，有些也存在于SLO中。（FO）B 细胞可分化成血浆B细胞或记忆B细胞。

小部分亚群通过T细胞依赖性活化并生成于骨髓，而大多数（FO）B细胞在脾脏中以非T细胞依赖性方式活化。它们的发育是在感染期间由强大的BCR信号和阻断Notch2信号驱动的，这些细胞能分泌大部分的高亲和力抗体，并与T滤泡辅助性细胞相互作用。

④边缘区（MZ）B细胞

边缘区（MZ）B细胞是抵御血源性病原体的第一道防线。该细胞存在于脾脏和其他淋巴组织的边缘区，很容易接触到大量存在于循环血液的病原体。MZ B细胞是唯一一种依赖Notch2信号进行增殖的B细胞。

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在人体内，MZ B细胞存在于外循环以及身体其他部位，而对于小鼠，MZ B细胞只存在于脾脏中。

⑤B1细胞

这种亚型数量很少，人体内仅有约 5%，是自我更新胎儿B细胞，其功能类似于浆细胞。B1 细胞主要存在于胎儿和新生儿体内，B1细胞的功能随着年龄而降低，在恶性肿瘤或恶液质时再次增多。标志物为CD20、CD27、CD43。

人体免疫系统的跨组织发育示意图

doi:10.1126/science.abo0510

7、B细胞受体（BCR）

B细胞的典型特征在于B细胞受体（BCR），参与适应性免疫。BCR是一种锚定在B细胞膜上的抗体，可通过细胞内信号传导刺激B细胞的活化。这种跨膜受体包含两条重链和两条轻链（图4），由基因的可变区（V）、多变区（D）、结合区（J）和恒定区（C）重组而成[16]。每个成熟B细胞只生成一种具有单一特异性的BCR，因此只生成具有单一特异性的抗体。

B细胞受体Ig重链。

BCR的可变区（V）、多变区（D）、结合区（J）和恒定区（C）重组形成Ig。互补决定区（CDR）是结合特定抗原的可变链的一部分。骨架区（FR）是BCR可变区（V）内的保守位点。

8、B细胞免疫表型分析

①B细胞培养

在体外培养和扩增B细胞的能力已成为研究人类免疫力的有用工具。

相关研究文献推荐-doi：10.4049/jimmunol.1502193

在没有刺激的情况下，B细胞不会进行增值。在培养条件下并给予外源信号，B细胞能够活化并且增值。其中B细胞受体（BCR）提供一个信号，并且该信号可用抗IgM或IgD抗体来模拟。第二个信号由共刺激分子（如CD40）和细胞因子信号（如IL-4）的提供。或者，细菌细胞壁的成分（例如脂多糖（LPS））以及具有高度重复分子的抗原也可直接发出B细胞活化信号。

用表达CD40L的基质饲养细胞和含特定细胞因子 cocktail的培养基，包括IL-2、IL-4、IL-21和BAFF培养成熟、Naive 或记忆性B细胞，也可活化的B细胞。随后，活化B细胞可在与Th细胞的共培养中进一步分化。Th细胞结合并刺激共培养的B细胞。可以使用CFSE或BrdU检测活化B细胞的增殖情况。

Espstein-Barr病毒（EBV）感染的转化系细胞浆静息B细胞转化为持续增殖的淋巴母细胞样细胞系（LCL）。从癌症样本或感染Epstein-Barr病毒（EBV）的样本中可获得这些转化细胞系，其中包括Akata、Mutu I和Mutu III细胞。这些细胞系可在添加10%胎牛血清（FBS）的RPMI培养基中生长。

②B细胞免疫表型分析方法

在B细胞发育和成熟的各个阶段，B 细胞表达出多个可用 IHC 或流式细胞术区分的标记物。通过使用特异性抗体，可以在一个异质性免疫细胞库中区分个别B细胞的阶段。这种免疫细胞亚型分析称为免疫表型分析。

通过流式细胞术进行B细胞免疫表型分型

目前，已发表了多种优化多色免疫荧光组合（OMIP），可通过流式细胞术进行B细胞免疫表型分型，已发表用于B细胞分型用的OMIP如下：