系统性红斑狼疮中自身反应性B细胞发生机制研究进展

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  【摘 要】系统性红斑狼疮(SLE)是一种和自身高反应性B细胞相关的系统性自身免疫性疾病,B细胞在疾病进展过程中的作用主要有:1. 激活自身反应性T细胞发挥抗原递呈功能。2. 通过分泌细胞因子、化学因子尤其是抗体激活体内的炎症反应。3. 通过分泌自身抗体形成免疫复合物对多器官造成损伤。但目前对造成自身反应性B细胞的原因并不清楚,本文从目前对自身反应性B细胞的研究现状出发,讨论其产生的可能机理。
  【关键词】系统性红斑狼疮;自身反应性B细胞;阴性选择;体细胞高频突变
  【中图分类号】R63 【文献标识码】A 【文章编号】1004-7484(2013)03-0132-03
  系统性红斑狼疮(Systemic lupus erythematosus, SLE)是一种慢性的多系统受累的自身免疫性疾病,其免疫病理特征为自身反应性细胞异常激活、大量自身抗体产生以及循环免疫复合物的形成,其具体发病机制并不清楚。目前普遍认为SLE是一种原发性的自身免疫性疾病,虽然现今并不能确切证明SLE是由于多基因畸变及分子异常导致的多种异常病变的最终结果,但是多种狼疮鼠模型中存在的基因异常提示我们:SLE的发病可能和多种基因及分子的异常有关。大部分的狼疮鼠模型都存在着自身反应性B细胞(Autoreactive B Cells)和凋亡分子的缺失,我们或许可以猜测人SLE的发病机制和鼠类似,存在着自身反应性B细胞和/或细胞凋亡分子的缺失。
  传统的SLE诊断方法常用抗核抗体及抗Sm抗体的产生来反映体内免疫学异常,不论在SLE患者还是狼疮鼠模型中核心的改变是大量的自身抗体的产生。虽然由于人与人之间的个体差异以及不同的鼠模型的差异,检测到的自身抗体的组成有一些区别,但多种自身抗体的产生提示在人及鼠中存在大量的自身反应性B细胞。许多实验室利用流式细胞检测技术证明SLE患者与狼疮鼠模型中B细胞的发育成熟及分化存在异常,进一步支持多种B细胞异常、广泛的自身反应性B细胞以及大量的自身抗体的产生与SLE的发生发展有关。目前对自身反应性B细胞的产生机制仍不清楚,主要存在的观点为:1. B细胞在骨髓中发育时,由于中枢调控点(Central Checkpoint)的异常而导致前B细胞受体库多样性庞大,自身反应性B细胞未能凋亡从而产生自身反应性B细胞。2. T细胞依赖的B细胞在受到抗原及T细胞刺激后进入生发中心(Germinal center, GC),在体细胞高频突变的过程中由于阴性选择的异常而导致自身反应性B细胞的产生。
  1.B细胞的发育分化过程
  在小鼠和人类的发育过程中主要产生两种形式的B细胞,一种是在胚胎发育过程中就产生的少数B细胞(约占5%),这种B细胞被定义为B-1细胞(B-1 cell),这种B细胞可以在不需要T细胞的辅助下产生IgM类天然抗体。另一种是B-2细胞(B-2 cell),即我们通常所指的B细胞,这种B细胞在骨髓中分化发育,历经:祖B细胞(pro-B)、前B细胞(pre-B cell)、未成熟B细胞(immature B cell)B细胞在骨髓中成熟过程中产生初始BCR库。未成熟的B细胞迁移出骨髓进入外周淋巴器官:脾脏、淋巴结和黏膜淋巴相关组织等,在这些器官中,未成熟B细胞经过不同阶段的过渡期(transitional B cell)分化为IgM+、IgD+成熟B细胞(mature B cell)。成熟B细胞在抗原及T细胞共同作用下激活,在生发中心进行分化增殖,发生体细胞高频突变(Somatic Hypermutation,SHM)及类别转换(class switch),期间在滤泡中经历第二轮选择,低亲和力和自身反应性B细胞发生凋亡,存活的B细胞最终发育成为记忆B细胞(memory B cell)和分泌抗体的浆细胞(plasma B cell)。记忆B细胞和浆细胞可以重新回到骨髓,在骨髓中可以长期保持存活状态。
  2.B细胞在SLE中的作用。
  SLE疾病特征性表现是大量自身抗体的产生,因此B细胞在SLE发病过程中的作用很早就引起了人们的关注。M. J. Shlomchik等利用JH敲除lpr/lpr狼疮小鼠研究B细胞在SLE发病过程中的作用,JH基因敲除小鼠不能产生有功能的B细胞,狼疮小鼠在没有有功能B细胞情况下,并不发生自身免疫性血管炎症及肾炎,相比之下,正常的狼疮小鼠体内有自身抗体的产生并发生了多系统的炎症损害。(1)证明B细胞是SLE致病过程及病理损伤必不可少的细胞。O. T. Chan等利用另一种转基因lpr/lpr狼疮小鼠继续研究B细胞在SLE发病过程中的功能。这种转基因小鼠能够表达突变过的BCR但不能产生分泌型抗体,结果发现在这种转基因小鼠中也表现出SLE样病变,如:肾脏炎症、血管及局部的炎症等。但病变程度远不如lpr/lpr狼疮小鼠严重,死亡率也较低,并且发现在这种转基因小鼠中自身反应性T细胞活化。(2)这个结果表明在SLE发病过程中,B细胞不仅起到分泌自身抗体致病的作用,还起到了抗原递呈的作用。另一方面也说明除了自身抗体,还有多种因素在SLE的发病过程中起到了重要作用。因此目前认为B细胞在SLE病变过程中的作用主要有:1. 激活自身反应性T细胞发挥抗原递呈功能。2. 通过分泌细胞因子、化学因子尤其是抗体激活体内的炎症反应。3. 通过分泌自身抗体形成免疫复合物对多器官造成损伤。需要引起注意的是, C. Jiang等利用AID缺陷狼疮鼠研究了在SLE发病过程中IgM的作用,AID缺陷小鼠仅仅能够产生膜型及分泌型IgM而不能产生IgG、IgA及IgE。这种小鼠的SLE病变大大降低,死亡率也显著下降,结合原先报道的关于JhD(缺失B细胞)狼疮鼠和mIgM(仅仅有膜型抗体而不能产生分泌型抗体,体细胞高频突变不受影响)狼疮鼠实验结果,发现52周存活率为:MRL/lpr(25%)=AID+/+ MRL/lpr(25%)  B细胞在SLE中的作用很早就被人们认识到,对B细胞亚群变化的分析也成为了研究B细胞与SLE疾病关系的热点,SLE患者外周血中,过渡期B细胞、免疫前B细胞、记忆B细胞以及浆细胞增殖,与之相应的是初始B细胞数目下降。(4)目前主要发现是:相比于正常人,在SLE患者中,免疫前B细胞、发生类别转换的IgD+B细胞的扩增以及出现一类表型为CD27-/IgD-的B细胞。
  J. Lee等对SLE患者外周血B细胞亚群进行检测,发现一种CD5+免疫前B细胞(pre-immune B cell)比例升高,这类B细胞亚群介于过渡期B细胞和初始B细胞之间,表面标志包括CD38、CD5、CD9、CD10、CD24和ABCB1转运体,这类B细胞在SLE患者外周血中比例异常升高,并且在外周血中检测到过渡期B细胞和不成熟B细胞,这提示B细胞的成熟是在骨髓迁移出来之后完成。(5)这结果说明SLE患者中B细胞亚群分布发生改变,免疫前B细胞亚群比例增多,即不成熟B细胞增多,但该研究同时指出免疫前B细胞亚群的改变和SLE疾病的活动性无关。M. Odendahl等检测到在SLE成年患者外周血中,受抗原刺激后且发生了类别转换的B细胞(CD27+IgD-)比例上升,(6)但是目前并不了解这类B细胞的产生机制,很多研究发现这类B细胞亚群的抗体库多样性减少并发生了明显的优势取用,SHM增多、受体编辑增强。这个现象提示这类B细胞的增多很可能是是受到抗原刺激后在T细胞的辅助下增殖分化而来。目前并不了解这类B细胞的增多是由于外周免疫耐受的异常还是选择的结果,但是这类B细胞很可能和大量自身抗体的产生有关。原本认为CD27是记忆B细胞的表面标志,但是, J. F. Fecteau等在正常人外周血中发现了一类CD27- IgG+ B细胞,这类B细胞在外周血中的含量很低,且很少发生SHM。(7)接着, C. Wei等在SLE患者的外周血中检测到一类不表达CD27及IgD,但是表现出记忆B细胞功能的B细胞,相比于正常人,CD27-记忆B细胞的量明显增多,并且发现, 这种B细胞的增多和疾病的活动进展和肾脏损伤有关。(8)
  4.SLE中自身反应性B细胞产生的机制。
  目前已经明确SLE疾病的发生发展和多种自身反应性B细胞的出现有关。而在SLE患者中,不论在免疫前B细胞(过渡期B细胞)还是在生发中心产生的B细胞(记忆B细胞和浆细胞)中都检测到了异常数目的B细胞,但是是何种异常数目的B细胞引起SLE疾病目前尚有争论,异常B的细胞又是如何引起SLE的发病的机制也不清楚。
  4.1 初始B细胞的异常引起SLE的发病。
  一种观点认为:在SLE患者或狼疮鼠B细胞在骨髓的发育过程中,由于中枢调控点的功能缺陷,导致免疫前B细胞受体库增大,一些能够结合自身抗原的B细胞逃脱了骨髓中的免疫耐受机制而未被清除,从而在外周产生了大量的自身反应性B细胞。中枢免疫耐受调控点的作用是当自身反应性B细胞出现时诱导其凋亡。文献报道:B细胞在骨髓的发育过程中,其重链由胚系基因中的大量的V、D、J随机重排构成,并且在D-J、V-D的连接过程中发生碱基的插入或缺失。而重排的抗体库大部分(55-75%)是可以和自身抗原结合的,包括多反应性和抗核特异性,但是在B细胞的发育过程中,这种具有自身反应性的B细胞被两个中枢调控点消除,从而保证了免疫耐受,若是中枢调控点的功能存在缺陷,很可能导致自身免疫性疾病的发生。另一项研究通过比较SLE患者和正常人中成熟的初始B细胞自身反应性的区别来检测其中枢调控点的功能区别,结果发现在3名成年SLE患者中,这种还未受到抗原刺激的B细胞中能够产生自身抗体的B细胞比例为25-50%,明显高于正常人(5-20%),(9)提示SLE患者中枢调控点的功能存在缺陷。对SLE缓解期的研究表明,SLE患者即使在SLE疾病非活动期也无法去除表达自身反应性BCR的初始B细胞,仅仅是这类B细胞的数目略微降低。(10),另有研究发现,不仅仅是骨髓中的中枢调控点,在SLE患者中,外周调控点相比于正常人来说也有功能上的缺陷,不同的是目前并不清楚外周调控点的缺陷是造成自身免疫性疾病的病理过程还是外周的B细胞的异常以及炎症过程导致了外周调控点的异常。
  4.2 生发中心的异常引起SLE疾病。
  自身反应性B细胞产生的另一种观点是:T细胞依赖的B细胞在受到抗原及T细胞刺激后进入生发中心,在体细胞高频突变的过程中由于阴性选择的异常而导致自身反应性B细胞的产生。即成熟的初始B细胞并不具有自身反应性,在GC中继续分化增殖的过程中由于GC的环境异常而导致新分化的B细胞出现了自身反应性,许多实验在研究中发现SLE患者或狼疮鼠的GC中的B细胞的自身反应性增强、T细胞的活性增强以及其中体细胞高频突变的活性也增强了。另外,原先不具备自身反应性的B细胞在经过体细胞高频突变后出现了自身反应性。这些结果都支持这个假说。这个假说的另一个支持是,有的实验证明在狼疮鼠的GC中,发挥阴性选择功能的细胞的吞噬能力及诱导凋亡能力下降,由此导致出现自身反应性的B细胞后,由于阴性选择功能的缺失,无法正常使这些自身反应性B细胞凋亡,自身反应性B细胞进入外周产生致病性的自身抗体从而产生SLE病变。此外,免疫抑制剂对自身免疫性疾病如:SLE、RA、MS等治疗效果并不令人满意,这可能是因为免疫抑制剂主要针对的是初始B细胞,而对记忆B细胞的影响较小。
  许多的研究都证实自身反应性的B细胞的产生需要体细胞高频突变的过程。W. Guo等报道了一个非常具有说服力的实验结果,他们利用TdT-/-C57BL/6.NZB-Nba2小鼠,Tdt缺失的使得小鼠在BCR的V(D)J重排后不进行碱基插入,因此这种狼疮鼠的初始B细胞BCR H链受体库仅仅通过胚系基因的V-D-J重排产生。在这种基因敲除狼疮鼠中依然出现了大量自身抗体,接下来对产生自身抗体的细胞IG V区进行测序,并将测得序列返回到胚系基因进行对比,发现只有1/10的克隆(J7.13)依然保持了对ANA的高亲和力。由此,小鼠体内大部分自身抗体出现的最大的可能方式为:原本非自身反应性B细胞经过体细胞高频突变转变为自身反应性B细胞。他们进而对产生的自身反应性B细胞的IGHV区进行序列分析,发现突变的最主要方式为AGC/AGT(丝氨酸)转变为精氨酸。(11)这个研究证明,自身反应性B细胞的出现可能主要是体细胞高频突变的结果,且突变形式可能是有针对性的诱导某些位点进行定向的突变。一直以来,很多关于SLE患者体内B细胞IGH CDR3区的组成特征的研究已经发现了精氨酸的存在对自身抗体的活性尤其是抗核抗体的活性非常重要。同时,许多研究将目光聚集在IGHV区的组成特征上,通过与破伤风疫苗接种者疫苗接种前后IGHV变化对比,发现SLE患者CDRs的R/S较FRs高。此外,RGYW/WRCY模体也被广泛关注,RGYW/WRCY模体为AID作用的突变靶点,2002年报道该模体与AICDA脱氨甲作用有关,(12)由于CD154缺失的个体几乎没有GC,而且CD154缺失B细胞中这种模体突变减少,提示GC的形成和RGYW/WRCY模体突变相关。(13)   总结:
  系统性红斑狼疮作为一种系统性自身免疫性疾病,自身反应性B细胞的产生机制并不清楚,普遍的争论在于自身反应性B细胞产生的阶段:1. 自身反应性B细胞产生于初始B细胞阶段,由于在骨髓中发育过程中或外周成熟过程中checkpoint异常,无法清除自身反应性B细胞而产生;2 自身反应性B细胞产生于GC中,由于体细胞高频突变而产生。对于细胞如:T细胞、中性粒细胞、树突状细胞以及巨噬细胞等在疾病进展过程中的作用也在被广泛研究。(14, 15)目前有很多关于SLE的治疗方式,包括许多以B细胞为靶标的治疗方式(16)都不能取得良好的治疗效果。对系统性红斑狼疮的发病机制及B细胞在疾病中作用的机制的研究,将有利于我们寻找更加有效的治疗方式。
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