Cell重磅 | 記憶和生發中心B細胞由抗體親和力決定

在病毒感染橫行霸道的今天，免疫記憶是機體為防止感染的反覆發生所必需的環節，如今所有的有效疫苗都是在此基礎上展開研製，並在接種後對人體起到顯著效果的。最有效的疫苗會引發記憶B細胞在病原體攻擊後產生快速的記憶性體液免疫反應。然而，並不是所有疫苗都同樣有效或能產生持續的中和反應，比如HIV-1疫苗的研發障礙，在某種程度上是因為人們幾乎不了解表達中和抗體的記憶B細胞是如何為響應一系列相關病毒或序列免疫原而選擇和進化的【1】【2】【3】。

於是，Charlotte Viant等人對此展開了研究，並於近日在《Cell》上發表了最新成果：Antibody Affinity Shapes the Choice between Memory and Germinal Center B Cell Fates。結合譜系溯源和單克隆B細胞的抗體來研究親和性在B細胞選擇生發中心(GCs)和免疫HIV-1抗原小鼠的記憶B細胞室中的作用。

實驗中，Viant等人在具有完整免疫系統的免疫小鼠中，採用了無偏命運映射的方法。用HIV-1抗原對小鼠進行免疫，以了解B細胞進入記憶區室和同期的生發中心（GCs）B細胞之間的關係。實驗結果表明，GC中的大部分B細胞表達高親和力的B細胞受體，這些受體源自具有顯著親和力的UCAs；相反，大多數同期選擇的記憶B細胞則表達對抗原親和力極低的受體。

單細胞轉移試驗表明，在細胞分裂後，單個前體會引起包括記憶B細胞在內的多個B細胞命運。通過抗原結合進行鑑定時，產生漿細胞和記憶細胞的前體比只產生漿細胞的前體結合的抗原數量更少。此外，轉基因B細胞在受到較低親和力抗原的攻擊時，會產生更多的記憶B細胞【4】。

Viant等人則直接比較了同期的記憶和GC區室B細胞表達的抗體的親和力。在單價結合條件下，有30.7%的GC和僅2.3%的記憶B細胞顯示出可測結合；而在具有人工增加的化合價的測定中，將Fabs固定在傳感晶片上，並暴露於三聚體抗原的四聚體中，這些數量分別增加至48.7%和35.7%。由此得出，新生的記憶細胞與抗原結合，但需要高價相互作用，通過親和力效應增加表觀親和力，導致區室的整體親和力遠低於同期GC。

然而，這種情況不足以代表體內B細胞表面高密度二價受體與免疫複合物相互作用的情況，因此無法檢測在高價態的低親和力相互作用。此外，GC和記憶B細胞之間的差異與體細胞突變的數量無關，因為在比較5個或更少突變的GC和記憶B細胞時，親和力的差異也可見。

絕大多數的記憶B細胞區室由表達低親和力受體的細胞組成，但在人和小鼠的記憶區室中也包含少量攜帶高親和力抗體的B細胞，這些抗體可以通過其結合能力來鑑定抗原。在感染HIV-1的人類中，記憶B細胞就表現出高度的抗原結合和中和活性【5】。事實上，Viant等人的發現與早期實驗並不矛盾，關鍵區別在於命運映射方法在結合抗原的記憶B細胞的選擇時無偏。

實驗觀察到，GC中最大的擴展克隆在記憶區室中並不具有代表性。在GC中，細胞基於結合、內化和呈現抗原的能力競爭以限制T卵泡輔助細胞（Tfh）的幫助。與Tfh細胞的相互作用導致基因表達程序的激活，該程序取決於抗原呈現的數量。而接受更高水平幫助的B細胞上調增殖所需的基因或漿細胞分化，較低水平的抗原呈現導致更少的分裂，並減少與記憶B細胞發育相關的Bach2表達。

此外，實驗數據表明，在免疫反應的後期階段，進入記憶區室的具有較高突變數量的B細胞幾乎沒有甚至只有一點，這一現象不會因反覆免疫而改變。由於突變與細胞分裂直接相關，GC細胞每4-6小時分裂一次，因此突變數量相對較低，這表明在免疫反應的後期階段，大多數加入記憶區室的B細胞在GC中分裂所花費的時間很少。

GC進入取決於前體B細胞對抗原的相對親和力。捕獲抗原的B細胞競爭Tfh細胞提供的有限幫助。因此，當轉基因B細胞表達對相同抗原競爭具有不同親和力的受體時，只有較高親和力細胞進入GC【6】。Viant等人的命運映射方法可以了解接種GC以響應HIV-1抗原的多克隆B細胞的本質，從而擴展了先前的觀察範圍，並證明了大多數具有可測親和力的GC B細胞是從表達具有可測抗原結合親和力的UCAs前體進化而來的。

高親和力的B細胞僅佔記憶區室的一小部分，但是它們通過迅速分化成產生抗體的漿細胞在二次反應中起著至關重要的作用。另外，少數低親和力的記憶B細胞可以在新的GC中恢復。實驗表明，進入次級GC的恢復記憶B細胞有很大一部分與其未成熟的競爭性細胞競爭，因為它們是根據對抗原的親和力來選擇的。但是，重新進入次級GC的記憶細胞中包含表達親和力低於流式細胞儀檢測所需閾值的受體的細胞，需要重新激活。

出乎意料的是，大量記憶細胞對抗原的可測親和力幾乎沒有甚至沒有。為什麼免疫系統會在記憶區室內選擇一組不同的低親和力B細胞？Viant等人推測，記憶區室的重要功能之一是提供可預見相關病原體感染的擴大的細胞池。這在處理諸如HIV-1或流感等突變病原體時可能特別有價值。在HIV-1感染期間，中和抗體的發展涉及抗體與病毒在1-3年內的共同進化。這種異常的免疫反應需要通過產生對免疫原的低親和力的受體的B細胞回憶起GC對病毒逃逸變體的反應【7】。對緊密相關病毒有一定親和力的記憶細胞數量的增加，也可以減輕與緊密相關且迅速出現的病毒變種引起的重複感染。

參考文獻：

【1】Escolano, A., Steichen, J.M., Dosenovic, P., Kulp, D.W., Golijanin, J., Sok, D., Freund, N.T., Gitlin, A.D., Oliveira, T., Araki, T., et al. (2016). Sequential Immu- nization Elicits Broadly Neutralizing Anti-HIV-1 Antibodies in Ig Knockin Mice. Cell 166, 1445–1458.

【2】Escolano, A., Gristick, H.B., Abernathy, M.E., Merkenschlager, J., Gautam, R., Oliveira, T.Y., Pai, J., West, A.P., Jr., Barnes, C.O., Cohen, A.A., et al. (2019). Immunization expands B cells specific to HIV-1 V3 glycan in mice and ma- caques. Nature 570, 468–473.

【3】West, A.P., Jr., Scharf, L., Scheid, J.F., Klein, F., Bjorkman, P.J., and Nussenz- weig, M.C. (2014). Structural insights on the role of antibodies in HIV-1 vaccine and therapy. Cell 156, 633–648.

【4】Taylor, J.J., Pape, K.A., Steach, H.R., and Jenkins, M.K. (2015). Humoral im- munity. Apoptosis and antigen affinity limit effector cell differentiation of a sin- gle naı ve B cell. Science 347, 784–787.

【5】Scheid, J.F., Mouquet, H., Ueberheide, B., Diskin, R., Klein, F., Oliveira, T.Y., Pietzsch, J., Fenyo, D., Abadir, A., Velinzon, K., et al. (2011). Sequence and structural convergence of broad and potent HIV antibodies that mimic CD4 binding. Science 333, 1633–1637.

【6】Schwickert, T.A., Victora, G.D., Fooksman, D.R., Kamphorst, A.O., Mugnier, M.R., Gitlin, A.D., Dustin, M.L., and Nussenzweig, M.C. (2011). A dynamic T cell-limited checkpoint regulates affinity-dependent B cell entry into the germinal center. J. Exp. Med. 208, 1243–1252.

【7】Liao, H.X., Lynch, R., Zhou, T., Gao, F., Alam, S.M., Boyd, S.D., Fire, A.Z., Ros- kin, K.M., Schramm, C.A., Zhang, Z., et al.; NISC Comparative Sequencing Program (2013). Co-evolution of a broadly neutralizing HIV-1 antibody and founder virus. Nature 496, 469–476.