综述：生发中心选择与浆细胞分化

《Immunological Reviews》：Germinal Center Selection and Plasma Cell Differentiation

　　

生发中心（Germinal Centers, GCs）是特化的微环境，B细胞在此通过体细胞高频突变（Somatic Hypermutation, SHM）、增殖和选择的迭代循环进行亲和力成熟，从而产生具有改善抗原结合特性的抗体。尽管GC B细胞本身不分泌抗体，但它们分化为记忆B细胞和浆细胞，提供长期体液免疫。传统上，GC选择被视为优先扩增表达最高亲和力B细胞受体（B cell receptor, BCR）的B细胞的过程。然而，近期研究表明，生理性GC反应保留了显著的克隆多样性和亲和力多样性，并产生覆盖广泛抗体亲和力范围的浆细胞。在此，研究人员回顾了当前对调控GC B细胞选择机制的理解，并讨论了一个替代框架，在该框架中，T细胞帮助定量地为GC B细胞补充能量，而非作为循环再入的二元门控。研究人员进一步探讨了抗原组织方式、抗体反馈以及抗原识别的生物物理背景如何可能调和基于亲和力的选择与维持克隆多样性之间的明显矛盾。最后，研究人员考虑了这些概念将如何改变我们对从GC中产生的浆细胞群体的预期，并讨论了它们对合理疫苗设计的启示。

2 亲和力成熟由生发中心B细胞程序支撑

抗体亲和力的提升依赖于GC B细胞反复经历免疫球蛋白基因体细胞高频突变（SHM）、快速增殖以及根据其BCR特性对所得体细胞变体进行选择。SHM由激活诱导胞苷脱氨酶（activation-induced cytidine deaminase, AID）催化，优先发生在抗体基因可变区的热点位点；然而，它所产生的氨基酸变化对其抗原结合的功能后果并无先验知识，这意味着需要选择来引导那些拥有改善后BCR亲和力的罕见体细胞变体的存活与扩增。这一进化过程效率显著，GC B细胞通常在反应形成后的1-2周内就能将其BCR-抗原亲和力（通常以平衡解离常数K_D衡量）提升数十甚至数百倍。这种协调是通过两种转录和功能上不同的细胞状态之间的周期性转换实现的，这两种状态占据了解剖学上分隔的区域，即暗区（dark zone, DZ）和明区（light zone, LZ）。DZ和LZ细胞除了具有重要的功能行为差异外，还表现出不同的表型；DZ细胞通常通过高表达CXCR4来识别，而LZ细胞则表现出相反的表达模式。存在一个内在的GC程序自然引出了它如何在分子水平上被调控的问题。叉头框蛋白O1（forkhead box protein O1, FoxO1）转录因子协调了大部分DZ转录程序，因为缺乏FoxO1的GC B细胞主要呈现LZ样表型。然而，FoxO1并非DZ生物学的全能调控者。在表型上呈LZ样但FoxO1缺陷或具有过度活跃PI3K信号的GC B细胞中，通常与DZ相关的AID表达和活性以及细胞周期进程在很大程度上仍然保持完整。

3 生发中心选择

GC B细胞在SHM之后的选择传统上被视为通过单一的LZ相关选择步骤进行，在该步骤中，B细胞基于BCR亲和力竞争循环再入。在这一主流模型中，DZ细胞退出细胞周期并在返回LZ前数小时进入静止状态，在那里它们竞争有限的信号以促进存活并驱动循环再入；在缺乏足够强选择的情况下，它们的默认命运是凋亡。我们对GC B细胞竞争的有限因素的理解随时间发生了重大演变。早期模型特别强调对滤泡树突状细胞（follicular dendritic cell, FDC）上展示的抗原的直接竞争，而随后的认知联系到Tfh细胞的帮助。研究者们利用携带Fucci2荧光报告基因的小鼠进行实验，发现即使在MHCII缺失后，LZ GC B细胞仍能继续通过定义循环再入起始的G1-S检查点，这挑战了循环再入必须由接收Tfh帮助所门控的核心概念。这表明，Tfh细胞的关键作用不是作为循环再入的门控者，而是为GC B细胞“补充能量”，使其为进一步扩增做准备。这种定量指令通过多个途径编码，包括c-Myc活性和mTORC1激活。相应地，LZ细胞接收到的T细胞介导的补充能量水平预计将决定后续DZ扩增的规模。平均而言，GC B细胞在每个DZ阶段完成两次细胞分裂，而特别强的选择事件会启动更大的“克隆爆发”。最近发现，在一些较大的爆发期间，AID活性会被暂时抑制，这限制了SHM，从而在选择性的克隆扩增过程中保留了选定的BCR序列。

3.1 体细胞高频突变后的B细胞受体完整性检测

研究人员最近了解到，GC B细胞在SHM后对新突变BCR的测试至少包含两个独立的选择步骤：第一个步骤，评估BCR完整性，在从DZ向LZ转变之前或期间进行，这有助于后续LZ中基于亲和力的选择步骤的执行。通过使用表达预重排BCR的小鼠进行测序，研究人员发现提前终止密码子在DZ中的频率远高于LZ，并且含有终止密码子的DZ细胞常常失去大部分或全部表面BCR表达，而BCR低表达或阴性的DZ细胞在凋亡细胞中高度富集。另一项独立研究同样证实了DZ内存在大量凋亡，并表明因SHM丧失BCR功能的细胞主要在这个区域被清除。这些发现支持一个层级组织的GC选择模型，在该模型中，一个在DZ内运作的初始质量控制检查点在经典的LZ亲和力选择程序开始之前就移除了表达无功能或严重受损BCR的细胞。这种阴性选择的分子基础仍不确定。一种可能性是通过一种类似于支持幼稚B细胞存活的、不依赖抗原的紧张性信号机制来监测受体表达，但这难以与截然不同的动力学相协调。另一种可能的解释是，凋亡反映了一个独特的、位于进入LZ之前的BCR依赖性检查点。未来的研究应确定此检查点是否依赖于紧张性BCR信号、对抗原反应性的短暂重新获得，或一种完全不同的将受体表达与调控DZ退出的分子程序联系起来的机制。

3.2 通过亲和力依赖性补充能量的明区选择

研究者们自己的研究重新审视了GC选择的一个核心原则：竞争的LZ GC B细胞必须接收一个阈值水平的T细胞帮助才能通过选择瓶颈并启动循环再入，这暗示着一个根本上的二元结果。通过使用Fucci2细胞周期报告基因小鼠并结合条件性MHCII敲除实验，研究者们意外地发现，即使MHCII缺失，LZ GC B细胞仍能继续通过G1-S检查点，而这本应阻止它们建立有效的Tfh细胞相互作用。然而，这些MHCII缺失的LZ细胞未能上调转录因子BATF的表达，并且在BCR信号被药理学抑制的同时，也无法可测量地表达c-Myc。这些发现挑战了循环再入必须由接收Tfh帮助所门控的核心概念，同时证实了同源T细胞帮助对于正常下游DZ功能所需的关键转录程序的诱导是必需的。总的来说，这表明Tfh细胞的关键作用是“补充能量”，为GC B细胞准备进一步的扩增，而不是作为循环再入的门控者。将循环再入与T细胞介导的补充能量解耦的一个重要后果是，GC B细胞不再面临进入S期的阈值要求。相反，T细胞帮助可以在一个与肽-MHCII丰度成比例的宽广动态范围内运作。机制研究已经定义了若干途径，通过这些途径实现定量指令的编码。特别是，T细胞接触的次数和持续时间决定了GC B细胞中c-Myc活性的量，同时也按比例调节mTORC1的激活。这些途径在LZ细胞选择期间被瞬时诱导，但在DZ再入之前或之后很快消失。因此，它们不被认为直接调控随后增殖阶段的细胞周期进程，而是通过建立决定后续DZ扩增规模的代谢、生物合成和翻译程序来对GC B细胞进行预处理。这种增殖程序的执行依赖于DZ特异性的细胞周期机制，这涉及维持细胞周期蛋白D3的表达，以便无需进一步的促有丝分裂刺激即可驱动连续的G1-S转换，这种现象被称为惯性生长。与此一致的是，GC B细胞在每个DZ阶段平均完成两次细胞分裂，而特别强的选择事件会启动更大的“克隆爆发”，可能包含多达约10次分裂。最近发现，在一些较大的爆发期间，AID活性会被暂时抑制，从而在广泛的克隆扩增过程中限制SHM——仅在DZ细胞的最后一个G1期才重新激活。这种时间上的分离最大限度地减少了在广泛的克隆扩增期间有害突变的积累，使得携带选定抗体基因变异的细胞只有在获得其增殖优势后才能恢复多样化。