上海远慕：抗体分泌细胞的转录信号研究

抗体是免疫系统不可缺少的效应分子，抗体提供了直接和长效的保护以免感染，目前大多利用疫苗开发抗体。当 B 细胞遇到抗原，它们改变生理状态、位置，并且启动分化过程，最终产生抗体分泌细胞（Antibody-secreting cells, ASCs）。抗体分泌细胞是稀有的高度特异性细胞，代表了 B 细胞分化的最终阶段。抗体分泌细胞由短寿命循环再生的浆母细胞（plasmablasts, PBs）组成，这些浆母细胞产生于次级淋巴器官的免疫反应早期。长寿命的有丝分裂后浆细胞（plasma cells, PCs）驻留在次级淋巴器官中，并且特异性地定位在骨髓中。


B 细胞和抗体在调节体液免疫方面具有必不可少的作用，而病原抗体同时也是某些由 ASCs 的恶性转化引起的自身免疫疾病的关键驱动因素，如系统性红斑狼疮、多发性骨髓瘤、浆细胞瘤。了解和控制 ASCs 的产生、成熟和长期存活的因素对于改善疫苗设计和确定靶向病原 ASCs 的机制至关重要。


成熟的 B 细胞分为三种不同的亚群，滤泡 B 细胞（Fo Bs）、边缘区 B 细胞（MZBs）、B1 细胞，这些都有利于 ASC 细胞池和循环的血清抗体。边缘区 B 细胞和 B1 细胞是 B 细胞的特殊类型，它们主要独立于 T 细胞发挥作用。边缘区 B 细胞位于脾窦边缘的侧面，在那里与血源性抗原反应，而 B1 细胞定位于腹膜和胸膜腔中，在那里提供针对通过粘膜表面进入的病原体的早期防御线。


在转录水平上，激活的 B 细胞成为抗体分泌细胞的分化需要数百个基因表达的协同改变。

这些变化分为两大类：B 细胞相关转录本的丢失，以及抗体分泌细胞基因调控网络的获得。

过去十年的研究表明了 B 细胞促进转录因子 PAX5、BCL6 和 BACH2 在维持 B 细胞生命中的作用，而另一组不同的三个因子—BLIMP1、IRF4 和 XBP1—则用于消除 B 细胞基因并激活抗体分泌细胞程序。B 细胞与抗体分泌细胞之间明确的转录区别是由这些主要调节因子之间的相互拮抗作用维持的，然而外源信号究竟如何发出，比如，对抗原和 T 细胞衍生的辅助分子 CD40L 和细胞因子调节这一过程我们仍然知之甚少。


沃尔特和伊丽莎霍尔医学研究所和墨尔本大学的科研人员采用了 RNA-seq 技术和 BLIMP1-GFP 报告小鼠品系，可以在体内和体外鉴定所有的 ASCs，以提供 B 细胞终端分化动态特征的全面描述。研究数据支持了 ASC 转录信号的由来，完善了对不同来源的成熟 B 细胞、激活刺激、定位、细胞分裂史、组蛋白编码和 ASC 成熟如何影响这一至关重要的生物学过程的描述。这一分析同时发现了多种新的 B 细胞和 ASC 分化和特异性的潜在调节因子。


终末分化是一个不可逆的过程，导致特异性细胞获得相应的功能，常常在细胞周期中结束这一过程。在 B 细胞中，至少有三个不同的成熟细胞亚群经过终末分化成为抗体分泌浆母细胞和浆细胞。这些细胞分泌同型和具有亲和力的抗体，存在于体内某些部位，具有明显不同的生命周期。尽管存在这些表型差异，研究数据显示，研究中调查的所有的 ASC 共有一个普遍的转录信号，不同于所有 B 细胞亚群的转录信号。对 ASC 转录信号分析表明，新表达基因的主要功能类编码蛋白涉及免疫球蛋白的转录、翻译、胞内运输和糖基化修饰。该数据极大程度上证实了已知的 B 细胞、GC B 细胞和 ASC 命运驱动因子的特异性表达模式，但是这些数据也同样鉴定了一些具有平行表达模式的其他转录调节因子。


从经历了特定分裂次数的细胞中收集了转录数据，证实在每个细胞周期中，活化的 B 细胞获得与 ASC 更加近似的转录程序。观察到的与 B 细胞分化为 ASC 有关的明显的转录变化同样被证明在核染色质中同时改变。在人类 B 细胞中，含有超级增强子的基因包括这些编码 PAX5, BACH2, IRF8 和 c-MYC 的基因，它们在终末分化过程中都被强烈下调。与此相反，多发性骨髓瘤与一些 B 细胞超级增强子的不适当维持相关，包括与 MYC 相关的区域。与此相一致，研究中发现，在 ASC 分化过程中沉默的那些基因含有丰富的超级增强子基因，表明这是一个使 ASC 形成的关键过程。


研究中确定了许多成熟的 B 细胞群的转录组和小鼠浆细胞分化的阶段；提供了分泌抗体细胞的转录信号，强调了 B 细胞与浆细胞之间明显的转录划分，并能够在位置和成熟度的基础上划定 ASC。基因表达的改变与细胞分裂史和宽松的组蛋白修饰相关，其中包含多种之前未涉及 B 细胞分化的调节因子。这些结果突出并扩展了指导 B 细胞终末分化和抗体产生的核心程序。