摘要
在使用蛋白质和半抗原载体系统的免疫研究中,B淋巴细胞诱导和维持的调节机制已被广泛描述。然而,越来越多的证据表明,由感染引起的B细胞反应的调节要复杂得多。在这项研究中,我们回顾了目前对流感病毒(一种引起流感的小RNA病毒)感染后B细胞诱导应答的理解。值得注意的是,对这种病毒的快速诱导、高保护性和长寿命的体液反应是由多个B细胞亚群贡献的,每个亚群产生质量上不同的呼吸道和全身反应。一些B细胞亚群提供广泛的交叉保护,以对抗不断变异的病毒的变种,每一个都受到感染诱导的固有免疫信号的质量和大小的调节。从分析这种具有高度保护性的体液反应中获得的知识可能为成功的疫苗和疫苗接种方法提供蓝图。
简单有时也有它的优点。流感病毒正是采用这种方法,成为一种成功而臭名昭著的病原体。尽管病毒的基因组很小,而且只有一个用于免疫逃避的基因(NS-1,一种I型IFN和caspase-1阻滞剂;综述了裁判。1),流感病毒的呼吸道感染每年导致全球25万至50万人死亡,影响5-15%的人口(http://www.who.int).哺乳动物宿主无法产生对流感的长期保护性免疫,是由于病毒表面受体、血凝素(HA)和神经氨酸酶(抗原漂移)不断发生点突变,以及整个基因片段的更大交换(抗原转移)。这两种过程都能使病毒避开抗体的中和作用,但在个体感染后无法避开清除作用;病毒通常会在几天内被清除。然而,它确实能使流感在人群水平上逃避ab介导的免疫保护,导致以前流行的流感病毒毒株的新出现变异每年出现一波又一波的感染。
这些过程强调了抗体在预防同一流感毒株重复感染方面的有效性,也强调了免疫系统在预测病毒抗原变化方面的缺陷。因此,一些人建议新的疫苗方法应该侧重于诱导cd8介导的免疫,这种免疫通常针对病毒更保守的内部蛋白质(2).考虑到CD8 T细胞介导的肺组织损伤的潜力(3.),事实上,抗体和先天信号对限制初始病毒载量以减少T细胞介导的病理的潜力至关重要,设计改进的策略,诱导有效的和交叉保护的抗体,以防止感染仍然是抗击这种高度成功的病原体的重要目标。
与流感微妙的毒性策略不同,B细胞对这种感染的反应没有任何微妙之处。流感感染的每个特定方面都可以通过一组复杂的B细胞反应来阻止感染的发生;当感染确实发生时,它们可以抑制早期病毒复制,帮助清除感染,帮助组织修复,并产生有效的记忆反应(表我).在这篇文章中,我们回顾了目前对诱导和维持对该病毒的高效应答的理解。
流感病毒特异性体液反应的质量和特异性
人免疫和异亚型免疫。
在流感感染后,抗体可针对10种病毒蛋白中的大多数产生,但其水平和动力学存在很大差异(4).最容易理解的是对HA (5- - - - - -7).由于抗原漂移,而且由于目前的分裂病毒疫苗主要诱导抗体对突变的表面糖蛋白,每年评估包括在年度疫苗中的三种流感毒株(流感A/H1N1和流感A/H3N1和流感B)产生中和抗体的能力,以对抗流行的季节性流感毒株。
疫苗或感染诱导的同亚型(匹配)中和抗体反应在健康个体中强烈诱导,有助于清除病毒,并保护免受重复流感病毒感染(8).小鼠不能再次感染同一毒株(9),即使剂量是原发感染的1万倍(N. Baumgarth,未发表的观察)。相反,B细胞缺乏的小鼠容易再次感染。9),证明了抗体在免疫保护方面的有效性。因此,人类缺乏对每年流感的保护并不是因为抗病毒B细胞反应的缺陷。相反,病毒抗原结构的变化使Ab反应无效。
然而,即使是不匹配的Abs也可能被证明是有益的;所谓的异亚型或交叉反应性和保护性免疫,是由先前接触不同的流感毒株或亚毒株而产生的,已被确凿地与交叉反应性Abs的存在联系在一起(参考文献1)。10),包括对2009年流感大流行H1N1病毒在人类体内产生的广泛交叉反应抗体(11).广泛的交叉反应,中和抗体的HA似乎主要结合,尽管不是唯一的,在HA1和HA2的膜近茎高度保守螺旋区域的表位(11,12),是研制新疫苗的一个有希望的潜在目标(13).除了对流感表面蛋白的交叉反应性抗体外,对相对保守的流感内部蛋白的抗体也可以提供异亚型免疫,并成为最近新的疫苗策略的目标。免疫诱导的针对基质蛋白2胞外结构域的抗体,仅在自然感染后弱诱导(14),可减轻棉鼠的疾病症状(15).对流感病毒内部核蛋白的非中和抗体可减少病毒在小鼠中的传播和死亡率(16,17).因此,对流感已有的Ab介导的异亚型免疫可能是有益的,这表明即使Ab对疫苗的应答与循环毒株不完全匹配,也可能降低疾病的严重性。
原始抗原罪。
上述发现似乎难以与原始抗原sin的概念相一致,原始抗原sin是一种假设,即存在与一种流感病毒株交叉反应的B细胞会减少B细胞对第二种流感病毒株的反应(18).这一理论是基于一项实验结果,即针对特定流感病毒株的抗体的存在会阻碍具有不同HA和神经氨酸酶的病毒株的清除,这表明针对另一流感病毒株的抗体的存在会降低抗体的第二次反应。然而,与完全幼稚的动物相比,交叉反应抗体确实减少了病毒载量,增加Ag剂量可以克服这种反应减少(19),说明Ab反应的大小是根据病毒载量而调整的。最近一项有趣的研究表明,比Ab水平更重要的是,Ab的贪婪程度对感染结果至关重要(20.).在2009年H1N1流感大流行期间,与以往的大流行一样,没有既往病史且具有季节性流感毒株中和抗体的中年受试者可能会患上重病。这些患者似乎只产生了对大流行毒株的低兴趣抗体,这种抗体形成了致病性肺免疫复合物(20.).是否预先存在的对季节性流感毒株的B细胞免疫导致或甚至导致了高活性抗体的缺乏仍然是一个悬而未决的问题。答案可能最终决定了原始抗原原罪现象的临床相关性和/或背景。
解剖龛促进B细胞对流感病毒感染的反应
人类和其他哺乳动物的流感病毒感染通常是呼吸道感染。B细胞首先遇到病毒,被启动,并在呼吸道内分化为ab形成细胞(AFC)。B(和T)细胞对流感感染反应的高度组织特异性是准确评估人类对病毒适应性免疫的主要障碍,因为局部反应并不总是由血液测试充分反映。这可能解释了新型、减毒、鼻内活病毒疫苗缺乏明显的相关保护,这些疫苗提供免疫保护,但往往不能诱导显著的血清抗体滴度。事实上,呼吸道的Ab水平,而不是血清,与防止再感染的水平最相关(21,22).这一障碍可能通过使用流式细胞术或ELISPOT分析来测量外周血浆细胞来克服,ELISPOT分析似乎提供了一种评估疫苗结果的高度敏感的方法(8,23).这种方法已经成功地应用于检测PBLs中的IgA等离子体,尽管它们的外观具有高度瞬变性质,需要精确的时间(23).
组织特异性因子可能塑造了在呼吸道中驻留和遇到Ag的B细胞的反应。虽然这个器官系统通常被称为粘膜部位,但只有气管和较大的支气管有粘膜(24).典型的流感感染始于上呼吸道,如果病毒不能消除,则会向肺部蔓延。大多数对小鼠的研究评估了对肺部感染的反应,因为小鼠对上呼吸道感染有抵抗力,这是小鼠作为疾病动物模型的局限性。流感病毒的复制和病毒子代的释放仅在呼吸道上皮细胞中观察到,而病毒Ags也在肺部的各种其他细胞中发现,包括B细胞(25).
幼稚B细胞见于上呼吸道(颈部淋巴结)和下呼吸道(纵隔/支气管淋巴结)的有组织淋巴结,并散布于肺间质(图1)局部炎症,包括流感病毒感染,导致沿支气管树的分支点形成三级淋巴结构,即所谓的BALT。BALT包含有组织的B细胞区、生发中心和AFC(参考文献1)。26).
在呼吸道中产生抗体。
局部引流淋巴结是流感感染后诱导B细胞应答的主要部位(4,27).B细胞可以通过多种途径接触Ag。淋巴结髓质中的树突状细胞(DC)通过SIGN-R1捕获淋巴传播病毒并呈递给B细胞(28).B细胞也可能在淋巴结或感染部位直接捕获和/或表达病毒Ags,以便运输到淋巴结(25).在两个小鼠(4,29,30.)及雪貂(31),金标准动物模型,随着抗抗体滴度在洗鼻和洗肺中升高,在颈部和纵隔淋巴结首次感染后3 d就可发现AFC。感染诱导的局部B细胞反应的极快动力学支持B细胞在清除原发性流感感染中的作用(在参考文献中综述)。9).
与肺的非粘膜性质一致,肺中的AFC主要产生IgG和IgM,而上呼吸道中95%的Ab产生细胞是IgA(32).尽管淋巴结B细胞反应的快速动力学,野生型小鼠在第7天之前无法检测到这些肺AFC (33,34(K. Rothauesler和N. Baumgarth,已提交发表),且仅在它们在脾脏中检测到之后(33).然而,一旦诱导,肺组织AFC会终生存在(33(K. Rothaeusler和N. Baumgarth,已提交出版)。这就对它们的组织来源提出了疑问。产生驻留肺的AFC可能有两种途径:首先,它们可能在引流的淋巴组织中被诱导,然后迁移到肺。早期迁移研究表明,来自纵隔淋巴结和支气管淋巴结的igg分泌细胞的前体优先回到唾液腺和肺(35),提示淋巴结是肺AFC的诱导位点,启动物具有组织归巢特异性。最近的研究与α有关4β1整合素(VLA4) -VCAM1在白细胞向肺迁移中的相互作用(36).一旦进入肺,B细胞和/或AFC在上呼吸道、肺组织和BALT的固有层内定居。DC产生的BAFF和增殖诱导配体(APRIL)可能支持BALT中浆细胞/细胞的长期存活(37).
另外,BALT可能促进AFC在肺组织本身的启动和维持。在ag缺乏经验的小鼠中BALT形成所需的时间可以解释AFC在肺中的延迟动力学。与BALT在AFC产生中的作用一致,在流感病毒感染小鼠的BALT中存在生发中心样结构和滤泡DC (37,38).此外,感染后2周BALT形成的中断减少了局部IgA而不是IgM的产生(37).然而,肺AFC的初始诱导和/或维持是否需要BALT仍有待确定。总的来说,次级(区域淋巴结)和三级(BALT)淋巴组织都支持呼吸道中B细胞效应的功能。更全面地了解它们的诱导途径有助于开发模仿这些高度保护性Ab反应的疫苗接种策略。
系统性Ab生产。
由局部和/或全身AFC贡献的血清Ab滴度在感染后6/7天左右首先检测,与呼吸道反应相比至少延迟3天。在大约1个月的时间内,抗体滴度稳定增加,然后在一生中保持相对较高的抗体滴度。病毒特异性AFC短暂存在于脾脏中,从感染的第6/7天开始,长期存在于骨髓中(33,39).在人类中,IgG的寡克隆群+CD138+用流感病毒活疫苗或灭活疫苗免疫后约7天,AFC在血液中短暂存在(8,23).
抗流感的IgG和IgA记忆B细胞在呼吸道局部和大多数组织中被强烈诱导并维持数月(40).因此,流感感染后的B细胞诱导主要发生在呼吸道,而效应体则是全身传播:AFC传播到骨髓,记忆B细胞传播到几乎身体的每一个组织。目前尚不清楚,在多大程度上,Abs的系统性阐述和记忆B细胞的分布与呼吸道诱导的B细胞反应成比例或甚至具有代表性。在测定人血清或血浆中抗体介导的流感防护水平时,必须考虑到这种未明确的关系。
B细胞对流感的反应诱导
先天B细胞反应。
B细胞通过产生天然IgM(即在没有抗原激发的情况下组成性产生的保护性Abs),甚至在与病毒接触之前,就有助于保护免受流感病毒感染(41- - - - - -43).与流感病毒结合的天然抗体几乎完全由B-1细胞产生,B-1细胞是B细胞的一个小子集,与传统B细胞相比,它具有独特的发育起源、表型、组织分布和反应调节(41,44).
B-1细胞对流感的反应突出了其许多先天的特性。CD5+B-1a细胞,而不是CD5细胞−B-1b细胞,在急性流感病毒感染期间(第5-10天),在引流淋巴结的局部频率增加,并分泌大量的病毒结合IgM进入呼吸道(29).然而,与流感病毒结合的IgM只占淋巴结和呼吸道B-1a细胞产生IgM总增加的一小部分(~10%),与非流感结合的IgM相比,流感结合的天然抗体的相对数量不会随时间增加。brdu标记研究表明,在感染过程中完全没有B-1细胞克隆扩增(29).
因此,B-1细胞对流感感染作出反应,在感染部位重新分配和分化,同时维持稳态水平自然血清抗体水平(29,41,42).人们很容易推测,B-1细胞的再分配是系统精心设计的先天细胞因子的结果。与此一致的是,流感感染诱导的I型IFN可深刻影响远处的白细胞(45).此外,注射IL-5和IL-10后,B-1细胞从体腔迁移到胃肠道和脾脏(46),LPS或细菌(47).后者至少部分依赖于适配器分子MyD88 (47),进一步表明B-1细胞对这种病毒反应的固有性质。
B-1细胞和分泌的IgM可能有助于对流感的免疫保护,而不是通过中和病毒(29,42,48).例如,B-1细胞来源的IgM需要最大限度地诱导(B-2细胞来源的)流感病毒特异性IgG (42).B-1细胞也被称为IL-10的强生产者(49),因此可能参与局部免疫反应的调节,类似于最近发现的一个与B-1细胞具有某些表型特征的B细胞子集的调节作用(50).
t非依赖性B细胞对流感的反应
流感感染期间产生的T非依赖性抗体可以提供一定程度的保护,因为只缺乏CD4和CD8 T细胞的小鼠比同样缺乏B细胞的小鼠在感染中存活的时间更长(51,52).一些研究表明,t不依赖的B细胞应答不能促进病毒清除(52),而其他人则发现它足以清除病毒并提供短期保护(51).这些不同的发现可能是由于用于研究的病毒株的病毒剂量或毒性不同。早期研究表明,携带某些HA亚型的流感病毒的体外B细胞有丝分裂活性,可能是由于它们与MHCII类(MHCII) I-E (53,54).然而,最近的研究表明,ha诱导的有丝分裂B细胞激活需要通过MyD88进行信号传递,而不是识别病毒RNA (55),因此可能是由于TLR2或TRL4的参与(20.).这些有丝分裂作用对B细胞对不同流感毒株的整体反应的重要性尚不清楚。
t依赖B细胞对流感感染的反应。
CD4 T细胞缺乏导致对流感的体液反应急剧降低(52).值得注意的是,虽然最大的抗病毒IgG反应似乎依赖于CD4 T细胞以及B细胞表达的MHCII和CD40,但最大的局部病毒特异性IgA需要CD4 T细胞,而不需要MHCII或CD40对B细胞(27).这种依赖于cd4但独立于同源基因的相互作用有助于产生IgA的机制仍有待确定。
在BALB/c小鼠中对流感病毒A/Puerto Rico/8/34 (A/PR8)的早期免疫研究表明,不同的B细胞波(在Ig库中不同)产生整体强抗病毒抗体(5- - - - - -7).最早诱导的病毒特异性抗体出现的时间相对较短,不能被增强,而晚期一次应答的抗体也对二次应答有贡献。这些数据现在可以理解为不同储备的B细胞分别对早期滤泡外反应和后期生发中心反应的贡献。实际上,由一个特定的种系编码独特型(C12Id)编码的ha特异性抗体,最初被鉴定为对A/PR8-HA贡献了约25%的最早抗体(6),感染后主要产生滤泡外病灶(34).HA-specific C12Id+细胞很少产生生发中心B细胞(34),与观察到的C12Id对免疫后的二次应答缺乏贡献的情况一致(6),并没有在感染后产生记忆B细胞(K. Rothaeusler和N. Baumgarth,提交发表)。
这样弱的生发中心参与在流感感染诱导的B细胞应答中并不典型。在淋巴结和BALT中发现持续数月的生发中心(34,56).在BALB/c小鼠的后期初级反应中,C4Id编码a /PR8 HA的原型反应(5).由于缺乏独特型特异性试剂,无法在细胞水平上详细分析这种反应。然而,C4Id抗体在二次刺激时CDR3区域突变频繁,这与它们的生发中心起源一致(5).因此,存在不同的流感病毒特异性B细胞群体,它们对t依赖的滤泡外反应或生发中心反应表现出强烈的偏好。
是什么驱使B细胞向滤泡外或滤泡内反应尚不清楚。最近利用鸡蛋溶菌酶bcr -转基因小鼠的研究表明,高亲和力BCR-Ag相互作用导致滤泡外灶,而低亲和力相互作用驱动生发中心(57).然而,并不是所有的研究都与亲和选择模型一致,因为一些研究发现B细胞随机选择进入一种反应而不是另一种反应(58).确定这个选择事件背后的信号具有实际意义。亲和力选择模型预测,在感染后的不同时间,由于滤泡外和生发中心反应提供高亲和力抗体,个体对流感的整体抗体亲和力可能不会随着时间的推移而增加。因此,抵抗或迅速克服流感感染的能力可能至少部分依赖于现有的B细胞库和高亲和力B细胞快速形成的频率,滤泡外焦点的流感病毒株以前没有经历过。
支持该模型的早期和后期诱导的抗体对流感反应的系统亲和力测量缺失。然而,VSV感染小鼠后,由于感染后早期存在高亲和力抗体,表明随着时间的推移,抗体亲和力总体上没有增加(59).最近的人类研究也发现,在感染或接种流感疫苗后7天内,血液中出现了相对高亲和力的浆细胞(8).然而,后者的数据可能是由于记忆B细胞的重新激活,或者是真正的初级反应的结果。
总之,感染诱导的滤泡外灶主要通过种系编码的高亲和性B细胞提供快速、高选择性和保护性的抗体对流感的应答。在感染的小鼠中,生发中心持续时间很长,并导致AFC和记忆B细胞的产生。虽然亲和选择模型与B细胞上的现有数据一致应对流感感染,其他因素比BCR亲和力可能调节extrafollicular响应的大小,比免疫接种感染产生更大的extrafollicular反应与流感病毒(j·迪和n . Baumgarth未发表的观察)。
长期维持抗病毒B细胞应答。
小鼠感染流感病毒后可长期产生特异性IgG和IgA抗体(33,39)和人类。例如,在芬兰,高达96%的1909年至1919年出生的人具有对2009年H1N1流感大流行毒株的交叉保护抗体,这可能是由于它与20世纪上半叶流行的西班牙流感大流行毒株的关系(60).与季节性流感病毒株相比,2009年流感大流行对老年人的不利影响出乎意料地低,这可能是这些预先存在的交叉反应抗体的原因。20.).
这种反应的长期维持是AFC和记忆B细胞诱导联合作用的结果。骨髓和肺微环境可促进AFC的长期维持(33,39),而记忆B细胞分布广泛,多见于肺、纵隔淋巴结和鼻咽相关淋巴网状组织环境(40,61).肺中的流感特异性记忆B细胞数量远远超过骨髓中的(40).肺是否总是为这些细胞提供特定的生态位,或者它们是否由感染引起,以及它们如何长期维持,这些都是重要的未解决的问题。
先天信号调节抗病毒B细胞反应
Inflammasome-induced细胞因子的生产。
流感病毒感染在感染后的某些细胞类型中触发胞浆内模式识别受体RIG-I和NOD2,导致I型IFN的诱导,这是一种强抗病毒细胞因子和免疫调节剂。流感还通过RIG-I和可能的NLRP3的参与,触发炎症小体介导的IL-1β和IL-18的诱导(文献综述)。1).NLRP3或rig - i介导的caspase 1激活以及随后IL-1β和IL-18的释放对B细胞对流感感染应答的影响尚未完全解决。一项研究得出结论,炎症小体途径的诱导需要最大限度地产生抗病毒血清IgM、IgG和鼻内IgA (64),而对IL-1R的研究−−/小鼠在流感感染后发现流感特异性IgM明显缺失,但没有IgG或IgA分泌(65(E.E. Waffarn和N. Baumgarth,未发表的观察)。其他人没有发现任何证据表明caspase-1或冷卟啉(炎症小体复合物的另一组分)对B细胞应答结果的影响(66).因为流感病毒的NS-1蛋白可以阻断caspase-1的活化(1),这些研究结果的差异可能是由于使用了不同的流感毒株或感染剂量。这些研究没有区分炎症小体激活对抗病毒B细胞反应的直接和间接影响;因此,影响Ab产生的机制是未知的。
相比之下,关于I型干扰素作用的研究清楚地表明了两者的直接作用(30.,67,68)及间接(69,70) I型IFN对B细胞的影响。间接影响包括增强感染后局部淋巴结大小的作用(30.,67)和生发中心的发育和大小(N. Baumgarth,未发表的观察)。IFN也可以通过诱导APC产生IL-6来驱动浆细胞的产生(70).值得注意的是,I型IFN在流感感染24-48小时后直接激活所有区域淋巴结B细胞,而不是脾脏或肺的B细胞(30.),导致快速而广泛的基因表达变化,包括表面CD69和CD86的上调(67).因此,B细胞在流感病毒感染后遇到的第一个信号区域淋巴结既不是Ag也不是T细胞的帮助,而是I型IFN。内在变化影响流感特异性B细胞反应的质量和大小;B细胞特异性I型IFNR缺陷小鼠的血浆细胞数量和病毒特异性IgM、IgA、IgG2a/c和IgG3 AFC均减少,而IgG1 AFC在流感感染后增加(30.,68).CD69的上调可能导致B细胞在区域淋巴结内选择性滞留(71),而CD86表达增强可能会诱导记忆B细胞快速分泌Ab抗体(72).
tlr介导的B细胞应答调节。
I型IFN的另一个直接作用是通过区域淋巴结B细胞快速而短暂地诱导TLR3和TLR7表达(67(S.O. Priest和N. Baumgarth,未发表的观察)。TLR7是流感的主要模式识别受体,其在B细胞中的过表达与自身免疫有关(73).B细胞表达的TLR对B细胞反应的影响的研究显示了相互矛盾的结果(74).TLR7,而不是TLR3,似乎塑造了流感特异性B细胞应答的Ab同型谱。TLR7 + I型IFN信号可以驱动类切换重组到IgG2a/c,而没有I型IFNR信号的TLR7刺激则驱动IgG1 (75)这与研究表明流感感染后缺乏I型IFN直接信号降低IgG2a/c并增加IgG1的研究一致(30.).最近,与分裂病毒疫苗相比,TLR7信号被确定为活病毒感染后增强B(和T)细胞应答的主要机制,尽管TLR信号的靶细胞尚未被确定(76).鉴于I型IFN信号在B细胞感染部位引起的广泛基因表达变化,很可能是先天信号的额外直接作用引导了病毒诱导的B细胞反应。
因此,在流感感染过程中产生的先天信号通过直接作用于B细胞和间接作用于DC和其他细胞来调节B细胞对感染的反应。目前分裂病毒疫苗诱导的TLR7和/或炎性小体信号的相对缺乏可能是疫苗比活病毒感染诱导反应的有效性存在差异的原因。
结论
流感感染在呼吸道的淋巴组织中引发强大的B细胞反应,为原发性和继发性感染提供免疫保护。这种B细胞反应的调节突出了呼吸道病原体体液反应诱导和维持的复杂性。多个B细胞亚群和具有不同Ig库的B细胞波产生多方面的体液反应,在局部和系统感染前、中和后提供保护性抗体。先天信号是抗病毒B细胞反应的重要调节者,未来的工作很可能识别额外的先天信号通路来调节免疫系统的这一关键环节。
披露的信息
两位作者没有经济利益冲突。
致谢
我们感谢实验室成员允许我们引用他们的一些未发表的研究,并向我们的同事道歉,因为空间限制,我们不能充分引用他们的工作。
脚注
与本综述相关的作者目前的工作得到了美国国立卫生研究院/国家过敏症和传染病研究所(AI051354和AI085568)的资助。
本文使用的缩写:
- AFC
- Ab-forming细胞
- A / PR8
- 流感病毒A/波多黎各/8/34
- 直流
- 树突细胞
- 哈
- 血凝素
- MHCII
- MHC II级。
- 收到了2011年1月4日。
- 接受2011年1月25日。
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