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提供抗体生产的途径--营养物质、信号和成熟B系细胞代谢规划

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发表时间:2021-11-16 16:48作者:武汉新启迪Xinqidibio

摘要

COVID大流行使人们重新认识到持续抗体(Ab)分泌在我们抵御微生物的免疫防御中所起的重要作用,以及激发抗体保护以防止感染的重要性。在此背景下,现在特别及时地回顾控制分泌抗体的细胞是如何产生、持续和迎接分泌大量这些糖蛋白的挑战的分子程序的各个方面。虽然浆细胞和浆细胞(PC)是分泌型抗体的主要来源,但导致这些细胞类型存在的过程始于幼稚的B淋巴细胞,这些B淋巴细胞增殖并向几个潜在的命运方向分化。在每一个步骤中,细胞都居住在特定的微环境中,它们不仅接收细胞因子和其他细胞表面受体的信号,而且还利用间质获取营养。营养物质反过来通过中间代谢和调节基因转录、翻译和代谢的传感器酶来影响通量。本综述将着重于营养供应和传感器机制如何影响不同的细胞阶段,导致PC及其适应工厂专用于抗体的分泌。这一组和其他人的显著发现,有时表现出不同的,将被总结到一个独特的代谢程序在个人电脑的旅程。

前言

除了抵抗影响生殖健康的微生物外,营养供应也是达尔文选择的第二个主要限制因素。这两个与健身选择相关的因素在一定程度上是通过对细胞营养或全身代谢的感知而联系起来的。这些机制在成熟B系出现后的每一步都在细胞内发挥作用,通过适当的浓度、位置和抗体的特异性而产生生存效益。鉴于这些保护机制的重要性及其对疫苗效力的中心作用,关于B细胞或血浆细胞相互作用的文献数量明显少于关于T细胞帮助者和其他类型T细胞的文献。尽管如此,来自B细胞个体发育的重要见解将在这里被忽略,自体免疫也是如此。有几个优秀的一般性评论是最近的,足以概述B细胞的代谢[1,2,3,4,5和血浆细胞[6, 7]。本文将努力描述从幼稚B细胞到中间体到分泌抗体浆细胞的道路上的各个阶段,增加对过去几年在这些领域的工作的考虑,以及在现有的基础上标准审查中较少涉及的主题。作为边境的一个未得到充分研究的领域,目前工作所涉及的专题涉及可能相互矛盾的文件,并将考虑可能解释差异的潜在模式。除了介绍不同出版物的内容外,还将努力突出即将出现推测的公开问题和模拟可能性。这些特点通常是不同的传统英语时态,以区分普遍接受或充分复制的信息(现在时)、报告的发现(过去时态)和可能性(条件语态或动词时态,而不使用主动过去时)。背景中的一种认知偏见是,进化论和达尔文适应性很可能有利于多样性--即使是在一个个体内部,当然还有免疫原和个体之间。这一点强调了消除一种文化倾向的重要性,即尽管有强有力的证据表明每一类细胞和地区的多样性,但一组结果都是普遍正确的。

导言和概述

出生前后的个体发育可产生三种B细胞,即B1系和2B2系、滤泡性(FO)和边缘区(MZ)B细胞。8, 9]。然而,这些类在功能和分子程序上都有差异[9, 10]。B1 B细胞被细分为B1A和B1B亚群,被认为是循环免疫球蛋白(IGs)的主要来源,称为天然抗体,在没有明显免疫挑战的情况下产生[9, 11, 12]。为了简单起见,本综述将把B1A和B1B细胞统称为“B1 B细胞”,尽管这两种类型之间存在差异。与B2组相比,一小部分B1细胞似乎能够重新编程剪接,生成分泌的天然抗体,而不表达转录因子Blimp 1[10]。此外,B1细胞是T无关(T-I)抗体的主要来源,它们较少依赖于与CD4的相互作用或来自CD4的帮助。+T细胞分泌较其他抗体[11,12,13,14]。B1细胞分布广泛,包括淋巴器官,但腹腔是主要的栖息部位。8, 15]。腹膜B1细胞部分是肠内分泌IgA的高密度浆细胞的前体[16,17,18,19,20]。只有这个潜在空间的衬里被血管化,除非存在感染,否则血浆中的液体会从血浆中渗透[21, 22]。由于脾B1细胞可参与快速(即3天内)抗体的产生--例如,宿主暴露于颗粒抗原(AGS)后--它们被视为“具有‘自然记忆’”,与MZ B细胞结合,“为早期先天和后期出现的适应性免疫反应提供了桥梁”[11, 13]。在回忆挑战后产生更健壮和更高亲和力的Ab的广泛特性,对于T-Ⅰ型II型反应--根据推论可能是B1型--比基于卵泡的B2型反应的特征要不那么明显。23, 24]。尽管如此,仍有证据显示出适应性特征,如体细胞高突变(Shm)和记忆表型细胞的形成,这些细胞可以用同样的抗原对以后的刺激作出反应。14, 23,24,25,26,27],尽管证据在数量和质量上不如B2-谱系细胞的有力。

MZB细胞最初位于边缘窦附近,颗粒上显示的抗原刺激特别受欢迎,这是血浆细胞的第二来源。与B1细胞相似,MZB群体能快速产生“先天样”浆细胞和抗体反应[11, 13]。另外,MZB细胞活化后可迁移到次级淋巴滤泡,即生发中心[28]。除MZB细胞外,大多数脾淋巴结B细胞最初具有FO表型。FO B细胞的一个典型途径涉及活化,从CD4中招募帮助。+T细胞、增殖和较快分化为浆细胞,然后是浆细胞在卵泡外的位置[29,30,31](在[32])。另一种命运也依赖于T细胞的帮助,包括迁移到由分泌适当的趋化物和定位信号并建立GCs的特殊基质细胞所确定的位置(见[33,34,35])。B细胞抗原受体(BCR)与启动B细胞活化的表位的亲和力是促进卵泡外浆细胞生成或早期抗体分泌或GC B细胞命运获取的主要因素。30, 36, 37](图1.1)。在不依赖T的反应中,激活需要更高的亲和力,而T依赖的过程则受bcr与抗原结合的高至中亲和力的调节。36, 37]。尽管超出了本综述的范围,但必须注意的是,这些过程也是由B细胞通过与滤泡辅助T(Tfh)细胞相互作用而触发的刺激来调控的,例如CD40L(CD 154)对Tfh细胞的CD 40作用以及分泌细胞因子(如IL-4和IL-21)。38,39,40]).

图1
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B细胞途径抗体分泌和体液记忆的简化示意图。所显示的是沿B系的进展,以及代谢调节剂的有限亮点,以及中间代谢程序在经过抗原激活后静止的幼稚B细胞阶段(左下)的过程中的变化。在整个回顾过程中详细讨论了这些步骤,并在先前的评论中提供了更多关于信号和基因表达程序的背景信息。1,2,3, 56, 57]。为了简单起见,这里省略了B1和边缘区B单元所特有的问题。成功的bcr参与和共刺激以及滤泡外T细胞有助于增加细胞质量和增殖周期,这需要大量mTORC 1介导的前体摄取、大分子合成、能量生成和维持氧化还原平衡(左侧中部)。高亲和力bcr促进卵泡外浆细胞(短寿命和长寿命的浆细胞,即SLPC和LLPC)的产生,AMPK抑制蛋白质合成速率(左上),但记忆B细胞(MBCs)也可能出现。在激活的B细胞中,一些在同源帮助下可能进入次级卵泡(图中)发生的生发中心(GC)反应。在一轮T细胞的帮助、增殖、AID诱导的突变,即体细胞高突变(SHM)和p53介导的细胞凋亡发生在黑暗区(DZ)。存活后代(约50%)迁移到光区(LZ),其BCRs可竞争从基质细胞(滤泡树突状细胞(FDC))捕获抗原,在没有帮助的情况下可诱导凋亡,但允许MHC-Ⅱ的内化、表位表达和T细胞的加入。除在GC中死亡和延续外,这些B细胞可能处于静止状态,可能涉及某种程度的分化,如MBCs(可根据IgM或CD 80和PDL 2细分),其中有些可循环到组织中。或者,这些细胞可以获得一种浆细胞/浆细胞的命运,其中IgG。+作为骨髓中的LLPC,由基质壁龛支持的PC可以持续数月到数年。正如本文所讨论的,mbc持久化是由ampk和规范自噬共同促进的,而llpc持久化似乎依赖于自噬,但与ampk无关。

T不依赖和滤泡外途径都能产生保护性反应、免疫记忆和浆细胞[41,42,43],但GC反应及其B细胞的命运为疫苗提供了优势,并可能用于进化选择。随着广泛的增殖和AID酶的大量表达,编码GC-移民B细胞每一个bcr的dna序列大幅多样化,导致亲和力甚至特异性的变化。44,45,46,47](在[48,49,50,51])。SHM的这一过程可以将循环抗体的宇宙转移到更大的亲和力,再加上选择具有高亲和力bcr的gcb细胞捕获抗原,在内部化和处理后将其呈现在其表面mhc-ii上,从而在迭代过程中重新刺激tfh细胞以获得新的帮助(例如cd40l和IL-21)。33,34,35, 38,39,40])。进入GC反应的B细胞的后代遵循四条主要的命运途径:(1)因基因组损伤或未被选择而死亡[52];(2)恢复具有记忆B细胞子集特征的静止状态([53,54,55,56];在[57(3)在GC中的保留和持久性[55和(4)向浆细胞和后来的浆细胞分化(例如,[58],载于[57])。在最后一种情况下,定义B细胞身份(Pax5)和GC B细胞状态(BCL 6)的转录因子被Blimp 1和IRF 4水平升高所取代(见[59, 60])。除其他作用外,blimp 1可使ig基因转录率提高10倍以上,并推动ell 2的表达。ELL 2是一种RNA处理因子,支持重组Ig重链基因转录体中的剪接选择,将表面bcr表达转化为抗体分泌。61,62,63]。迁移期和定位或定位问题是上述抗体反应所涉及的所有步骤的内在因素(例如,[35, 59, 63,64,65,66]。浆细胞和浆细胞所在的不同位点是一个例子,说明了成熟B系细胞和分泌抗体的群体在其最终目的地的营养供应和代谢规划的考虑因素包括这些因素在不同地点的多样化的潜力。在接下来的章节中,将总结营养和代谢规划问题,涉及从静止到初始淋巴母细胞的转换(“从静止状态开始”一节),关于激活后命运选择的决定(“决定,决定--激活后的B细胞”部分),以及血浆细胞的出现和持续问题(“事件的结束-建立和助长抗体工厂”)。由于信号转导调节代谢,由于代谢物调节信号,这些部分将包括关于信号选择的几个方面的信息。

从静止状态出发

血浆细胞的发育和抗体的产生需要在B细胞初始活化后进行多个分裂,B细胞在G0中处于静止状态,同时维持渗透平衡和膜电位,以及涉及蛋白质周转的质量控制。早期阶段涉及到快速产生新的蛋白质和脂类物质以及核糖核酸和脱氧核糖核酸的联合挑战,并使核DNA加倍,使B细胞激活后的每一个分裂都得到许可。同时,这些过程--蛋白质和聚合核酸合成速率的增加--增加了对能量和ATP生成速率的需求。此外,通过提供这些过程的路径的通量往往需要氧化和还原形式的NAD(P)之间的相互转换。+和NAD(P)H在每个亚细胞室(如胞浆和线粒体)。因此,每一阶段的挑战是调整这些路径中的通量,以便使用诸如葡萄糖、氨基酸和脂肪酸等最受欢迎的构建块(图1)。2)在维持可容忍的氧化还原比率和ATP和GTP池的同时满足生长需要。目前在体内对这些过程进行量化的能力有限,因此在体外进行分析是必要的,但也有潜在的误导性。

图2
figure2

通过与下游过程相关的中间代谢途径吸收和利用养分。文本正文中详细讨论的项的简化架构。B系细胞所在和通过的细胞外Milieux在图的上半部分可能因关键成分的浓度不同而不同,其中包括葡萄糖、谷氨酰胺、必需氨基酸(eaaS,即不能在B细胞中合成的氨基酸)和脂肪酸(短链和长链,即SCFAs和LCFA)。图中省略了用于进口(在某些情况下是出口)的不同转运体的多重性,但正如文中所指出的,葡萄糖可能通过至少三个不同的分子,它们的比例可能因B系细胞类型不同而不同,而谷氨酰胺则有四种不同的途径。除谷氨酰胺外,还可向线粒体和Krebs(TCA)循环提供多种氨基酸。葡萄糖-6-磷酸葡萄糖(G-6-P)与线粒体丙酮酸通道(MPC)在葡萄糖-6-磷酸葡萄糖-6-磷酸酶(G-6-P)处的糖酵解和戊糖-磷酸途径之间的分支点与线粒体丙酮酸通道(MPC)一起作为丙酮酸进入和转化为乙酰辅酶A(ac-CoA)的一种途径,但在以丙酮酸的形式终止糖酵解之前,代谢物的附加转移可能是可能的。蛋白质、核苷酸和磷脂合成的适当平衡是克隆扩张、效应细胞分化和分泌糖基抗体分子等功能所必需的,所有这些都需要能量(ATP)。

生物合成信号和底物

朴素B细胞维持一个生存计划,需要从它们的BCRs和刺激B细胞激活因子(BAFF-R)的受体(BAFF-R)中获得信号。1,2,3])。通过BCRs、协受体和/或TLRs进行有丝分裂刺激后(见[2, 3),它们通过糖酵解和葡萄糖氧化(即通过使用糖酵解产生的丙酮酸喂食Krebs循环)大大增加葡萄糖的摄取和产生能量。67,68,69,70,71])。在体外,使用含氚棕榈酸盐的粮农组织也检测到静息的B细胞;与葡萄糖使用不同,这一过程似乎与IL-4无关[70]。启动信号以维持代谢相关的适应度是bcr连接蛋白酪氨酸激酶Syk的一个预期功能。72, 73]并已过审查[74]。除了这一途径之外,新的工作提供了一种新的独立于Syk的方法的证据,通过这种方法,bcr复合物在内质网(ER)中被感觉到,然后向线粒体发出信号。75]。然而,从“代谢通量”(即海马)判断,静止的幼稚B细胞呼吸频率相对较低,乳酸排泄较少。76),以及数据在.中.77,78,79])。有趣的是,在BCR交联90分钟后,用抗-IgM或TLR 9刺激观察到了非常温和但在统计学上显著增加的呼吸,同时防止了已经很低的ECAR的下降[76]。维持适当的糖酵解率和氧化葡萄糖代谢率对正常的幼稚B细胞存活是必不可少的,因为消除vonHippel-Lindau蛋白可以稳定低氧诱导的转录因子HIF-1加速凋亡,减少成熟B细胞的数量[80, 81]。这一损失似乎取决于代谢途径的不平衡,这导致了过量的亲死亡bh3纯蛋白bim[81]和激活caspase 8[80]。相反,有证据表明,bcr交联引起的呼吸和线粒体功能的最初增加需要在第一天维持来自CD 40或TLR 9的共刺激信号。76].

人们可以推测,蛋白质的转化率(新的蛋白质合成需要能量)很低,而且自噬可以减少合成新的磷脂质量的需要。对必需自噬基因产物的要求ATG 5对于正常的B1A和B2细胞数将与此模型一致[82]。然而,存在不同的发现:ATG 5ATG 7,另一个关键的基因,有不同的CRE驱动,据报道减少了B1A,但不是传统的B2 B细胞数量([83, 84];在[85, 86])。综上所述,本文认为B1 B细胞的发育或维持比B2系更依赖于自噬。

活化的B细胞可以导入外源核酸前体,这是通过体内掺入诸如溴脱氧尿苷等化合物和亲戚如EDU(例如,[51])。此外,葡萄糖的摄取也大幅增加,直接和严格测量[67,68,69,70,71]或使用体积庞大的氟化类似物,2-NBDG[77, 87]。后者促进了基于生命内摄取和细胞标记的估计,但最近的证据表明,2-NBDG的摄取可能与葡萄糖的摄取大不相同[88, 89]。一位研究初级B细胞代谢的先驱报告了两项重要的观察[67]。首先,B细胞激活引起的葡萄糖摄取和利用增加,导致葡萄糖通过氧化戊糖磷酸途径(PPP)大量使用,此外还有糖酵解转化为丙酮酸[67]。第二,而不是一个静态的过程,分流到PPP和通过糖酵解过程之间的数量平衡在最初的几天里随着时间的推移发生了变化。公私伙伴关系的主要职能包括协助维持NADP/NADPH比值,并生成新的核苷酸和脂质合成前体。TLR 4激活的原代B细胞大量掺入[14C]-葡萄糖转化成各种脂类,并显示ATP-柠檬酸裂解酶的能力减弱,在体外分化减弱[90],这与葡萄糖作为膜磷脂有意义的来源的一致性是一致的,但强调碳从葡萄糖流向乙酰辅酶A并进入磷脂。

最近的一项稳定同位素代谢分析提供了证据,表明大多数葡萄糖被转入氧化购买力平价,而不是用于抗CD 40和IL-4产生的B细胞细胞的糖酵解,但没有BAFF。91]。葡萄糖碳在活化后早期被追踪到核糖核酸。此外,在质谱中检测到一种致脂前体,表明克隆扩张过程中葡萄糖来源的脂肪发生,可能涉及ppp。总之,葡萄糖可能通过购买力平价和糖酵解产生乙酰辅酶A对膜生物发生有很大的贡献。部分贡献--可能随着激活后的时间或不同的有丝分裂刺激方式而变化[67]--不太清楚。同样,不同的产生方式(PPP)或获取核苷的方式在多大程度上对加倍过程中所需的RNA和DNA质量的贡献还不清楚。最后,有证据表明BAFF-R(基质源性细胞因子baff的受体)的表达水平或刺激之间存在机制联系,葡萄糖摄取能力,以及B细胞的耐受性和激活之间的平衡[71, 92]强调在没有BAFF的情况下培养细胞的潜在缺陷。

淋巴母细胞增加蛋白质质量,为加倍做好准备。在此,定量数据的相对匮乏也是值得注意的。B淋巴母细胞(LPS+BAFF)对亮氨酸的摄取明显高于静息B细胞[78]和谷氨酰胺的类似增加(CHO SH,未发表的意见)。在这项工作中,重点研究了有限的氨基酸(亮氨酸、谷氨酰胺、精氨酸和赖氨酸)在细胞内稳态浓度的内流,以及mTORC 1复合物mTORC 1(MTORC 1)机制靶标的持续活性的支持。限制或剥夺细胞外谷氨酰胺的实验表明,这种条件必需的氨基酸支持B细胞激活诱导的增殖[91, 93, 94]。重要的是艾达在一些研究中,gcb样和pc样表型特征的mrna、ig类转换和pc样表型特征的获取以一种与分裂相关的过程分离的方式减少了[78, 79, 91, 93,94,95]。MTORC 1活性也通过降低所有细胞外氨基酸的浓度而降低[95]。在谷氨酰胺或A.A作用下,mTORC 1必需的猛禽亚基B细胞的半倍体缺陷使B淋巴细胞分化的大部分方面发生了变化。剥夺[78, 79, 95]。由于mTORC 1磷酸化在ULK 1上失活残基,从而抑制典型的自噬,激活和增殖的B细胞具有较高的mTORC 1活性,有望抑制这种蛋白和细胞器的周转机制。然而,利用LC3-GFP斑点成像对典型自噬现象的半定量评估表明,这一过程在散装FO和GC B细胞中的作用水平相似。77]。安培活化激酶(AMPK)催化ULK 1上激活残基的磷酸化是典型自噬的驱动因子.增加非典型自噬机制的能力,随着养分吸收和细胞快速分裂的大量增加,可能绕过了规范过程的需要。因此,该模型可以解释两个ATG 7在B细胞中编码优势基因ampkα1的基因对B细胞增殖和免疫后抗原(硝基酚(NP))特异性细胞频率的增加是可有可无的。83, 96].

能量学

由于代谢物通量取决于养分的供给和吸收以及生物合成的需要,能量学的真正本质及其调控甚至比Boehringer路径图中的“意大利面-克”更为复杂。在某种程度上是出于这个原因,注意-这里和传统上的注意(例如,[2)-已经给出了三条产生ATP的主要管道。2)。(1)糖酵解对葡萄糖的利用,或与krebs循环中的葡萄糖氧化或有氧糖酵解结合;(Ii)谷氨酰胺与α-酮戊二酸盐(αkg,又称2-oxoglutarate或2OG)之间的转化为krebs循环[97, 98];和(Iii)粮农组织[98, 99]。然而,依赖于从外部环境中摄取的能量--例如进口乳酸或氨基葡萄糖,如丙氨酸和天冬氨酸及其转化为丙酮酸--仍然是特定亚基或某些Milieux中的一种形式上的可能性。

  1. (A)

    葡萄糖在3.5-5.5mm(葡萄糖转运体GLUT 4的Km处,GLUT 1低于GLUT 1,GLUT 3高于GLUT 3,GLUT 1低于GLUT 1,GLUT 3高于GLUT 3[100])。开创性工作[67],得到其他人的确认[68,69,70,71],有丝分裂刺激B细胞后葡萄糖摄取显著增加(BCR与抗IgM交联;TLR 4与LPS刺激;CD 40交联)。从这些研究中又发现了一点:糖酵解与葡萄糖氧化的耦合(即丙酮酸转化为乙酰辅酶A)在B细胞中比在T淋巴细胞上更有效。70, 71]。因此,虽然出现了一些乳酸分泌的增加,但糖酵解的增加幅度大大超过了乳酸的分泌。70, 71]。用2-NBDG进行生命内标记显示II型T不依赖刺激带有NP偏向的预免疫系统的转基因B细胞后荧光显著增加[87]。GC B细胞是一种特殊类型的B细胞,虽然与命运和细胞周期状态有关,但其周期(S期)细胞的总体流行率类似于体外培养的B细胞。用2-NBDG对这些细胞进行生命内标记,可重复地发现大约是其幼稚细胞的两倍[78, 87, 101]。(将摄取量正常化至假定的细胞大小的概念]87]这意味着没有增加,只是评论说,这类似于认为大型SUV的气体消耗或碳排放相当于小型SUV重量或大小的一半。另一个不同而重要的问题是,定量计算B系不同细胞状态下,甚至是GC B细胞的亚型中ATP生成的相对需求。)根据已发表的工作,放射性标记的2-脱氧葡萄糖(2DG)的摄取(例如,3H-或18(f-2dg)与体积庞大的模拟物2-NBDG[88, 89],分析3需要H-2DG。


  2. (B)

    谷氨酰胺在血浆中以0.5至0.7毫米的速度循环,其范围略低于公里以下,以供淋巴细胞摄取[102]。在其细胞内的命运中,这种氨基酸流经一条燃料线,通过谷氨酰胺水解转化为谷氨酸,其中一些物质供给产生αkg[103, 104]。在这一间变性过程中,αKG进入Krebs循环以氧化生成ATP。替代品可包括转移到丙酮酸或潜在的转移柠檬酸为乙酰辅酶A,可用于脂肪生成。肿瘤细胞和T细胞利用谷氨酰胺来满足能源需求是很有根据的。104,105,106]),但很少有已发表的研究对此途径的相对使用或葡萄糖使用与谷氨酰胺在正常B细胞中的使用之间的平衡进行了探讨。谷氨酰胺的大量消耗可能会对此作出重大贡献。87, 107, 108]:在一项研究中,在Concanavalin A淋巴母细胞(CD4和CD8 T细胞)中,只有~30%的谷氨酰胺碳进入TCA周期,但这些激活的淋巴细胞在摩尔条件下消耗的谷氨酰胺是葡萄糖的四倍以上,使谷氨酰胺在能量学中与葡萄糖相当[97].

    B细胞在糖酵解应激试验中表现出较高的基础呼吸能力。71, 77, 78, 87, 96, 101])。将糖酵解与线粒体压力测试结果进行比较也是有指导意义的(Brookens S,未发表的观察结果)。前者以含有谷氨酰胺的无葡萄糖和无脂肪酸培养基开始,而后者有葡萄糖和丙酮酸存在。在不含葡萄糖、丙酮酸、血清、BSA和脂肪酸的情况下,活化B细胞的基础氧耗(呼吸)甚至培养基酸化(过度简化为乳酸排泄)。这方面的一个挑战是,粘合剂的浓度和性质(细胞-Tak与聚-D-赖氨酸)对Seahors数据输出有重大影响(雷巴克AL,Boothby M,未发表的观测结果)。此外,代谢途径中通量的一个基本方面是某一特定养分或途径的使用程度的条件性质。结果在很大程度上取决于分析条件。98, 103]这反过来又与体内间质的情况不同。尽管存在这些担忧,但谷氨酰胺分解很可能对B淋巴母细胞产生能量有很大贡献。这种功能可能是增殖和分化的一部分,也可能是依赖于体外有丝分裂刺激B细胞环境中足够浓度或质量的谷氨酰胺。


  3. (C)

    脂肪酸氧化是另一种能源。血清中脂肪酸的浓度在人群中的变化要大得多(在健康成年人的抽样中,差异是10到30倍)。109与氨基酸和葡萄糖相比,氨基酸和葡萄糖即使有双重差异也是病态的。长链脂肪酸与白蛋白等血清蛋白结合,为淋巴器官和B细胞提供间质。最近的一项工作是利用NP-ReactiveB1-8i,Vκ-/-B细胞转移到B细胞不能结合半抗原的小鼠体内,对T不依赖T的B细胞激活或用半抗原蛋白免疫后的B细胞进行诱导。87]。这项工作提供的证据表明,在海马分析中,活化的B细胞所产生的很大一部分呼吸对FAO的化学抑制剂很敏感,这些抑制剂可能涉及牛血清白蛋白中的脂肪酸。对于静息(朴素)B细胞,约60%的呼吸对依托莫司敏感,而etomoxir通常用于抑制线粒体FAO。此外,在T不依赖免疫激活的B细胞中发现过氧化物酶体蛋白PMP 70的水平显著增加,并且这种细胞器向FAO指出了噻嗪对呼吸的化学抑制作用。与荧光载体标记的棕榈酸盐和13C-棕榈酸盐示踪结果表明,粮农组织对这些活化B细胞的能量需求有很大贡献。


ROS,氧化还原和信号下游的营养和能量感应途径

电子传递链(ETC)本质上产生活性氧(ROS),因此通过TCA循环增加的通量和较高的呼吸强度突出了ROS在调节B细胞活化后决定的潜在功能。综合文献强调了需要更好和更定量的工具,同时也强调了划分的重要性(例如,胞浆与线粒体)。线粒体(或过氧化物酶体)以外的净产生和影响既取决于生成速度--例如电子运输复合物I和III--而且取决于解决ROS的能力。后一步与葡萄糖和谷氨酰胺代谢交叉,因为谷氨酸对谷胱甘肽合成至关重要,而且氧化购买力平价产生NADPH以减少氧化的谷胱甘肽。活性氧可以抑制PTEN的活性,PTEN是一种脂质磷酸酶,通过脂激酶磷脂酰肌醇3激酶(PI3K)降低PIP 3的稳态水平。因此,人们推测bcr诱导的ROS生成能提高PI3K通路下游信号酶的活性。110].

有几篇论文提供了支持这一模型的证据,但也强调了bcr交联至少在两个机械不同的阶段导致持续的ROS[111, 112]。在最初的几个小时内,bcr刺激引起的ROS生成和水平的增加似乎是由NADP氧化酶复合物的蛋白质介导的,例如,NOX 2(或DUOX 2在一篇关于TCR诱导的ROS的论文中)[112, 113]。这一初始阶段似乎增加了线粒体呼吸,从而维持增加的PIP 3或减轻蛋白酪氨酸磷酸酶SHP-1的活性。如[112],相互矛盾的结果表明ROS反而可以降低B细胞的活化和抗体反应。114, 115]。细胞实验结果报告bcr诱导的ROS生成与钙信号通路之间的相互作用。116]突出说明由于目标分子的光谱而可能产生的复杂性(例如,所有含有活性半胱氨酸的分子都可能被ROS修饰)。与此相一致的是,B细胞活化引起的ROS抑制蛋白酪氨酸磷酸酶SHP-1,这在幅度和时间上限制了bcr和其他类型信号的强度。111]。有一种体外实验证据表明,调节线粒体相对质量和活性氧生成率可能影响分化结果的平衡[117]。对活化B细胞的分析提供了另一种证据,证明由包括线粒体ROS在内的流式细胞术特性所确定的不同亚群[118]。值得注意的是,据报道,这些差异具有两个预测值,即屈服开关的可能性(IgG 1)之间的反比关系。+)B细胞或浆细胞及其对血红素生物合成酶活性的影响[118].

其他生物环境中的例子表明,信号酶中活性半胱氨酸的调节可能涉及比这里提到的更多的靶点[119]。值得注意的是,抗氧化损伤的保护方式可能会影响B细胞反应的不同分支,从而导致抗体。B2 B细胞的需求与B1或MZ B细胞的要求不同[120],相同的功能缺失突变对T细胞有更明显的非冗余效应。121]。因此,谷胱甘肽过氧化物酶相关的发现强调了细胞的类型和阶段特异性,这可能是由于FO B细胞和PC的谷胱甘肽和硫氧还蛋白系统的冗余增加所致。122, 123])。实现谷氨酰胺依赖性合成谷胱甘肽的能力在多大程度上调节活化B细胞的进展--类似于T细胞[124, 125]--或者通过PPP活性恢复其减少的状态,是阐明B系代谢调节的重要问题。

如上所述,BCR刺激所致PI3K的激活可能部分是由ROS的作用维持的,B细胞通过CD 40、TLR和其他受体共同刺激而增强和延长PI3K的激活。1, 2])。PI3K下游的两个主要信号复合物具有丝氨酸-苏氨酸激酶mTOR、mTORC 1和mTORC 2。雷帕霉素处理淋巴细胞对这两种复合物的抑制作用比mTORC 1(分钟)慢,但对mTORC 2(小时)的抑制较慢[126,127,128]。MTORC 1和mTORC 2的抑制以及它们的普遍存在,在筛选出它们各自对抗体反应或浆细胞的贡献时,也会引起警惕,在不可逆失活后的次级效应和适应问题上,它们的活性可能在从幼稚B细胞到抗体分泌细胞的过程中随着时间的推移而变化。此外,还需进一步谨慎,因为尽管mTORC 1和mTORC 2是PIP 3启动的信号的主要(但不是唯一的)效应,但一些改变PI3K的结果似乎与mTOR相反(下文将讨论)。129,130,131,132])。诱导缺失里克特,编码mTORC 2的一个基本亚基,导致B细胞增殖的严重缺陷,这是由于细胞周期减少和生存信号减少[133]。Bcr刺激缺乏Rictor的B细胞后,bcl 2基因超家族(如bm)的促凋亡bh3基因成员的表达增加,并导致正常诱导存活基因表达失败(MCL 1; Bcl2l1) [133, 134]。然而,与mTORC 1失活后不同的是,对Ig类切换没有明显的影响。最近的工作CD 19CRE驱动的信号复合物SIN 1亚基的缺失证实了mTORC 2在增殖和抗体反应中的要求[135]。SIN 1缺失的B细胞在静息状态和抗IgM状态下表现出较低的呼吸和细胞外酸化,c-Myc蛋白的稳态水平也较低。这些发现表明,与其他细胞类型一样,mTORC 2影响B细胞的中间代谢。

与mTORC 2相似,mTORC 1支持B细胞增殖[78, 79, 94, 136]。这种功能与一般认为mTORC 1是协同增强合成代谢的观点是一致的。无论mTORC 1在B细胞体内的精确分子功能,在数据上至少有一个未解决的差异。在某些情况下,干扰不会导致B细胞活化或抗体分泌的整体或泛型缺陷:免疫诱导抗原特异性IgM在B细胞特异性中的浓度。雷普特Δ/Δ小鼠和雷帕霉素治疗组小鼠均高于对照组[78, 79, 137]。另一种情况是,抗原特异性IgM下降和抗体分泌缺陷已被注意到[138, 139]。据报道,营养调节复合物可介导AID的高表达,AID是影响类转换重组和SHM的酶。78, 79, 94]。这种对AID的影响表现在体内和体外的开关减少[78, 79, 94,而在抗NP反应中,体细胞突变的频率较低[79]。一个值得注意的明显难题与类切换中的PI3K和mTORC 1有关。对PI3K活性增加的分析(要么通过功能增益突变,要么通过从B细胞中消除pten)以及对p 110δ催化异构体的选择性化学抑制已经表明,总体而言,PI3K倾向于抑制Ig类的切换。129,130,131,132]。虽然这种差异的机制尚未完全解决,但在一项研究中,AKT的抑制完全逆转了PI3K驱动的开关抑制[131]。因此,AKT的过度功能--主要由PIP 3依赖的T 308磷酸化激活,独立于mTORC 1起作用,仅受mTORC 2的调节--很可能主导mTORC 1作为开关调节因子。

在进一步的分析中,在体外激活的B细胞中需要有mTORC 1的活性,才能使葡萄糖刺激的细胞外酸化最大化(语义上简化为“糖酵解”,尽管葡萄糖刺激的细胞外酸化可能与实际的糖酵解速率有很大的不同)。此外,2DG对糖酵解的抑制作用减弱。艾达基因表达和AID蛋白水平[79]。体外对糖酵解通量的干扰也减弱了对细胞的诱导作用。IRF 4BCL 6基因表达79],暗示葡萄糖通量可能调节浆细胞分化。虽然这些发现表明糖酵解通量调节基因表达,但介导这种作用的特定分子仍有待确定。除了ROS帮助维持mTORC 1活性升高的机制外,该复合物还可能参与一个正反馈环,在这个环中,它增加了氨基酸转运体(如LAT 1)的mRNA水平。Slc7a5)和ASCT 2(Slc1a5) [78, 79],分别介导亮氨酸和谷氨酰胺的进入。最后,虽然功能完全丧失的突变可以提供信息,但它们往往比动态调控的生理范围更极端。在这方面,在猛禽单倍缺乏的背景下,B细胞增殖减少和转到IgG2c的结果表明,复合物的活性在A.A的调控范围内。缺乏或缺氧[78, 79在生理上是相关的。

另一个有文献记载的mTORC 1功能是促进mRNA翻译效率,包括在B细胞个体发育过程中。140,141,142]。与此相一致的是,仔细的滴定可以确定mTORC 1抑制减少了mTORC 1的翻译的机制。艾达通过mTORC 1磷酸化eIF 4结合蛋白(4 EBP-1)和真核(翻译)起始因子(EIF)4e,将mRNA转化为B细胞的AID蛋白。94]。最近一项关于B细胞的研究报告称,硬脂酸辅酶是催化去饱和生成单不饱和脂肪酸(MUFAs)的生物合成途径的一个组成部分,是mTORC 1的下游。143]。在B细胞快速增殖过程中,MUFA的供应是必不可少的,但在B细胞内缺乏合成的情况下,从间质间隙摄取和利用这些大分子似乎是足够的。这项工作提供了直接的证据,脂肪酸吸收到B淋巴母细胞和一个基本的需要吸收这种营养。

高度保守的AMP激活的丝氨酸-苏氨酸激酶AMPK与mTORC 1对合成代谢的一般促进作用相反。AMPK通过在能量紧张的条件下,如营养有限的环境中促进分解代谢途径来维持细胞的能量平衡[144,例如B细胞在体外的葡萄糖限制[96]。在众多靶点中,AMPK催化了几个降低mTORC 1活性的蛋白磷酸化事件。145],例如TSC 2抑癌基因和核心mTORC 1亚基猛禽(Raptor)的磷酸化。在B细胞中,常规碱性磷酸酶的一个亚型ampkα1从本质上解释了被分析的底物蛋白质的所有可检测到的修饰,例如抑制乙酰辅酶的磷酸化,这是脂肪酸生物合成的核心酶。145, 146])。此外,在AMPK缺乏的B细胞中,mTORC 1的活性也有明显的提高。96]。在令人感兴趣的发现中,ampk对于诱导B细胞活化标记物以及在原代GCs中形成稳定状态的B细胞群体都是可有可无的。96, 147, 148];在[149])。虽然p-ampkα1T 172表达随激活而增加[148],在激活和增殖过程中,代谢途径可能支配着B细胞的代谢。有趣的是,p-ampkα1的动力学T 172活化后的表达与活化B细胞生物量积累的减速平行,表明p-ampkα1T 172可能通过抑制mTORC 1和其他合成底物在活化过程中的负调节而抑制无限细胞的生长[148].

决定,决定-激活后的B细胞

正如“导言和概述”一节所概述的那样,活化的B细胞及其后代可以各自采用几种可能的命运之一。其中一些州代表着不可撤销的“决定”或“选择”,最严重的缺失或死亡,但也决定作为一个完全致力于抗体分泌的浆细胞。MZB细胞可以快速地向B细胞卵泡穿梭。除死亡外,活化的B细胞可恢复记忆B细胞的静止状态,直接进入浆细胞-浆细胞途径,或参与次级卵泡的GC反应。一旦进入GC,移民及其后代再次被划分在命运之间--死亡、在记忆池中的静止生存、在GC中继续循环,或进展到浆细胞/浆细胞状态。一个关键问题是阐明营养供应和中间代谢规划对这些结果的影响。与此相对应的一个问题是,在显微解剖的不同部分,特别是在免疫挑战后的正常生理过程中,有关营养变化或营养供应充足的数据极其缺乏。

信号传递和营养敏感机制

活化的B2 B细胞的命运选择之一是“是GC还是PC”;蛋白质抗原-bcr相互作用的亲和力是决定这一选择的主要因素之一。30, 58];在[29, 32])。最近的工作提供了证据,表明亲和力和亲和力也将B细胞划分为早期记忆命运与留在GC中的B细胞[55, 56](图1.3)。Bcr对抗原的亲和力与帮助(例如CD40L和细胞因子(如IL-4和IL-21)的激发作用交织在一起,作为B细胞捕获、内化、处理和呈现MHC-Ⅱ分子上的辅助特异性表位(见[综述])。33, 34])。相互作用的亲和力和持续时间是否以及如何导致代谢规划或功能的差异尚不清楚。在克隆T细胞和改变肽配体的基础工作中,抗原-TCR相互作用影响细胞外酸化率[150]。细胞外信号调节激酶(ERKs)可能根据肽-mhc复合物以不同强度发出信号。151,152,153,154]并能改变T细胞对葡萄糖、糖酵解和谷氨酰胺的摄取和代谢[155, 156]。因此,ERK活性可能不仅调节T细胞分化为不同的效应细胞亚群,而且调节对CD4和CD8 T细胞的分化和功能至关重要的代谢程序。105]。与ERK滴定改变B细胞生理和分化的潜力相一致,baff-R和bcr都刺激了这种MAP激酶,该激酶反过来调节人和小鼠B细胞向分泌抗体的浆细胞状态的进展。157,158,159,160,161,162]。此外,二酰基甘油激酶催化二酰甘油转化为磷脂酸的干扰,提高了免疫后对IgM交联的敏感性、ERK活化幅度和抗体分泌细胞的生成[163]。此外,ERK信号还能促进Blimp 1的表达和PC的形成。160, 162]。总的来说,这些论文提出了一个类似于CD4研究结果的模型。+T细胞[153]ERK活性的定量方面可以指导子代B细胞在不同命运中的分布。Bcr转基因系统可以解决B细胞的这些问题,但我们还不知道有论文直接测试了一种模型,在这种模型中,ERK的数量增加会驱动下游较高亲和力的Ag-bcr结合,从而将B细胞推向PC命运(图1)。3).

另一个问题涉及肿瘤坏死因子(TNF)和肿瘤坏死因子受体(TNF)超家族对BAFF(BLyS)和BAFF-R,它们是B细胞激活潜能和存活的关键调节因子。据报道,这对细胞可诱导ERK、mTORC 1、PKC-β和AKT,并通过至少涉及后两种信号激酶的机制促进B细胞的糖酵解代谢。92, 159, 161]。本文除了强调BAFF/BAFF-R整合到体外分析中的重要性外,还提示BAFF诱导的ERK可能对ERK的体内功能和代谢通量有一定的促进作用。3。BAFF在B细胞体外培养中的包含或遗漏可能与评估不同组间使用不同方法的数据之间的某些定量或定性差异有关。尽管如此,大多数研究人员和论文似乎并未将重组BAFF与有丝分裂信号结合使用。

图3
figure3

BCR亲和力、选择信号和B细胞命运选择的关系和潜在联系概述。如主要文献所述,幼稚B细胞在激活后流入记忆池,稳定参与生发中心反应,或直接经历卵泡外分化至浆细胞命运的可能性,受抗原的bcr亲和力(或亲和力)的影响(由其下方的三角形和指示箭头指示)。GC B细胞也贡献了整体的记忆池,一般是在某种程度的亲和力成熟之后(在这幅漫画中没有捕捉到)。ERK和mTORC 1活性与信号传递的关系尚未完全建立或解决,例如,高mTORC 1活性促进了GC B细胞间的PC分化。然而,正如案文中所讨论的,ERK和mTORC 1细胞似乎倾向于向PC方向发展,但BCR与低亲和力配体(抗原)的结合是否会引起ERK或mTORC 1活性的升高尚不清楚。对于内存池来说,它将趋向于更多的体突变和选择bcr配置,记忆细胞激活将有利于pc在bach 2之间的分化。罗氏但一些激活的记忆细胞确实进入了一种新的GC反应,从而产生新的mbcs和ascs。

一些循环B淋巴母细胞与同源辅助性T细胞有效协作,进入次级卵泡,即免疫后3.5天左右开始形成的GCs。这一“选择”是一个重要的选择,但研究这一步骤的工具的局限性意味着,分析任何与营养、营养传感器系统或新陈代谢的潜在联系目前是不可行的。对GCs进行评分或使用半抗原NP进行抗原特异性GC B细胞的研究发现,GCs不受AMPK缺乏的影响。96, 147, 148]。此外,在筛选亲和力成熟的过程中没有发现任何缺陷。96, 148]-GC反应放大的过程,虽然不是绝对依赖于它们[43, 164]。这些发现表明,尽管B细胞可能在争夺有限的营养以支持平均GC对它们的需求,但它们通常可以避免任何长期的能量压力,表现为AMP的增加。91, 96]。这些发现提出了一些未得到回答但却很有趣的问题,涉及增加的mTORC 1对全球气候变化及其产出的影响的数量特征。MTORC 1的过度激活,无论是AMPK的丢失,还是结节性硬化复合物1(TSC 1)蛋白的丢失,都不影响GC的形成。91, 96, 148, 165];在[149])。另外,通过TSC 1消除或参与mTORC 1激活的gtp酶突变体(一种参与mTORC 1激活的gtp酶)过度激活mTORC 1信号,可导致GC B细胞在暗区(DZ)滞留,并破坏亲和力的成熟[136]。MTORC 1信号强度对分化有影响。可能是由于机械上不同于增加的mTORC 1的原因,B细胞缺乏AMPK导致了记忆表型B细胞的初始增加[96,而mTORC 1活性相对较低的GC B细胞倾向于记忆B细胞的命运[54]。综上所述,这些发现表明mtRc 1被调整到一个最佳的活动水平,因此在一个水平上(ampkα1的丢失),gc没有增加,而gc适应度和输出在更高的水平上减少,而TSC 1或功能增益的raga突变(可能影响B细胞的发育)。MTORC 1数据与最近的工作相吻合的可能性表明,GC衍生的记忆B细胞的来源是一个与抗原亲和力或亲和力较低的bcr的前免疫池,但与ERK一样,它将需要测试。这种综合提供了一个模型,并且无法提供量化mTORC 1活性增加的综合工作。

雷帕霉素治疗可显著减少小鼠研究中GCs的数量[137, 138](上文“Ros、氧化还原和信号下游的营养和能量感应通路”),但对这些结果的解释由于药物的影响以及tfh细胞对mTORC 1和mTORC 2的要求而变得复杂[127, 128, 166, 167]。采用急性药物抑制方法将B细胞转移到雷帕霉素不敏感的mTOR突变体构建的小鼠细胞系,证明mTOR对胃癌B细胞在光和DZS之间的穿梭和分配至关重要。136],但这对血浆细胞和抗体输出的影响尚未确定。并行工作使用的遗传方法涉及到猛禽编码基因的条件失活。雷普特结果发现,mTORC 1的缺乏导致胃癌B细胞大量减少,这些细胞在NP特异性群体中特别明显,并降低了SHM和高亲和力IgG 1(分别降至~0.5×和~0.05×正常水平)[79]。虽然它还没有被目前最强大的测试gc限制的mtrc 1功能损失的方法所证实(例如,使用S1PR2-CreERT 2基因的GC-限制性失活等位基因[53,54,55, 168]),迄今为止的证据表明,这个信号节点调节GC中的动态和输出。

MTORC 1的活性受PI3K的调节,但也是通过抑制因子的逆转来调节的,当细胞感觉到关键营养物质的充足性时,这些营养物质就会产生合成代谢计划(169,170,171,172,173];在[174, 175])。许多细胞表面受体--包括同源Tfh细胞刺激的bcr和CD 40--可以启动PI3K信号,协同抑制受体可能部分通过抑制这一蛋白通路发挥作用。因此,根据目前的证据,很难确定地将活动的某些方面或阶段与这些受体中的一种或另一种联系起来。也就是说,原癌基因c-myc基因蛋白c-myc的荧光载体编码等位基因的表达,协调了B淋巴瘤和原发性T细胞对葡萄糖和谷氨酰胺的摄取和利用。107, 176, 177,已与PI3K连接,但被发现是短暂的,仅限于GC B细胞的一部分[178, 179]。对单个细胞的分析表明,P-ERK、P-pc-γ和一种特别标志B细胞最近受到bcr刺激的磷酸化蛋白(P-BLNK)随着c-myc的增加,趋向于同时出现在GcB细胞中。101]。MTORC 1可以通过增强c-Myc的翻译来介导c-Myc的诱导[140,141,142与BCL 6一样,它可以与mRNA水平脱钩。MTORC 1下游的S6激酶介导的这种调节功能可能导致人们期望Myc中S6磷酸化增加。+/胃癌B细胞的数量。相反,这些性状(P-S6)对c-Myc)除了在某些IgG 1中有很高的一致性外,更多的是不重叠的。+胃癌B细胞[101]。IgM与IgG 1 bcr诱导信号转导的差异180,181,182]可能会解释这些发现,但需要通过具有挑战性的实验来验证这一推测模型。同样的,一些P-S6的分离对Myc除gc B细胞增殖外,转录因子ap4的表达是c-myc-,然后是IL-21-依赖性,这可能是由于转录因子AP4具有维持代谢程序的能力。183]。无论如何,通过应用强大的单细胞(磷)蛋白质评分方法获得的这些发现表明,对于gcb细胞的程序设计有一个关键的考虑因素:这些细胞是多样化和动态的,因此应该避免单一的解释[184,185,186].

大多数GC B细胞注定要死亡,并且可能与那些被积极选择的细胞有不同的特性。GC的分割产生一组增殖的DZB细胞,获得AID介导的突变许可,因此受到p53的诱导。52影响细胞代谢[187, 188]。相反,搬到LZ的DZ幸存者被认为在细胞周期中被逮捕([51, 136];在[33, 34]并能够成功地争取新的帮助投入(例如CD40L),以恢复增殖性的人口增长。此外,给定的GC将包含B细胞的混合物,这些B细胞将继续重复DZ-LZ穿梭,或者继续作为记忆B细胞或血浆细胞走向静止[53, 54, 58]。然而,目前的数据支持转录因子的功能,如c-Myc,可能是mTOR的下游,c-Myc下游的AP4,以及FoxO 1。可能是PI3K下游FoxO 1的参与[189, 190,这意味着mTORC 2的活动-这似乎是GC组织所必需的[133, 135]-介导脂激酶PI3K与转录因子之间的信号传导。

除FoxO 1外,GSK 3是mTORC2的另一个可靠靶点,它对GSK 3的调节性S9残基具有抑制性磷酸作用。在一项涉及磷蛋白多参数研究的研究中,P-GSK 3(S9)的一个主要子集。细胞与具有最强信号的细胞重叠,这提供了最近bcr参与的证据[101]。需要注意的是,实现双重失活的不同方法Gsk3aGsk3b基因(即使用Cγ1-cre或他莫昔芬激活的B细胞特异性Creer)已发现GC B细胞数量减少[101, 191]。虽然这些数据表明GSK 3是GC的一个关键贡献者,但mTORC2与GSK 3失活后获得的数据之间的差异增加了除PI3K以外GSK 3的输入--例如来自WNT通路的输入[192]-是一个比PI3K信号更重要的生理因素。另一个明显的矛盾现象是,有证据表明T细胞中mcl-1的gsk 3β磷酸化破坏了该抗凋亡bcl 2家族成员[193, 194,考虑到Mcl-1在胃癌B细胞中的重要作用[195],由于谷胱甘肽3缺乏的胃癌B细胞预计会增加Mcl-1的水平。对GSK 3失活的研究表明,GSK 3失活对GGC B细胞的命运潜能有着重要的指导作用。

一个“二进制选择”是GC中的内存和延续。最近的研究表明,基于bcr对抗原的亲和力,记忆与GC延续之间存在分歧。55, 56]。在一次迭代中,原始的生殖细胞编码受体之间有一个根本的区别,导致每一次命运,因此记忆命中注定的gcb细胞开始时比那些坚持lz/dz循环的细胞具有更低的bcr亲和力和对抗原的亲和力[55]。此外,这种亲和力的决定论似乎能区分那些将成为浆细胞的细胞,恢复DZ中的增殖,或以记忆细胞的形式走向静止[56]。这增加了沿PI3K或mTORC 1通路的信号强度或活性可能降低的可能性,尚待证实。与这一模型可能一致的是,据报道,记忆前驱物降低了mTORC 1的活性[54]。然而,在上面提到的工作中,增加的mTORC 1增强了记忆表型B细胞的初始输出[96]。这可能需要条形码的方法来梳理多少给定的表型亚群的GC B细胞从一个集bcr亲和力的单一前体。此外,很难量化mTOR复合物的活动和局部化的确切增减程度,这对解决关于mTORC 1和GC或其产出之间关系的论文之间的差异提出了重大挑战。149]而对于T细胞[196])。限制稀释分析以近似于单个幼稚B细胞的命运势,强调有一系列的选择影响但不是严格由bcr亲和力决定的,因此许多B细胞可以假定任何一个潜在的命运。197]。因此,目前,GC中的单个低/中亲和B细胞仍有可能成为记忆B,或者在一轮增殖和SHM之后产生浆细胞。然而,从单细胞转录和bcr突变分析中获得了重要的洞见[198]。这项工作提供了强有力的证据表明,在积极选择的GC B细胞的子集中氧化磷酸化率高于其他次级卵泡亚群。重要的是,艾达-编码线粒体等复合体IV组分的Cox 10基因被驱动失活,导致gc(但不是其他)B细胞的增殖和稳定数量减少,最终导致抗原特异性pc的输出减少[198]。这些结果表明,最佳的GC条件取决于免疫后激活AID表达的B细胞的线粒体等功能,可能是在GC B细胞中。

无论如何,PI3K和mTORC 1活性升高似乎增加了激活的B细胞(GC或卵泡外)向PC方向分化的可能性[199, 200]。CD 19可能是一个中枢中枢,促进沿这些途径的信号转导[201,但无论如何,Ras类GTPase(如R-Ras2)的参与[202]和传统的加入PI3K的p 110催化亚基p 110δ,从PI(3,4)二磷酸(PIP 2)中增加磷脂酰肌醇-(3,4,5)-三磷酸(PIP 3,或PtdIns(3,4,5)P3)的生成。203];在[204])。如上所述,B细胞正常代谢产生的ROS可能通过干扰脂质磷酸酶PTEN的催化活性而维持这种增加。PIP 3在促进血浆细胞分化进程中的作用已被强调,该过程通过PTEN调节或突变适配器蛋白来调节PI3K产物的水平。205,206,207,208]。相反,来自Syk的信号[209,Cbl介导的降解[210],GSK 3抑制胃癌B细胞向浆细胞/浆细胞命运的进展,而充分的ERK活性则可降低BACH 2蛋白的水平,拮抗Blimp 1促进浆细胞分化的能力。162, 211].

PI3K和mTORC 1的活性通过调节线粒体发生和通过有丝分裂过程控制线粒体质量而影响线粒体的质量和功能。新出现的工作采用了一种优雅的方法,通过突变螺旋酶的表达直接干预B细胞的线粒体复制和功能。212]。本研究提供进一步[198]有证据表明,维持足够的线粒体质量和功能对于获得正常的GC B细胞和类切换抗体反应至关重要。与mTORC 1相一致的是,尽管消除了常规自噬机制的基本成分,但GC B细胞和体液记忆的初始形成(B和浆细胞)保持正常,以抑制典型的自噬(包括有丝分裂)。ATG 7ATG 5分别)[213, 214]。随着发现消除AMPK催化的ULK 1上一个关键激活位点的磷酸化,未能减少记忆B细胞或血浆细胞的生成。96],证据表明,从GC反应中出现这些细胞类型并不需要典型的自噬,而非正则自噬在这一阶段可能更为关键。77].

养分的供应、吸收和使用

当然,最终,信号和基因表达途径(“信号和营养敏感机制”)在GC内B细胞的不同亚群中产生不同的养分吸收和中间代谢方案。反过来,除了受体诱导的PI3K或溶血磷脂酸作为mTOR信号的启动剂外,营养供应和吸收也是mTORC 1活性的重要调节因子(见上文)。对于活化的B细胞,程序可以分为能量产生和合成过程(合成代谢)。分析过的营养成分有葡萄糖、谷氨酰胺和长链脂肪酸(LCFAs).新陈代谢将每种营养物质划分为能量生成和合成功能之间,而且--正如1980年代以来淋巴细胞所知--一种养分的使用通量将受到其他养分供应的影响[99]。另一个关键的差距是,目前尚不清楚合成物成本占ATP总需求的百分比--尤其是维持整个质膜的离子梯度--以及激活或分化后这些其他部分的预算变化有多大。

对于一些病理环境中的T细胞(癌症、肺结核),许多论文提供了氨基酸或氧气消耗的证据,甚至补充了改善功能的证据(例如,215,216,217])。这一概念是否适用于体液免疫,并直接应用于B细胞?这一关系产生了一对相互的问题。(I)向间质液输送营养物质是否如此强劲,以致于滤泡或腹膜(B1 B细胞)没有改善产出的潜力--例如免疫后浆细胞的数量或寿命?(2)在各种形式的营养不良中,是否有任何B细胞内在的表现缺陷是由于营养不足而产生的?一般来说,关于第二个问题有大量的文献;然而,几乎没有一个是专门针对B系细胞的,更不用说在其微环境领域中的GC B细胞或LPC。虽然不确定,但几个已发表的例子表明,局部营养缺乏确实会影响抗体分泌细胞的进展,并会减少体液保护。

  1. (A)

    葡萄糖:虽然(或因为)使用葡萄糖--尤其是通过糖酵解--是早期探索代谢与功能之间相互作用的一个焦点,但相对较少的阶段特异性洞察力是可用的。间质液中的葡萄糖浓度是如此关键,以至于只有在极端情况下,它们才可能降到正常免疫生理条件下细胞所需的水平以下。GC-表型B细胞约占生命内探针2-NBDG的两倍,这是一种体积庞大的葡萄糖类似物,比其幼稚的B前驱物多[78, 87, 101, 218]。葡萄糖输入或胞内通量在何种程度上对GC B细胞的形成、维持或输出至关重要?2DG免疫小鼠对胃癌B细胞群的杀伤作用101,但如前所述[87,表明tfh细胞需要葡萄糖输入和通量的数据[1662 DG对胃癌B细胞的作用可能是间接的。B细胞至少表达三种葡萄糖易化转运蛋白。一项重要但初步的工作为GLUT 1运输机产生了B系限制的功能损失。CD 19-CRE[71]。这种方法减少了整个B细胞群体的建立或维持,免疫后早期,与发育缺陷相似的总抗体和np特异性抗体都减少了[71]。然而,由于对抗原特异性B细胞克隆性扩增以及血浆和GC B细胞计数的需要,其发育效应使人不清楚在B系的哪个阶段,足够的葡萄糖通量对于基础抗体(主要来源于B1和MZB细胞)和抗原诱导的体液反应是必不可少的。

    用CD40L和BAFF驱动的体外模型系统分析了细胞内葡萄糖通量和足够的葡萄糖氧化对GC B细胞正常发育效率的影响。218]。在后一项工作中,IL-4刺激葡萄糖摄取和线粒体氧化代谢的增加,类似于先前的研究[69,70,71与增加的αkg有关,这对增加BCL 6IGB细胞(即CD 40和BAFF刺激细胞)的mRNA表达和体外产生(即CD 40和BAFF刺激的细胞被认为是GC B细胞的替代物)[218]。然而,除了模型系统与GcB细胞在体内的差异外,分析没有区分糖酵解后的葡萄糖氧化与谷氨酰胺间充质生成αKG的区别。葡萄糖有助于细胞分裂的能量需求。最近的一篇文章认为葡萄糖对体外纯化的GC B细胞ATP生成的贡献最小。87]根据海马代谢通量数据,最小ECAR(这取决于LDH和丙酮酸氧化之间的平衡),以及13C-葡萄糖追踪。然而,对这项工作中使用的朴素细胞和gcb细胞的rna-seq谱进行生物信息学分析--包括将抗np bcr基因敲入细胞转移到非生理受体环境中--表明这些细胞不同于工程较少的多克隆设置和应答[186]。此外,葡萄糖诱导的抗NP胃癌B细胞呼吸减少的幅度与其脂肪酸依赖呼吸的程度相当。87],这与大量的糖酵解ATP的产生是一致的。因此,关于葡萄糖在B细胞中作为正常GC生理的一部分的重要问题仍未解决--无论是为了能量学还是其他重要目的,如氧化还原调节和通过PPP提供核酸和糖基化的前体。


  2. (B)

    谷氨酰胺:如上所述,谷氨酰胺在体外的局限性降低了B细胞的增殖[91, 93, 94, 97]。在最近的一项工作中,小鼠疟原虫感染引起的浆细胞分化的强烈波导致体液反应以及GC、Tfh和B细胞的频率降低。219]。在饮用水中提供额外的谷氨酰胺可以减轻这些负面效应,增加感染小鼠的GC,并增加记忆输出受损。然而,这项工作没有回答几个关键问题。与Tfhs、Tregs相比,GC B细胞是否是谷氨酰胺的直接受益者(例如,[220, 221]或模型中的其他相关细胞,以及疟原虫感染或补充谷氨酰胺(例如白髓或滤泡)后间质谷氨酰胺的变化仍有待确定。对FO浓度的实际影响没有测量(特别是由于使用了脾脏组织及其混合的红髓和其他结构特征),而肠内补充谷氨酰胺的系统效应可能使解释或机制相当复杂。此外,gc中的细胞是否需要谷氨酰胺(或葡萄糖)是能量学的问题,还是与生物合成需求(如二磷酸尿苷的供应)有关,目前尚不清楚。N-乙酰氨基葡萄糖(UDP-GlcNAc),支持胞内糖基化[222]。尽管如此,这项工作提供了重要的证据,支持局部营养消耗(在这种情况下由浆细胞)影响免疫输出的潜力。


  3. (C)

    脂肪酸氧化:循环中的外源脂肪酸,虽然它们的浓度和分布在个体间变化很大,但在细胞生理学中是重要的。至少有两种不同形式的功能作用--长链脂肪酸和短链脂肪酸(LCFAs和SCFAs)--已经被研究过。SCFAs(例如乙酸盐、丁酸盐和丙酸盐)一直被认为有可能进入影响基因转录速率的翻译后组蛋白修饰途径。人们对它们对正常生理系统的影响产生兴趣的原因是人们认识到,通过肠道微生物处理饮食成分--例如食物中的纤维成分--产生这些SCFA,反映了改变饮食或肠道微生物群改变循环SCFAs的能力。最近的工作提供了证据,证明这些过程可以通过B细胞对活化B细胞命运的内在影响来调节抗体反应的质量[223, 224].

    早期的未分离淋巴细胞定量研究LCFA(油酸)和SCFA对离体静息和活化淋巴细胞的影响[99]。如前所述,在使用含氚棕榈酸盐的试验中,朴素B细胞显示出相当高的长链粮农组织比率[70]。为了提高NP结合B细胞的产量而设计的一种系统被用于直接检测GC B细胞,而非Np和NP-Ficoll激活的B细胞[87]。三个显著结果是:(1)GC B细胞的呼吸(耗氧,即OCR)约为体内NP-Ficoll激活群体的1/4;(2)对抑制线粒体FAO的化合物敏感的OCR的比例可与其他两个体内外群体(朴素和NP-Ficoll激活)的情况相媲美;(3)仅使用葡萄糖、谷氨酰胺和丙酮酸时,粮农组织可吸入呼吸的速率与纯化的GC B细胞的基本耗氧量相当。使用抑制剂的药理干预提供了证据,如NP-Ficoll激活的群体(“能量学”中的点(C)),线粒体和过氧体共同促进了GC B细胞中LCFA的氧化。总之,研究结果表明,GC B细胞被编程来支持大量的葡萄糖消耗、间变性能量产生和FAO,并建议在三个阶段中的每一个阶段(在反NP库中的幼稚、激活和GC B细胞),能源的总体预算可能是相似的。也就是说,直接测定糖酵解或葡萄糖氧化,如70, 71]但在存在或没有其他潜在燃料的情况下,需要对这些电池的能量和碳预算进行真正的量化。


  4. (D)

    氧:分子氧是淋巴滤泡的限制因子,在GC中更显着。三组平行进行的工作是采用生命内标记法,共同修饰处于缺氧状态的细胞(无论是细胞内的,细胞外的,还是两者兼而有之),以显示大部分(但不是全部)免疫小鼠GCs的缺氧增强信号。78, 101, 225],卵泡内有阳性但较弱的信号。部分gc B细胞(体内和新分离的体外)也显示了低氧诱导转录因子(hif-1和hif-2)的α亚基的稳定性。78, 101]。由于非低氧HIF的诱导(包括B细胞中的HIF)已被证实,是否仅由于缺氧而稳定尚不清楚。体内和体外B细胞实验提供了B细胞内在机制的证据,其中持续的HIF稳定降低了AID水平,改变了由mTORC 1介导的Ab类转换[78],现在被认为主要是在GC进入或形成之前执行的步骤[226]。值得注意的是,在体外模拟这些低氧水平证实了人们的预期,即氧化代谢将保持,但强调了机制间相互干扰的可能性,因为低氧降低了氨基酸摄取和mTORC 1的活性[78]。HIF的稳定也会显着地损害亲和力的成熟,特别是IgG 1的成熟,而全亲和力的抗NP反应不受影响[78]。相反,消除HIF-1α和HIF-2α表达的结果表明,B细胞中的HIF能促进Ab的应答[227]。虽然存在与HIF稳定的持续时间和水平有关的问题,但资料强烈地表明,缺氧至少会影响缺氧性GC子集中的B细胞功能(约80%的数量在脾脏中)。这个模型得到了新工作的支持,这些工作提供了Cγ1-cre-和CD 21-CRE驱动删除HIF1a减少GC和抗NP抗体反应[228]。然而,仍需进一步研究和阐明HIF-1、HIF-2或两者在GC B细胞内选择性灭活后的作用机制。


其他不确定因素仍与大多数GC中的缺氧有关。原则上,产生唑修饰的还原环境可能纯粹是细胞内的;例如,线粒体和过氧化物酶体的耗氧(如“能量学”一节所指出的)超出了B细胞内的细胞内供应。然而,pimonid唑染色和hfh细胞中的mTORC1-依赖性的增加已被观察到([227, 229],和黄B,施瓦茨伯格PS,个人交流)。这一结果与GC总体上可能离毛细血管相对较远的可能性是一致的。225]因此,从血红蛋白卸下后释放的外部氧气被最近的血管和GC淋巴细胞之间的细胞部分消耗。另一个不确定性是缺氧和HIF的稳定性在多大程度上导致HIF依赖的基因表达程序的改变(这本身将是上下文依赖性的,即受各种GC B细胞的其他信号和转录方面的影响)。最初的观察包括有证据表明,在某些癌症患者中,与缺氧功能相关的一组基因的表达在一组相对于IGD的多克隆GC B细胞中有显著的富集。+从正常的免疫前程序中衍生出来的天真的对应物[78]。这种富集186]).

其他实验也使用了一种系统,该系统有助于恢复GC表型的半抗原结合B细胞的数量,以及产生NP-Ficoll激活的B细胞[87]。B细胞具有Ig重链,有利于NP结合的BCR和Ig Vκ的零等位基因的导入(因为NP结合涉及λ轻链与B1-8i的敲入转基因)被大量转移到转bcr基因的小鼠系中,使GC中的旁观者被最小化。用乳腺癌样细胞系MCF 7的缺氧信号和另一组与肿瘤相关的基因集进行基因集富集分析,在使用该转移系统时均未达到统计学意义。87]。一项微型元分析测试了过继转移/受限库系统如何以非正式的方式与使用普通小鼠品系的独立实验室的基因表达数据进行比较。最显著的结果是B1-8i,V-κ-/-B细胞与正常小鼠的差异很大。186]。研究结果的差异可能是因为具有等位基因限制性、非反应性bcr的受体的B1-8i、Vκ-/-B细胞的特性造成了一种情况,即在未检测到缺氧信号的SRBC免疫小鼠中,发育的GCs程序符合20%的GCs[78]。另一个可能的解释是,如先前对B1-8i系统所报告的那样,结果的差异是由于内部竞争造成的。230]。除了bcr特性如何影响GC B细胞的性质外,关于GC缺氧、其变异和不同信息学发现的一个未回答的问题是,旁观者B细胞和不同命运的细胞之间的相对平衡对基因表达或其他特性有多大的影响。总的来说,要点是:(I)与GC反应的其他方面一样,也有变化[184, 197];(2)需要更好和更多的GC B细胞型特异性缺氧和HIF调节标志;(3)还需要额外的工作来确定HIF稳定在正常B细胞的全部储备中的稳定程度,使其持续足够长的时间来改变GC输出。

事件的结束--为抗体工厂火上浇油

除了死亡、记忆B细胞的静止或作为GC B细胞的延续外,GcB细胞的替代选择是成为分泌抗体的浆细胞和最终分化的浆细胞。尽管淋巴母细胞在每一轮胞质分裂过程中都要加倍体重,但对浆细胞来说,一个特殊的挑战是,对其分泌速率的测量--尽管各不相同--表明它们每天释放多达四分之一--相当于其全部体重的一半--分泌糖蛋白。因此,等离子体细胞是为了满足这种奇异的生物合成需要而设计的,这与快速分裂的细胞不同,这些细胞的能量消耗和构建块(碳、氮、氧)必须分布在更广泛的大分子(核酸、脂质、蛋白质)中。最近出色的综述涵盖了大量使用分泌蛋白途径所造成的ER压力,以及用于应对挑战的分子机制(例如,[6, 7]).

刺激变化的信号

最初,浆细胞似乎从组织部位进入血液[231,232,233]。高bcr亲和力和T细胞有助于推动这一结果[58]。如上文所述,它呼吁推断ERK通过BACH 2促进向浆细胞/浆细胞归宿的能力的直接联系[158, 160, 161, 211]。IL-4和IL-21部分通过STAT 3发挥作用,也有助于推动浆细胞分化[234,235,236]。此外,监测营养和能量状态的机制及其相关途径也是从B细胞向血浆细胞过渡的主要调节因子之一。最近的研究表明,缺乏GSK 3亚型(α和β)αρε)的B细胞在抗原特异性应答(101,192)中对血浆细胞群的贡献能力有缺陷。如“生物合成信号和底物”一节所述,PI3K激活的mTORC2调节GSK 3。然而,早期的数据显示,B细胞因灭活mTORC 2而使B细胞严重衰竭的小鼠免疫后,抗原特异性抗体水平同样显著下降。133]。因此,mTORC2不太可能成为GSK 3发现的基础,反之亦然,因为mTORC-AKT和GSK 3参与了相互抑制。

这些信号通路的下游--原则上受核内代谢物水平变化的影响--基因调控网络指定浆细胞及其专门程序,其中包括需要调整ER对大量分泌负荷的应激反应。59, 237])。基因调控网络是由DNA甲基化和组蛋白翻译后标记的变化(包括乙酰化和甲基化)建立、维持和影响的。238,239,240,241,242];在[243])。与胞嘧啶甲基化(MC)有关的几个要点非常突出。(I)MC的总密度在进展至浆细胞状态时下降[238,239,240]。(Ii)值得注意的是,即使在不同来源的浆细胞内,当转录体不存在时,甲基化体也会有很大的改变。39]。(Iii)尽管如此,细胞周期依赖的转化为羟甲基胞嘧啶和完全去甲基化已经被观察到对血浆细胞分化过程中关键的特定基因的调节元件,例如Prdm 1,编码为Blimp 1[239]。羟甲基化的检测特别值得注意,因为它涉及tet 2等tet蛋白的作用,而这些依赖αkg的双加氧酶可以通过内源性代谢物如琥珀酸、富马酸和2-羟基戊二酸的积累来调节。244, 245];在[243, 246])。目前,这种调节发生在生理环境中的潜力仍有待确定,例如在将GC B细胞转化为浆细胞或在浆细胞向浆细胞发展的过程中,以及一种针对特定调节元件的去甲基化酶的机制。

营养、生物合成和能量学

关于这一更广泛的主题的大部分细节受到的关注少于其重要的优点,但自从过去几年发表了出色的评论以来,进展甚微。6, 7]。因此,这里的摘要将不那么广泛。

  1. (A)

    葡萄糖:将浆细胞和浆细胞与脾脏和骨髓中的其他B系细胞直接比较,发现体内2-NBDG摄取在这些终末阶段显著增加(Brookens SK,Boothby MR,未发表的观察)。虽然实际的葡萄糖摄取可能与2-NBDG的测量结果不同,但增加的幅度很大,意味着血浆细胞对葡萄糖的使用远远大于B细胞。关于SLPC和LLPC的里程碑式工作表明,它们在NBDG吸收方面存在差异[247, 248],虽然放射性标记葡萄糖是否反映了这一点尚不清楚。稳定同位素示踪13C-和14C-葡萄糖提供的证据表明,这种己糖的大部分通常被转用于为分泌的Abs糖基化提供底物[247]。在这种情况下,丙酮酸的糖酵解来源似乎相对较低,很可能来自葡萄糖氧化。与葡萄糖使用的总体模式有关的神秘警告源于有证据表明,当甘露糖以生理浓度存在时,它可以提供糖的主要来源,用于糖基化。249]。由此推断,在追踪实验中,由于培养基中没有甘露糖,会导致更多的葡萄糖流向抗体糖基化。


  2. (B)

    谷氨酰胺:如上文(B)节“营养供应、摄取和使用”部分所述,疟原虫感染小鼠引起的浆细胞对谷氨酰胺有很强的亲和力。219],表明高摄取率,并表明感染引起的这种细胞的大波可能局部耗尽了这一关键氨基酸。这种机制将与强调谷氨酰胺在B细胞增殖中的关键作用的数据和结论一致[91, 94].


这个节目持续多长时间(为什么)?

虽然抗体循环持续时间长,给药后最好的疫苗[250]已得到适当强调,更多的颗粒分析表明,维持循环中抗原特异性抗体(Llpc)浓度所必需的血浆细胞,在寿命上远不是单调的(251,252,253,254,255,256];在[257, 258])。事实上,最近有关sars-cov-2感染的研究提供了证据,证明在浆细胞期和slpc期后,抗体浓度的持久性既存在Ag依赖性(抗-S与抗-N),也存在Ig类依赖性差异(例如,[259])。基本证据提供了对不同类型免疫引起的不同分子程序的见解,例如转录因子ZBTB 20可能是必需的,也可能是可有可无的。260]。此外,对LLPC分泌的大量蛋白质的估计也有很大差异。247, 261, 262,而生产不同类别abb的PC或LLPC的本地化程度也各不相同。64, 65]。肠部位分泌IGA的细胞可能是缺氧的,而脑膜IgA PC则是[263]倾向于“缓冲”27%-10%(~40毫米汞柱[264)在通过饱和氧血液(75-100毫米汞柱)后,IgG分泌物倾向于驻留在骨髓中。66, 265])。虽然关于这个具有挑战性的主题的重要初步工作已经开始[266],Ig分类、营养供应、转运体和细胞生理学差异的后果是进一步研究的重要领域。同时,对于体内血浆细胞寿命的分子决定因素或它们与营养物质的关系或中间代谢程序的研究相对较少。缺乏Mcl-1时,血浆细胞数减少[267,其表达可通过gsk 3调节,并涉及葡萄糖敏感通路[194, 195]。同样,血浆细胞寿命因消除ATG 5而丧失典型的自噬能力而缩短[214或者,对于LLPC来说,通过减少线粒体进口丙酮酸的能力,使其氧化和生成乙酰辅酶A[247]。相反,可能是由于mTORC 1增加而缺乏AMPK活性,从而在不影响PC寿命或改变分泌效率的情况下提高抗体产生率[96]。正常水平的mTORC 1的另一个功能可能是改进ER和伴侣的编程,以促进PC功能[138, 139]。这些发现暗示,在原则上,LLPC内的营养供应、代谢物的通量和代谢的内在规划可能影响其寿命,同时也会影响生态位竞争和炎症。257, 258, 268].


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