醫(yī)學(xué)院祁海課題組在《自然》發(fā)文揭示抗體免疫應(yīng)答兩性差異的新機(jī)制
清華新聞網(wǎng)12月30日電 12月26日，《自然》期刊在線(xiàn)發(fā)表了清華大學(xué)醫(yī)學(xué)院免疫學(xué)研究所祁海教授課題組題為《GPR174-CCL21受配體模組引起體液免疫應(yīng)答的性別二態(tài)性》（A GPR174-CCL21 module imparts sexual dimorphism to humoral immunity）的研究論文。該研究發(fā)現(xiàn)了一種導(dǎo)致兩性之間抗體免疫應(yīng)答差異的新機(jī)制，為增強(qiáng)疫苗接種效果、以及針對(duì)抗體介導(dǎo)自身免疫疾病的治療提供了新思路和潛在新靶點(diǎn)。
人體在遭受病原侵襲時(shí)，在兩性間有些有趣的差異。通常，女性比男性個(gè)體會(huì)產(chǎn)生更強(qiáng)的免疫應(yīng)答，特別是能產(chǎn)生更多抗體來(lái)實(shí)現(xiàn)自我保護(hù)。相對(duì)于男性，女性面對(duì)很多需要抗體來(lái)抵抗的傳染病都顯示發(fā)病率更低、病程更弱的特點(diǎn)。比如我們熟悉的乙肝、丙肝病毒感染就是這樣。另外，通過(guò)接種疫苗來(lái)產(chǎn)生保護(hù)性抗體進(jìn)而預(yù)防傳染病，往往也是在女性人群的效果比男性更好。比如普遍都要接種的乙肝三聯(lián)疫苗，就是如此。
這是因?yàn)?，?duì)所有哺乳動(dòng)物而言，母親直接承擔(dān)了孕育胎兒、哺育后代的責(zé)任。胎兒和新生兒自己的免疫系統(tǒng)尚不健全，需要母親以各種方式來(lái)幫助阻止病原的侵染。那么大自然為什么不讓兩性都具有超強(qiáng)的抗體應(yīng)答能力？這是因?yàn)槲覀兊拿庖呦到y(tǒng)也可以對(duì)自身的細(xì)胞和組織產(chǎn)生抗體，潛在可能引起自免疫炎癥，只是受到機(jī)體精細(xì)的反饋調(diào)節(jié)控制而通常不導(dǎo)致疾病而已。然而，當(dāng)整個(gè)免疫系統(tǒng)都要被調(diào)制到盡可能增強(qiáng)抗體應(yīng)答的情況下，這些調(diào)節(jié)機(jī)制就很難保證每一個(gè)個(gè)體都不發(fā)生自免疫炎癥了。事實(shí)上，自身免疫病，特別是抗體介導(dǎo)的自身免疫病，恰恰是在女性中發(fā)病率高、病情重，比如相對(duì)常見(jiàn)的系統(tǒng)性紅斑狼瘡、類(lèi)風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎、干燥綜合癥等等。
與此相對(duì)，由于不需要直接孕育下一代，男性可以在相對(duì)低的抗體應(yīng)答水平實(shí)現(xiàn)抗感染保護(hù)和避免自免疫疾病的平衡。在生物演化尺度上的大道理明白了，可到底什么具體的生物學(xué)機(jī)制在雌雄個(gè)體間引起了抗體免疫應(yīng)答的強(qiáng)弱不同呢？這個(gè)問(wèn)題還沒(méi)有明確答案。研究清楚這個(gè)問(wèn)題，就有可能找出新辦法來(lái)改善男性的疫苗接種效果，防治尤其影響女性的抗體自身免疫病。性激素是兩性間顯而易見(jiàn)的不同，也有證據(jù)顯示雌、雄激素分別對(duì)免疫系統(tǒng)有促進(jìn)和抑制作用。但激素是不是、以及如何調(diào)控參與抗體應(yīng)答的免疫細(xì)胞還不清楚。祁海課題組剛剛發(fā)表的工作，為這些問(wèn)題提供了一個(gè)意料之外的有趣答案。
由于雌雄B細(xì)胞對(duì)趨化因子CCL21響應(yīng)不同而導(dǎo)致生發(fā)中心定位不同，以致體液應(yīng)答強(qiáng)弱不同
抗體是B淋巴細(xì)胞接受抗原刺激、分化成漿細(xì)胞后產(chǎn)生的。為了能更好地分化成漿細(xì)胞、產(chǎn)生更好更多的抗體，B淋巴細(xì)胞需要從被稱(chēng)為“濾泡”區(qū)的聚居地轉(zhuǎn)移到被稱(chēng)為“生發(fā)中心”的組織結(jié)構(gòu)里經(jīng)歷一個(gè)所謂“親和力成熟”的過(guò)程。從濾泡到生發(fā)中心，B淋巴細(xì)胞在接受抗原刺激后會(huì)經(jīng)歷一系列遷移運(yùn)動(dòng)。這些遷移運(yùn)動(dòng)由一系列GPCR家族受體通過(guò)感知淋巴組織里不同趨化因子的分布來(lái)調(diào)控。每一個(gè)趨化因子對(duì)應(yīng)至少一個(gè)GPCR受體，每一個(gè)GPCR受體可能通過(guò)耦合不同Gα蛋白而產(chǎn)生不同的趨化作用。因此，趨化因子在淋巴組織里的不同分布就會(huì)導(dǎo)致表達(dá)對(duì)應(yīng)受體的免疫細(xì)胞朝不同方向、以不同強(qiáng)度遷移運(yùn)動(dòng)，并最終達(dá)成不同的組織分布。
比如，B細(xì)胞表達(dá)被稱(chēng)為CCR7的GPCR，是趨化因子CCL21和CCL19的受體。在這兩個(gè)因子刺激下CCR7會(huì)耦合Gαi，促進(jìn)細(xì)胞向趨化因子濃度高的方向移動(dòng)。CCL21和CCL19通常分布在被稱(chēng)為T(mén)細(xì)胞區(qū)的地方，遠(yuǎn)離生發(fā)中心。所以，進(jìn)入生發(fā)中心前，B細(xì)胞需要下調(diào)CCR7的表達(dá)。再比如，還有一種GPCR叫S1PR2，它被脂分子配體S1P刺激時(shí)耦合Gα12/13，產(chǎn)生排斥作用，讓B細(xì)胞向遠(yuǎn)離配體的方向移動(dòng)。S1P在生發(fā)中心濃度最低，所以表達(dá)S1PR2就可以促進(jìn)B細(xì)胞進(jìn)入生發(fā)中心，而B(niǎo) 細(xì)胞激活后恰恰會(huì)上調(diào)S1PR2，以準(zhǔn)備進(jìn)入生發(fā)中心。祁海組的研究者發(fā)現(xiàn)，雖然雌、雄B細(xì)胞在表達(dá)已知可以影響生發(fā)中心定位的 GPCR（包括CCR7和S1PR2）并無(wú)不同，它們到達(dá)生發(fā)中心的效率卻不一樣。雌性B細(xì)胞比雄性B細(xì)胞更快、更多地向生發(fā)中心聚集，更多參與生發(fā)中心里的親和力成熟過(guò)程，產(chǎn)生更多的漿細(xì)胞和抗體。對(duì)于那些已知影響B(tài)細(xì)胞趨化的GPCR，也沒(méi)有任何一個(gè)在趨化作用上顯示出過(guò)性別差異。
這些研究者在尋找其它可以影響B(tài)細(xì)胞生發(fā)中心定位的GPCR時(shí)，發(fā)現(xiàn)了B細(xì)胞還表達(dá)一個(gè)X染色體連鎖的GPR174。雖然過(guò)去沒(méi)有關(guān)于GPR174趨化作用的報(bào)導(dǎo)，他們卻發(fā)現(xiàn)GPR174可以影響B(tài)細(xì)胞的遷移，使這些細(xì)胞更易于遠(yuǎn)離生發(fā)中心而向T細(xì)胞區(qū)定位。令他們驚訝的是，GPR174這一作用居然主要發(fā)生在雄性B細(xì)胞，而對(duì)雌性B細(xì)胞幾乎無(wú)效，盡管兩性間GPR174的表達(dá)量并沒(méi)有區(qū)別。這一發(fā)現(xiàn)可以解釋為什么雌雄B細(xì)胞到達(dá)和持續(xù)參與生發(fā)中心的能力有所不同。
進(jìn)一步，他們通過(guò)蛋白層級(jí)分離純化、質(zhì)譜鑒定等方法鑒定出作用于GPR174的趨化因子竟然是CCL21。已如前述，CCL21是CCR7的趨化因子配體，二十多年來(lái)還從未發(fā)現(xiàn)它有其它受體。這些研究者通過(guò)體外趨化實(shí)驗(yàn)證明GPR174-CCL21確實(shí)以受體-配體的作用方式顯著促進(jìn)雄性而非雌性B細(xì)胞趨化運(yùn)動(dòng)。CCL21在遠(yuǎn)離生發(fā)中心的T細(xì)胞區(qū)分布，從而可以解釋為什么GPR174能減少雄性B細(xì)胞定位到生發(fā)中心。
那么，為什么同一個(gè)GPR174受體在雄細(xì)胞和雌細(xì)胞能作用不同呢？祁海組研究者發(fā)現(xiàn)，雄激素起了決定性作用。受CCL21刺激時(shí)，雄細(xì)胞里GPR174可以耦合大量Gαi蛋白，促使雄細(xì)胞向CCL21趨化。雌性細(xì)胞上的GPR174并不耦合很多Gαi，而來(lái)自去除睪丸的雄性小鼠的雄細(xì)胞也變得如此；如果人為給雌性動(dòng)物注射雄激素，則雌性B細(xì)胞就會(huì)變得象雄性B細(xì)胞一樣開(kāi)始耦合更多Gαi，從而更有效地向CCL21趨化移動(dòng)。最后，這些研究者探究了GPR174-CCL21對(duì)抗體依賴(lài)的自身免疫腦脊髓炎模型的作用。他們發(fā)現(xiàn)，雄性小鼠對(duì)這種自免疫疾病不易感、病情輕的狀態(tài)會(huì)因?yàn)樵贐細(xì)胞里敲除Gpr174基因而扭轉(zhuǎn)：敲除小鼠會(huì)變得更象雌鼠，產(chǎn)生更多自身抗體、病情加重。與此相反，同樣在B細(xì)胞特異敲除GPR174不影響雌性小鼠的病程。這些結(jié)果，與GPR174-CCL21差異性調(diào)節(jié)雌雄B細(xì)胞向生發(fā)中心定位的能力完全吻合。
綜合起來(lái)，祁海組的這一研究給雌雄個(gè)體間抗體免疫應(yīng)答的強(qiáng)弱不同找到了一個(gè)明確的細(xì)胞免疫學(xué)機(jī)制，為理解哺乳動(dòng)物免疫系統(tǒng)共同擁有的雌雄有別這一特點(diǎn)開(kāi)辟了一條始料未及的新路。這些研究者認(rèn)為，GPR174控制B細(xì)胞生發(fā)中心定位不應(yīng)該是唯一導(dǎo)致雌雄差異的機(jī)制。但是，雄性個(gè)體居然能夠依賴(lài)激素在免疫應(yīng)答的特定階段、在特定細(xì)胞上調(diào)控特定GPCR與Gα蛋白耦合效率，從而實(shí)現(xiàn)微調(diào)抗體免疫應(yīng)答以達(dá)到一種與雌性不同的平衡，令人不得不感嘆大自然的巧妙。據(jù)祁海介紹，他們下一步將深入探索激素如何調(diào)控GPCR-Gα蛋白耦合，GPR174與CCR7在CCL21配體刺激下如何協(xié)同或拮抗，這些過(guò)程如何在人體內(nèi)影響B(tài)細(xì)胞的功能和自免疫疾病。他們也希望針對(duì)GPR174和其相關(guān)的過(guò)程機(jī)制開(kāi)發(fā)藥物，以期增強(qiáng)疫苗接種的效果。
祁海教授課題組長(zhǎng)期致力于研究抗體免疫應(yīng)答與生發(fā)中心反應(yīng)的調(diào)控機(jī)制，就該領(lǐng)域的前沿科學(xué)問(wèn)題在《自然》《科學(xué)》等期刊發(fā)表過(guò)一系列原著論文。清華-北大生命科學(xué)聯(lián)合中心2013級(jí)博士生趙若竹是本文的第一作者，承擔(dān)了主要的實(shí)驗(yàn)工作。清華大學(xué)醫(yī)學(xué)院博士畢業(yè)生陳欣博士和碩士畢業(yè)生馬偉偉在課題的初始階段做了大量探索和準(zhǔn)備工作。清華大學(xué)醫(yī)學(xué)院博士后張晉渝博士在課題后期參與了重要實(shí)驗(yàn)工作。該課題得到了多方不可或缺的合作支持，包括中國(guó)科學(xué)院微生物學(xué)研究所周旭宇研究組、清華大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院王建斌研究組和軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院李濤研究組。清華大學(xué)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中心、生物醫(yī)學(xué)測(cè)試中心蛋白制備與鑒定平臺(tái)、蛋白質(zhì)組學(xué)與代謝組學(xué)平臺(tái)提供了技術(shù)支持。該課題的資助來(lái)自于國(guó)家自然科學(xué)基金委、清華-北大生命科學(xué)聯(lián)合中心、北京市科學(xué)技術(shù)委員會(huì)、北京生物結(jié)構(gòu)前沿研究中心、以及美國(guó)霍華德休斯醫(yī)學(xué)研究所國(guó)際研究學(xué)者項(xiàng)目。
原文鏈接：
https://www.nature.com/articles/s41586-019-1873-0
供稿：醫(yī)學(xué)院
編輯：李華山
審核：周襄楠
