祁海团队发现抗体免疫应答两性差异的新机制

人体在遭受病原侵袭时,在两性之间有些有趣的差异。通常,女性比男性个体会产生更强的体液免疫应答(Humoral Immunity,指的是通过B细胞产生抗体来达到保护目的的免疫机制),特别是能产生更多抗体来实现自我保护。相对于男性,女性面对很多需要抗体来抵抗的传染病都显示发病率更低、病程更弱的特点。另外,通过接种疫苗来产生保护性抗体进而预防传染病,往往也是在女性人群的效果比男性更好。这一现象有可能与女性需要怀孕哺乳并需要将抗体传递给孩子有关。但是由此带来的一个后果是,相较于男性,女性更容易容易罹患抗体介导的自身免疫病【1-3】。那么是什么具体的生物学机制在雌雄个体间引起了抗体免疫应答的强弱不同呢,即为什么体液免疫会表现出性别二态性(Sexual dimorphism of humoral immunity)呢?

2019年12月26日,清华大学祁海团队Nature杂志上发表题为A GPR174–CCL21 module imparts sexual dimorphism to humoral immunity的文章。以小鼠为对象,研究团队发现CCL21(人CC趋化因子配体21)有一个新受体GPR174,而GPR174可以调控雄鼠的B细胞定位和抑制生发中心(germinal centres)发育,却对雌鼠却不起作用,从而揭示了体液免疫性别二态性的内在形成新机制,为增强疫苗接种效果、以及针对抗体介导自身免疫疾病的治疗提供了新思路和潜在新靶点。
 

抗体是B细胞接受抗原刺激、分化成浆细胞(plasma cells)后产生的。为了能更有效的分化成浆细胞、产生种类和数量更多的抗体,B淋巴细胞需要从滤泡区(follicles)转移到生发中心里,经历一个所谓“亲和力成熟”的过程。从滤泡到生发中心,B淋巴细胞在接受抗原刺激后会经历一系列迁移运动。生发中心中,一组介导受体(guidance receptors)参与了抗原活化B细胞(Antigen-activated B cells)的迁移运动,这其中包括趋化因子受体(chemokine receptors)CXCR5 【4,5】和CCR7【6,7】, 鞘氨醇-1-磷酸受体2(sphingosine-1-phosphate receptor 2,简称S1PR2)【8】和G蛋白偶联受体183(G-protein-coupled receptor,简称GPR183)【9,10】。但是,这些分子的表达水平并没有性别差异。在GPR183的启发之下,作者首先检测了一系列G蛋白偶联受体(GPCRs),发现位于X染色体上的G蛋白偶联受体GPR174在初始B细胞(naive B cells)和生发中心B细胞(germinal-centre B cells)中均有所表达。并且,过表达GPR174可以促进B细胞更易于远离生发中心而向T细胞区定位。

接下来,作者研究了在不同性别小鼠中,GPR174对生发中心的形成是否具有不同的影响。在羊红血球(sheep red blood cells,简称SRBCs)刺激7天之后,对于野生小鼠,雄鼠的生发中心尺寸明显要小于雌鼠;对于GPR174缺失的小鼠,雄鼠生发中心尺寸明显恢复,而雌鼠却没有明显变化。另外,雄鼠较低水平的脾脏浆细胞(splenic plasma cells)和抗SRBC免疫球蛋白G(anti-SRBC IgG)在缺失了GPR17的情况下,也得到了一定程度的恢复。这些结果说明,GPR174可以抑制雄鼠B细胞形成生发中心和产生浆细胞的能力,而对雌鼠没有影响。

随后,作者通过质谱的方法推测CCL21和CCL19这两种趋化因子很可能是GPR174的配体(Ligand),并且通过生物化学手段证实,CCL21就是GPR174的配体。作为趋化因子,CCL21可以募集活化的B细胞,所以,作者研究性别差异是否对此有所影响。作者发现,雄鼠B细胞被募集至CCL21区域(CCL21在远离生发中心的T细胞区分布)的水平要高于雌鼠一倍之多;而GPR174缺失可以导致雄鼠B细胞募集水平降至一半,也就是野生型雌鼠的水平,GPR174缺失的雌鼠B细胞募集水平也有少量降低。这些结果说明,GPR174所介导的B细胞向CCL21处募集与否很可能是体液免疫的性别二态性形成的原因之一。

G蛋白偶联受体的趋化作用(chemotaxis)受G蛋白Gαi(Gαi-1,Gαi-2,Gαi-3)正向调控,而受Gα12和Gα13反向调控。同一种G蛋白偶联受体在不同情况下,可以与不同G蛋白结合,启动不同的信号通路【11】。作者通过免疫共沉淀的方法发现,活化B细胞中的GPR174可以与Gα13发生明显蛋白质相互作用,与Gαi-1和Gαi-2也有少量的结合【12】,而且,在CCL21的刺激之下,GPR174与Gα13,Gαi-1和Gαi-2这三种G蛋白的结合均有显著增强。值得注意的是,雄性B细胞中GPR174-Gαi之间的相互作用要明显高于雌性,GPR174-Gα13相互作用则没有性别差异,而来自去除睾丸的雄性小鼠的雄细胞中GPR174与Gαi之间的耦合减少;如果人为给雌性动物注射雄激素,则雌性B细胞就会变得象雄性B细胞一样开始耦合更多Gαi,从而更有效地向CCL21趋化移动。这些结果说明,CCL21所诱导的GPR174-Gαi相互作用具有性别差异,很可能参与造成了体液免疫的性别二态性。同时,这些结果也说明雄性激素在起关键作用。

最后,作者也探究了上述CCL21-GPR174-Gαi机制的性别差异,是否能解释雌雄自身免疫病的易感差别。作者通过骨髓嵌合实验(bone-marrow chimaeras)与实验性自身免疫性脑脊髓炎模型(experimental autoimmune encephalomyelitis,简称EAE)相结合的方法发现,发现小鼠B细胞的GPR174缺失,会加重雄鼠的EAE疾病指标,但是对雌鼠没有明显影响。
 
 
这些数据阐明了体液免疫性别差异的一个原因。位于X染色体上的G蛋白偶联受体GPR174可以感受趋化因子 CCL21。在雄鼠中,趋化因子CCL21促进GPR174与G蛋白Gαi相结合,抑制B细胞向生发中心迁移,体液免疫应答水平随之减弱;而雌鼠中GPR174却无此作用。

综合来说,祁海研究组的这一研究给雌雄个体间抗体免疫应答的强弱不同找到了一个明确的细胞免疫学机制,为理解哺乳动物免疫系统共同拥有的雌雄有别这一特点开辟了一条始料未及的新路。虽然GPR174控制B细胞生发中心定位不应该是唯一导致雌雄差异的机制,但雄性个体居然能够依赖激素在免疫应答的特定阶段、在特定细胞上调控特定GPCR与Gα蛋白耦合效率,从而实现微调抗体免疫应答以达到一种与雌性不同的平衡,令人不得不感叹大自然的巧妙。据祁海研究员介绍,他们下一步将深入探索激素如何调控GPCR-Gα蛋白耦合,GPR174与CCR7在CCL21配体刺激下如何协同或拮抗,这些过程如何在人体内影响B细胞的功能和自免疫疾病。他们也希望针对GPR174和其相关的过程机制开发药物,以期增强疫苗接种的效果。

据悉,清华-北大生命科学联合中心2013级博士生赵若竹是本文的第一作者。清华大学医学院博士毕业生陈欣博士、硕士毕业生马伟伟、博士后张晋渝博士参与了重要实验工作。该课题还得到了中国科学院微生物学研究所周旭研究组、清华大学生命科学学院王建斌研究组和军事医学科学院李涛研究组的帮助。

原文链接:
https://doi.org/10.1038/s41586-019-1873-0
1. Whitacre, C. C. Sex differences in autoimmune disease. Nat. Immunol. 2, 777–780 (2001).
2. Klein, S. L. & Flanagan, K. L. Sex differences in immune responses. Nat. Rev. Immunol. 16, 626–638 (2016).
3. Ghosh, S. & Klein, R. S. Sex drives dimorphic immune responses to viral infections. J. Immunol. 198, 1782–1790 (2017).
4. Ansel, K. M. et al. A chemokine-driven positive feedback loop organizes lymphoid follicles. Nature 406, 309–314 (2000).
5. Förster, R. et al. A putative chemokine receptor, BLR1, directs B cell migration to defined lymphoid organs and specific anatomic compartments of the spleen. Cell 87, 1037–1047 (1996).
6. Nakano, H. et al. A novel mutant gene involved in T-lymphocyte-specific homing into peripheral lymphoid organs on mouse chromosome 4. Blood 91, 2886–2895 (1998).
7. Förster, R. et al. CCR7 coordinates the primary immune response by establishing functional microenvironments in secondary lymphoid organs. Cell 99, 23–33 (1999).
8. Green, J. A. et al. The sphingosine 1-phosphate receptor S1P2 maintains the homeostasis of germinal center B cells and promotes niche confinement. Nat. Immunol. 12, 672–680 (2011).
9. Pereira, J. P., Kelly, L. M., Xu, Y. & Cyster, J. G. EBI2 mediates B cell segregation between the outer and centre follicle. Nature 460, 1122–1126 (2009).
10. Gatto, D., Paus, D., Basten, A., Mackay, C. R. & Brink, R. Guidance of B cells by the orphanG protein-coupled receptor EBI2 shapes humoral immune responses. Immunity 31, 259–269 (2009).
11. Bangasser, D. A. et al. Sex differences in corticotropin-releasing factor receptor signaling and trafficking: potential role in female vulnerability to stress-related psychopathology. Mol. Psychiatry 15, 896–904 (2010).
12. Inoue, A. et al. TGFα shedding assay: an accurate and versatile method for detecting GPCR activation. Nat. Methods 9, 1021–1029 (2012).
研究进展

李国红/朱明昭合作揭示组蛋白变体H2A.Z对DNA复制起始位点的调控

2019-12-26 13:18:46

研究进展

Nature:终于找到二甲双胍调节体重的重要靶点

2019-12-26 13:20:05

0 条回复 A文章作者 M管理员
    暂无讨论,说说你的看法吧
个人中心
购物车
优惠劵
今日签到
有新私信 私信列表
搜索