引言
当机体遭遇相同病原体感染时，有些记忆B细胞可以迅速分化为产生抗体的浆细胞来抵抗病原体的入侵，而另一些记忆B细胞则重新分化为生发中心 (germinal center, GC) 进行进一步的B细胞受体（BCR）高频突变和亲和成熟。由于针对流感、HIV等高度变异的病毒的广谱中和抗体往往积累了大量体细胞高频突变，记忆B细胞反复重返GC反应被认为是产生这类抗体的必要条件。前人有证据暗示，表达不同抗体种型（isotype）或不同表面标记分子的记忆B细胞亚群分别承担着抗原再刺激后形成浆细胞或GC B细胞的功能。然而，调控这些记忆B细胞分化命运的转录和表观遗传机制尚不清楚。2024年7月5日，来自清华大学医学院、清华大学基础医学院、清华大学免疫学研究所的祁海教授团队在Nature Immunology发表了题为Epigenetic recording of stimulation history reveals BLIMP1–BACH2 balance in determining memory B cell fate upon recall challenge（表观遗传记录史揭示的BLIMP1-BACH2平衡决定记忆B细胞再激活的分化命运）的研究论文，报道发现了记忆B细胞再分化命运调控的分子机制。作者发现，记忆B细胞经历的每一次抗原刺激都被IRF4通过表观遗传印迹记录下来，并由此调控了该细胞中两个重要转录因子BLIMP1和BACH2的相对表达水平，进而决定了记忆B细胞在接受下一次刺激后分化为GC B细胞或浆细胞的可能性。
BACH2和BLIMP1分别是GC B细胞和浆细胞分化所需的两个核心转录因子，它们彼此存在拮抗作用，是协B细胞命运决定的基因调控网络的重要组成部分。为了在单细胞水平检测两个转录因子的表达，祁海课题组将在BACH2基因原位敲入了tdRFP的报告小鼠（BACH2tdRFP/+）与转基因报告小鼠BLIMP1-EYFP交配,获得的后代小鼠（简称为BARBE小鼠）可以用RFP监测BACH2的同时用EYFP追踪BLIMP1的表达。通过免疫BARBE小鼠，作者发现，在B细胞活化后的各个阶段，从初始B细胞到GC B细胞、记忆B细胞，再到浆细胞的分化路径中，BACH2的表达逐渐降低，而BLIMP1的表达则逐渐增加。在免疫反应的过程中，反应后期的GC B细胞和记忆B细胞中都比反应初期的同类别细胞呈现出更高的BLIMP1与BACH2的表达比。除此以外，作者发现在历史文献中倾向于分化成浆细胞的记忆B细胞（IgG型或者CD80+PD-L2+）表现出更低的BACH2水平和更高的BLIMP1水平，而倾向于分化成GC B细胞（如IgM型或CD80-PD-L2-）则呈现相反的趋势。这些结果说明BLIMP1和BACH2的相对水平（BLIMP-1与BACH2的比例，简写为BLIBA）与B细胞分化命运密切相关。为了探究这两个转录因子是否对记忆B细胞命运调控起决定性作用，作者构建了B细胞特异的BACH2/BLIMP1可诱导表达小鼠（B cell-restricted induction of single-copy knocked-in BACH2/BLIMP1 gene expression， BRISK）。他们发现，在二次应答里，如果在倾向于分化成浆细胞的记忆B细胞（IgG型或者CD80+PD-L2+）上时空特异地过表达BACH2，可以逆转这些细胞原有的命运，从而更多地形成GC B细胞。相反，如果在倾向于分化成GC B细胞的记忆B细胞（IgM型或CD80-PD-L2-）上时空特异地过表达BLIMP1，则这些细胞很难再形成GC B细胞，反而是分化为浆细胞。这个结果说明，记忆B细胞的命运决定与它们的亚型和表面分子并无因果联系，这两个转录因子的相对表达量才是其充分且必要的条件。BLIMP-1-BACH2的相对表达量（BLIBA）随着B细胞分化和免疫反应的进程逐渐上升，但这个上升过程并非线性。BACH2的下调相对连续，而BLIMP1的上升则在记忆B细胞分化为浆细胞的步骤中出现跃迁式变化。在生命系统中，双向负反馈基因调控网络往往会导致性状出现“开关”式的飞跃变化。这一点暗示，即使BLIMP1的实际表达并没有显著上升，但再刺激后迅速上调BLIMP1的潜力可能通过表观遗传的机制逐步积累。为了探究其成因，作者对记忆B细胞中高表达BACH2（BACH2high）和高表达BLIMP1（BLIMP1+）的两群细胞进行了染色质开放程度高通量测序（transposase-accessible chromatin with sequencing，ATAC-seq）。作者发现，相比较BACH2high的细胞，BLIMP1+细胞在整体表观印迹的层面更类似浆细胞，在诸多浆细胞特异开放的位点呈现更开放的趋势，尤其是在转录因子IRF4所靶向的位点。IRF4是一个调控B细胞分化的重要转录因子，它可以直接促进BLIMP1的表达，也直接、间接地抑制BACH2表达。作者发现，随着B细胞在免疫应答中分化，从初始B细胞，到GC B细胞、BACH2high 记忆B细胞、BLIMP1+记忆B细胞，最后到浆细胞，染色质上被IRF4结合的位点，特别是那些包含ISRE序列的位点开放程度逐步增加，这里面包括了BLIMP1基因附近的ISRE位点。已知B细胞受体信号会刺激IRF4上调。作者进一步发现来自T细胞的CD40信号通路、先天刺激（如CpG信号通路）以及其他一系列的细胞因子刺激都能以一种剂量依赖的方式促进IRF4表达。高剂量刺激会导致染色质上IRF4靶向的浆细胞特异位点开放程度显著上升。这些结果暗示， B细胞所经历的免疫刺激史，每时每刻都在以IRF4依赖的表观遗传方式被记录下来。作者进而利用S1PR2-CreERT2;Rosa26-Ai14小鼠模型，在免疫后第6-8天给小鼠灌胃他莫昔芬（Tamoxifen），然后在第10天和第21天分别收集同期标记上的tdTomato阳性的GC明区细胞进行ATAC-seq的分析。这两群细胞均来自第6-8天被标记的GC B细胞，被分析时也都是表型完全相同的GC B细胞。它们唯一的区别是所经历的免疫刺激的历史长短不同。结果发现，第21天的细胞的染色质在IRF4靶向的、包含ISRE序列的位点开放程度更高。这一结果说明，即使是基本不转录表达 BLIMP-1的GC B细胞，仍然通过表观遗传机制在浆细胞命运决定染色质区域（包含BLIMP-1基因）记录下接受免疫刺激的历史。这些结果也解释了免疫应答后期的GC B细胞比早期GC会更多地产生浆细胞的现象。
参考文献
https://www.nature.com/articles/s41590-024-01900-2责编|探索君
排版|探索君
文章来源|“BioArt”
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