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Pregnancy Outcomes After Antepartum Tetanus, Diphtheria, and Acellular Pertussis Vaccination
作者：Munir Akkaya、Kihyck Kwak、Susan K. Pierce
摘要
单次感染后存活下来，通常会形成对该病原体的终身免疫力。这种保护作用在很大程度上由两道主要的 B 细胞记忆 “防线”介导 —— 即长寿浆细胞和记忆 B 细胞。驱动长寿浆细胞与记忆 B 细胞产生的细胞与分子过程，是当前研究的热点，对全球公共卫生具有重要意义。尽管目前几乎所有在使用的疫苗都依赖其诱导 B 细胞记忆的能力，但我们仍未能成功研发出针对艾滋病、疟疾等全球最致命疾病的疫苗。本文阐述抗原驱动长寿浆细胞与记忆 B 细胞生成的两阶段过程，并强调疫苗研发在每个阶段面临的挑战。
引言
“有些病原体，我会记一辈子，尽管有些已改变。”
—— 约翰・列侬、保罗・麦卡特尼《In My Life》（1965）
早在人们理解免疫记忆的细胞与分子基础之前，人类就已认识到免疫记忆带来的保护力。公元前 430 年雅典瘟疫期间，人们就发现，从疾病中康复的人可以照料新感染者，因为没有人会被再次致命攻击。感染康复或接触减毒病原体可获得终身免疫这一简单原理，构成了爱德华・詹纳研发天花疫苗的基础。18 世纪中叶，天花曾在欧洲造成大量人口死亡。即便是脊髓灰质炎、麻疹、风疹等较新的疫苗，在研发时也大多未完全掌握免疫的底层机制。
遗憾的是，并非所有疫苗研发都能成功；更糟的是，部分疫苗被证实对人体有害，呼吸道合胞病毒疫苗的悲剧便是一例。此外，我们至今仍未能研发出针对艾滋病、疟疾等多种全球致命疾病的有效疫苗。人们希望，更深入地了解保护性长效抗体应答与 B 细胞记忆生成的细胞分子机制，能帮助我们为尚无疫苗的病原体研发安全有效的疫苗。此外，这类知识还可能带来更广泛的益处，例如用于开发系统性自身免疫病与B 细胞肿瘤的治疗手段 —— 这类疾病在一定程度上正是生成 B 细胞记忆过程中意外产生的后果。
我们现已明确，多数传染病的免疫记忆在单次感染后即可获得，其形成依赖于两道核心记忆防线：
- 长寿浆细胞：持续产生保护性抗体；
- 记忆 B 细胞：再次感染时可快速响应，应对病原体及其变异株。
初次应答中，抗原驱动初始 B 细胞分化为长寿浆细胞与记忆 B 细胞的过程，主要发生在次级淋巴器官的B 细胞滤泡与生发中心，并分为两个连续阶段。
- 第一阶段：B 细胞受体（BCR）的抗原刺激，促使初始 B 细胞在 B 细胞滤泡中分化为短寿浆细胞与生发中心 B 细胞。
- 第二阶段：抗原驱动生发中心 B 细胞在生发中心内分化为长寿浆细胞与记忆 B 细胞。
在后续的抗原再次应答中，记忆 B 细胞可分化为长寿浆细胞，或重新进入生发中心反应。本文详细描述记忆 B 细胞发育的这两个核心阶段，强调各阶段决定成功的关键变量，并简要阐述艾滋病、疟疾等慢性感染如何破坏保护性 B 细胞记忆的建立。在此基础上，我们探讨跳过这类慢性感染疫苗研发、直接通过预防性广谱中和抗体实现保护的可行性。
B 细胞记忆的第一阶段
抗原驱动的初始 B 细胞分化
初始 B 细胞首先在次级淋巴器官的 B 细胞滤泡中接触抗原。抗原与 BCR 结合，触发下游 BCR 信号，并使 BCR 结合的抗原被内吞、加工，以MHC II 类分子呈递。抗原激活的初始 B 细胞代谢活性增强，并表达趋化因子受体（CCR7、EBI2），引导其迁移至T 细胞区边界，与经树突状细胞（DC）预激活、向滤泡辅助性 T 细胞（Tfh） 分化的抗原特异性辅助性 T 细胞相互作用。
近期研究提示，病毒感染时，滤泡边界处还存在由分泌 IL-4 的自然杀伤 T 细胞介导的额外 B 细胞应答调控层。
初始 B 细胞具有多向分化潜能，与辅助性 T 细胞互作后至少有三种命运：
- 短寿浆细胞：快速产生病原体特异性抗体（类别转换与未转换均有），亲和力相对较低，主要定居于脾脏红髓与淋巴结髓索，寿命通常仅持续感染期。
- 生发中心 B 细胞：进入第二阶段的生发中心，后续分化为长寿浆细胞与记忆 B 细胞。
- 不依赖生发中心的记忆 B 细胞：可直接在滤泡中生成；BCL-6 缺陷小鼠无法形成生发中心，仍可分化为无体细胞高频突变（SHM）的 IgM + 与 IgG + 记忆 B 细胞，但无法产生长寿浆细胞。
此外，不依赖 T 细胞的 I 型、II 型抗原也可诱导长寿浆细胞与记忆 B 细胞；II 型多糖抗原（如肺炎球菌疫苗）可诱导长期抗体保护。
前体频率、抗原亲和力与效价
一项针对 HIV 疫苗的小鼠研究显示：
- 初始 B 细胞前体频率（约 1/10⁶）、抗原亲和力（<1 μM）与**效价**（抗原表位价数 > 60）共同限制生发中心完成发育；
- 高亲和力多聚体抗原可驱动稀有初始 B 细胞分化为生发中心 B 细胞，经单次免疫即可发生广泛体细胞高频突变并分化为记忆 B 细胞。
转录调控研究进一步证实：
- IRF4（调控浆细胞分化）的表达水平由 BCR 信号强度决定；
- 瞬时低水平 IRF4促进生发中心 B 细胞命运；
- 持续高水平 IRF4促进浆细胞分化。
Tfh 细胞提供的CD40L–CD40 信号与IL-21参与调控 B 细胞向生发中心或浆细胞分化；持续 CD40 信号拮抗生发中心 B 细胞分化，促进浆细胞生成。
人类扁桃体初始 B 细胞与生发中心 B 细胞的亲和力阈值对比显示：初始 B 细胞的内在亲和力阈值仅为生发中心 B 细胞的 1/100（约 0.5 μM），处于功能性抗体亲和力下限。这意味着第一阶段几乎很少因亲和力低而排除抗原特异性初始 B 细胞，低亲和力 B 细胞仍可进入生发中心，获得分化为高亲和力长寿浆细胞与记忆 B 细胞的机会。
命运指令的分子机制
多项体内研究揭示：
- PKCβ缺陷 B 细胞无法形成浆细胞与生发中心，该激酶调控 B 细胞极化与 mTOR 依赖的代谢重编程；
- BCR 信号触发自噬从经典向非经典转换，改变线粒体稳态，影响生发中心与浆细胞命运；
- ITSN2缺陷导致 B 细胞与 T 细胞长期结合能力下降，严重损害生发中心形成与抗体亲和力成熟。
抗原结构的影响
- 弱免疫原亚单位抗原偶联细菌膜复合物（如脑膜炎球菌外膜复合物）或病毒样颗粒（VLP），免疫原性极强，可诱导高滴度持久抗体；
- HPV 疫苗（VLP）保护力接近完全，单剂即可有效，诱导的记忆 B 细胞可产生强效中和抗体，且无需广泛体细胞高频突变。
抗原在体内的存在形式同样关键：
- 小分子抗原可快速穿透 B 细胞滤泡；
- 大分子抗原、病毒被包膜下窦巨噬细胞捕获，以免疫复合物形式经非特异性 B 细胞转运至滤泡树突状细胞（FDC），持续提供抗原；
- FDC 提供 3D 网络，分泌 CXCL13，招募并保留 CXCR5+ B 细胞于生发中心。
膜结合抗原比可溶性抗原更有效激活 B 细胞，但二者对 B 细胞命运的影响差异尚不明确，是疫苗设计的重要待解问题。
微环境中病原体产物的作用
病原体相关分子模式（PAMP），尤其是TLR9 配体 CpG，会产生意外作用：
- 阻断抗原内吞后的加工呈递，降低 B 细胞获得 T 细胞帮助的能力；
- 同时拯救抗原激活 B 细胞免于凋亡，驱动其增殖分化为低亲和力短寿浆细胞，而非进入耗时的生发中心反应。
这提示：CpG 等佐剂不适合需要高频突变的疫苗（如 HIV 广谱中和抗体）；常规佐剂虽提升抗体滴度，但未必促进体细胞高频突变。未来佐剂评价需同时评估抗体滴度、持续时间与生发中心反应、体细胞高频突变。
B 细胞记忆的第二阶段
抗原驱动的生发中心 B 细胞分化
与第一阶段几乎无亲和力筛选不同，第二阶段核心是通过筛选生成高亲和力 B 细胞。
从初始 B 细胞分化而来的生发中心 B 细胞进入新生生发中心，高表达BCL-6与S1P₂（促进滞留）。生发中心分为：
- 暗区：生发中心 B 细胞快速增殖，发生体细胞高频突变（SHM）；
- 亮区：经筛选后走向三种命运：
- 分化为长寿浆细胞：定居骨髓，持续分泌大量抗体，可存活数年甚至终身；
- 分化为长寿记忆 B 细胞：静息态，定居于次级淋巴器官等组织；
- 重返暗区：继续突变与筛选，最终形成记忆 B 细胞或长寿浆细胞。
再次应答中，记忆 B 细胞激活后可：
- 分化为长寿浆细胞；
- 进入生发中心，进行扩增、突变与筛选。
亲和力阈值与生发中心 B 细胞筛选
B 细胞通过机械力捕获膜抗原：
- 高亲和力 BCR 更能抵抗拉力，有效内吞抗原并呈递给 Tfh 细胞；
- 亲和力高低间接决定抗原呈递量，进而决定筛选结果。
与生发中心 B 细胞相比：
- 初始 B 细胞亲和力阈值低 100 倍；
- 生发中心 B 细胞的CD40 与 BCR 信号通路重编程，需双重信号才能激活 MYC（存活关键），对抗原与 T 细胞要求更严格；
- 人类生发中心 B 细胞低表达 VLA4，小鼠生发中心 B 细胞形成特化免疫突触结构，进一步提高亲和力筛选阈值。
生发中心 B 细胞的进一步分化
生发中心反应存在时间开关：
- 早期：优先产生体细胞突变少的记忆 B 细胞；
- 后期：优先产生突变多、高亲和力的长寿浆细胞。
关键调控：
- 高亲和力生发中心 B 细胞更易分化为浆细胞，依赖 Tfh–B 细胞强相互作用与 IRF4 高表达；
- 低亲和力生发中心 B 细胞更易分化为记忆 B 细胞，高表达转录抑制因子BACH2，受 T 细胞帮助强度调控。
记忆 B 细胞存在功能亚群：
- IgM + 记忆 B 细胞：再次应答时倾向进入生发中心；
- 类别转换记忆 B 细胞（如 IgG+）：倾向分化为浆细胞；
- CD80+PD-L2+：高亲和力，优先分化为浆细胞；
- CD80–PD-L2–：低亲和力，优先进入生发中心。
长寿浆细胞与记忆 B 细胞在保护性免疫中的作用
当前模型认为，B 细胞记忆构成两道防御屏障：
- 第一道屏障（长寿浆细胞）：骨髓分泌的高选择、高特异性抗体，抵御同源病原体再次感染；
- 第二道屏障（记忆 B 细胞）：筛选更宽松，识别谱更广，可应对逃逸变异病原体，激活后分化为浆细胞或重返生发中心补充库。
实验证据：
- 西尼罗河病毒野生株诱导的长寿浆细胞抗体，对变异株中和能力弱；但记忆 B 细胞来源的浆细胞可同等识别野生株与变异株，且无需额外突变；
- 流感病毒研究显示：长寿浆细胞抗体保护同源株，记忆 B 细胞负责异源株保护，主要靶向保守的血凝素茎部；
- 个体流感免疫史影响广谱保护应答：预存抗体高则偏向株特异性头部应答，预存低则偏向广谱茎部应答。
慢性感染对记忆 B 细胞的影响
上述研究多基于急性感染或疫苗免疫模型，而慢性感染（艾滋病、疟疾、肝炎）会严重破坏 B 细胞记忆：
- 特征性出现大量T-bet + 非典型记忆 B 细胞；
- 其功能与人类疾病的关联性尚不明确，极大增加疫苗研发难度。
预防性抗体
尽管诱导 B 细胞记忆是最经济有效的预防手段，但艾滋病、疟疾等疫苗研发屡屡受挫，推动了直接使用强效广谱中和抗体作为预防手段的策略。
被动抗体治疗已有百年历史，而今技术突破：
- 可分离稀有、强效、广谱交叉反应的人源单克隆抗体；
- 抗体工程可提升效价、交叉反应、半衰期；
- 载体介导抗体体内表达：单次注射实现持续稳定分泌，前景广阔。
多种抗病毒、抗疟疾单克隆抗体已进入临床开发，未来几年将验证该策略的价值。
总结
我们已能为公元前 430 年雅典的瘟疫幸存者解释 “为何不会被再次致命攻击”：B 细胞记忆由长寿浆细胞与记忆 B 细胞共同构成，并通过两阶段抗原驱动过程从初始 B 细胞发育而来。我们也基本理解两道记忆屏障的构建方式与抗感染机制。
但我们仍未完全掌握如何精准设计疫苗与佐剂以稳定诱导 B 细胞记忆。目前尚不清楚能否形成通用研发准则，或疫苗设计仍需依赖经验。随着 B 细胞记忆研究的快速进展，我们乐观预计，不久的将来将诞生新的研发策略，为人类最凶险的疾病带来急需的疫苗。
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