祁海團隊基于質譜法揭示男性免疫力低于女性

　　人體在遭受病原侵襲時，在兩性之間有些有趣的差異。通常，女性比男性個體會產生更強的體液免疫應答（Humoral Immunity，指的是通過B細胞產生抗體來達到保護目的的免疫機制），特別是能產生更多抗體來實現自我保護。相對于男性，女性面對很多需要抗體來抵抗的傳染病都顯示發病率更低、病程更弱的特點。另外，通過接種疫苗來產生保護性抗體進而預防傳染病，往往也是在女性人群的效果比男性更好。這一現象有可能與女性需要懷孕哺乳并需要將抗體傳遞給孩子有關。但是由此帶來的一個后果是，相較于男性，女性更容易容易罹患抗體介導的自身免疫病【1-3】。那么是什么具體的生物學機制在雌雄個體間引起了抗體免疫應答的強弱不同呢，即為什么體液免疫會表現出性別二態性（Sexual dimorphism of humoral immunity）呢？

　　2019年12月26日，清華大學祁海團隊在Nature雜志上發表題為A GPR174–CCL21 module imparts sexual dimorphism to humoral immunity的文章。以小鼠為對象，研究團隊發現CCL21（人CC趨化因子配體21）有一個新受體GPR174，而GPR174可以調控雄鼠的B細胞定位和抑制生發中心（germinal centres）發育，卻對雌鼠卻不起作用，從而揭示了體液免疫性別二態性的內在形成新機制，為增強疫苗接種效果、以及針對抗體介導自身免疫疾病的治療提供了新思路和潛在新靶點。

　　抗體是B細胞接受抗原刺激、分化成漿細胞（plasma cells）后產生的。為了能更有效的分化成漿細胞、產生種類和數量更多的抗體，B淋巴細胞需要從濾泡區（follicles）轉移到生發中心里，經歷一個所謂“親和力成熟”的過程。從濾泡到生發中心，B淋巴細胞在接受抗原刺激后會經歷一系列遷移運動。生發中心中，一組介導受體（guidance receptors）參與了抗原活化B細胞（Antigen-activated B cells）的遷移運動，這其中包括趨化因子受體（chemokine receptors）CXCR5 【4,5】和CCR7【6,7】， 鞘氨醇-1-磷酸受體2（sphingosine-1-phosphate receptor 2，簡稱S1PR2）【8】和G蛋白偶聯受體183（G-protein-coupled receptor，簡稱GPR183）【9,10】。但是，這些分子的表達水平并沒有性別差異。在GPR183的啟發之下，作者首先檢測了一系列G蛋白偶聯受體（GPCRs），發現位于X染色體上的G蛋白偶聯受體GPR174在初始B細胞（naive B cells）和生發中心B細胞（germinal-centre B cells）中均有所表達。并且，過表達GPR174可以促進B細胞更易于遠離生發中心而向T細胞區定位。

　　接下來，作者研究了在不同性別小鼠中，GPR174對生發中心的形成是否具有不同的影響。在羊紅血球（sheep red blood cells，簡稱SRBCs）刺激7天之后，對于野生小鼠，雄鼠的生發中心尺寸明顯要小于雌鼠；對于GPR174缺失的小鼠，雄鼠生發中心尺寸明顯恢復，而雌鼠卻沒有明顯變化。另外，雄鼠較低水平的脾臟漿細胞（splenic plasma cells）和抗SRBC免疫球蛋白G（anti-SRBC IgG）在缺失了GPR17的情況下，也得到了一定程度的恢復。這些結果說明，GPR174可以抑制雄鼠B細胞形成生發中心和產生漿細胞的能力，而對雌鼠沒有影響。

　　隨后，作者通過質譜的方法推測CCL21和CCL19這兩種趨化因子很可能是GPR174的配體（Ligand），并且通過生物化學手段證實，CCL21就是GPR174的配體。作為趨化因子，CCL21可以募集活化的B細胞，所以，作者研究性別差異是否對此有所影響。作者發現，雄鼠B細胞被募集至CCL21區域（CCL21在遠離生發中心的T細胞區分布）的水平要高于雌鼠一倍之多；而GPR174缺失可以導致雄鼠B細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細胞募集水平也有少量降低。這些結果說明，GPR174所介導的B細胞向CCL21處募集與否很可能是體液免疫的性別二態性形成的原因之一。

　　G蛋白偶聯受體的趨化作用（chemotaxis）受G蛋白Gαi（Gαi-1，Gαi-2，Gαi-3）正向調控，而受Gα12和Gα13反向調控。同一種G蛋白偶聯受體在不同情況下，可以與不同G蛋白結合，啟動不同的信號通路【11】。作者通過免疫共沉淀的方法發現，活化B細胞中的GPR174可以與Gα13發生明顯蛋白質相互作用，與Gαi-1和Gαi-2也有少量的結合【12】，而且，在CCL21的刺激之下，GPR174與Gα13，Gαi-1和Gαi-2這三種G蛋白的結合均有顯著增強。值得注意的是，雄性B細胞中GPR174-Gαi之間的相互作用要明顯高于雌性，GPR174-Gα13相互作用則沒有性別差異，而來自去除睪丸的雄性小鼠的雄細胞中GPR174與Gαi之間的耦合減少；如果人為給雌性動物注射雄激素，則雌性B細胞就會變得象雄性B細胞一樣開始耦合更多Gαi，從而更有效地向CCL21趨化移動。這些結果說明，CCL21所誘導的GPR174-Gαi相互作用具有性別差異，很可能參與造成了體液免疫的性別二態性。同時，這些結果也說明雄性激素在起關鍵作用。

　　最后，作者也探究了上述CCL21-GPR174-Gαi機制的性別差異，是否能解釋雌雄自身免疫病的易感差別。作者通過骨髓嵌合實驗（bone-marrow chimaeras）與實驗性自身免疫性腦脊髓炎模型（experimental autoimmune encephalomyelitis，簡稱EAE）相結合的方法發現，發現小鼠B細胞的GPR174缺失，會加重雄鼠的EAE疾病指標，但是對雌鼠沒有明顯影響。

　　這些數據闡明了體液免疫性別差異的一個原因。位于X染色體上的G蛋白偶聯受體GPR174可以感受趨化因子 CCL21。在雄鼠中，趨化因子CCL21促進GPR174與G蛋白Gαi相結合，抑制B細胞向生發中心遷移，體液免疫應答水平隨之減弱；而雌鼠中GPR174卻無此作用。

　　綜合來說，祁海研究組的這一研究給雌雄個體間抗體免疫應答的強弱不同找到了一個明確的細胞免疫學機制，為理解哺乳動物免疫系統共同擁有的雌雄有別這一特點開辟了一條始料未及的新路。雖然GPR174控制B細胞生發中心定位不應該是唯一導致雌雄差異的機制，但雄性個體居然能夠依賴激素在免疫應答的特定階段、在特定細胞上調控特定GPCR與Gα蛋白耦合效率，從而實現微調抗體免疫應答以達到一種與雌性不同的平衡，令人不得不感嘆大自然的巧妙。據祁海研究員介紹，他們下一步將深入探索激素如何調控GPCR-Gα蛋白耦合，GPR174與CCR7在CCL21配體刺激下如何協同或拮抗，這些過程如何在人體內影響B細胞的功能和自免疫疾病。他們也希望針對GPR174和其相關的過程機制開發藥物，以期增強疫苗接種的效果。

　　據悉，清華-北大生命科學聯合中心2013級博士生趙若竹是本文的第一作者。清華大學醫學院博士畢業生陳欣博士、碩士畢業生馬偉偉、博士后張晉渝博士參與了重要實驗工作。該課題還得到了中國科學院微生物學研究所周旭宇研究組、清華大學生命科學學院王建斌研究組和軍事醫學科學院李濤研究組的幫助。

　　參考文獻

　　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. F?rster, 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. F?rster, 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).