Limfocyty B, zwane także limfocytami szpikozależnymi, to komórki układu immunologicznego odpowiedzialne za wytwarzanie przeciwciał. Powstają w szpiku kostnym, a w toku reakcji zapalnej różnicują się w narządach limfatycznych. Limfocyty B uczestniczą we wszystkich fazach nabytej odpowiedzi immunologicznej, a częściowo także w odporności wrodzonej. Chronią organizm przed rozwojem infekcji oraz zapobiegają chorobom autoimmunologicznym i nowotworowym. W medycynie komórki te są wykorzystywane w terapiach genetycznych oraz w leczeniu schorzeń układu odpornościowego. Nieprawidłowości w funkcjonowaniu limfocytów B prowadzą do zaburzeń wytwarzania przeciwciał i do dysregulacji mechanizmów immunologicznych.
1. Historia odkrycia limfocytów B
Historia odkrycia limfocytów B rozpoczęła się w 1948 roku, kiedy prowadzono badania nad identyfikacją immunoglobulin i przeciwciał. Udowodniono, że za uwalnianie przeciwciał odpowiedzialne są komórki plazmatyczne. Na scharakteryzowanie poszczególnych subpopulacji limfocytów B trzeba było jednak czekać blisko 30 lat. [9]
Na przełomie lat 60. i 70. XX wieku dwa niezależne zespoły pod kierownictwem Nielsa Jerne’a i Macfarlane’a Burneta wykazały sposób powstawania przeciwciał. Obaj naukowcy za swoje osiągnięcia zdobyli Nagrodę Nobla w dziedzinie fizjologii lub medycyny (odpowiednio w 1960 i 1984 roku). W 1972 roku Gerald Edelman i Rodney Porter opisali strukturę chemiczną przeciwciał, za co również otrzymali Nagrodę Nobla w dziedzinie fizjologii lub medycyny. Następnie badania prowadzone na modelach zwierzęcych i wśród pacjentów zmagających się z niedoborami odporności wykazały, że przeciwciała znajdują się na powierzchni specyficznych cząsteczek, przez które są produkowane. Max Cooper i Robert Good nazwali je limfocytami B. W 1987 roku Susumu Tonegawa opisał sekwencję genów kodujących ich receptory. [9]
W toku dalszych badań i rozwoju technologii okazało się, że immunoglobuliny obecne na powierzchni limfocytów B ulegają ekspresji we krwi obwodowej u pacjentów z przewlekłą białaczką limfatyczną. W kolejnych latach zaczęto wykorzystywać poziom ekspresji immunoglobulin powierzchniowych jako markerów różnicujących limfocyty B zdrowe od limfocytów białaczkowych. [9]
2. Budowa limfocytów B
Limfocyty B mają kulisty kształt. Cechują się słabo rozbudowaną siateczką śródplazmatyczną szorstką, a także małą ilością cytoplazmy i organelli komórkowych. W jądrze limfocytu B znajduje się gęsto upakowana chromatyna. [7]
Błona komórkowa limfocytów B wiąże immunoglobuliny (Ig). Na powierzchni komórek znajdują się receptory dla limfocytów B (ang. B cell receptor, BCR). Na limfocytach B występują również cząsteczki, będące antygenami powierzchniowymi (ang. cluster of differentiation, CD). Należą do nich CD19, CD20, CD21 (CR2), CD22, CD32 (FcγRII), CD35 (CR1), CD40, CD72, CD80, CD86. Ich obecność warunkuje funkcje limfocytów B. [3]
3. Podział limfocytów B
Występuje kilka subpopulacji limfocytów B. Należą do nich:
- limfocyty B1, zwane również konwencjonalnymi limfocytami B
- limfocyty B2
- komórki plazmatyczne
- komórki pamięci immunologicznej [6]
Limfocyty B1 stanowią około 20% tej populacji komórek we krwi obwodowej. Ich największą aktywność obserwuje się w okresie płodowym. Stanowią pierwszą linię obrony przeciwbakteryjnej. Są źródłem autoprzeciwciał oraz przeciwciał o szerokiej swoistości, głównie IgM. Biorą udział w odpowiedzi na antygeny grasiczoniezależne. Limfocyty B1 nie różnicują się w komórki pamięci immunologicznej. [3]
Komórki B2 są najbardziej liczną subpopulacją wśród limfocytów B. Biorą udział w kształtowaniu odporności pierwotnej i wtórnej. Cechują się uwalnianiem IgM i IgD. Różnicują się w komórki pamięci immunologicznej i komórki plazmatyczne. [3]
Komórki pamięci immunologicznej mogą żyć kilka miesięcy, a nawet kilka lat. Mają niski próg aktywacji i odpowiadają za szybką odpowiedź wtórną. Komórki plazmatyczne dzielą się zaś na komórki krótko żyjące (kilka dni) i długo żyjące (około 100 dni). Pierwszy typ komórek zasiedla wtórne tkanki limfatyczne. Może działać zależnie bądź niezależnie od limfocytów T. Natomiast komórki plazmatyczne długo żyjące znajdują się w szpiku. Odpowiadają za odpowiedź immunologiczną niezależną od limfocytów T. [3]
4. Powstawanie limfocytów B
Proces powstawania limfocytów B jest wieloetapowy i niezwykle złożony. Prekursorami dla limfocytów B są hematopoetyczne komórki macierzyste (ang. hematopoietic stem cells, HSC) znajdujące się w szpiku kostnym. W procesie proliferacji komórek HSC oraz na skutek selekcji i apoptozy tymocytów, rozwijają się limfocyty. Te z kolei różnicują się w komórki T i B. [1]
Komórki B we wczesnym fazie rozwoju nazywane są limfocytami pre-pro-B. W ich wnętrzu zachodzi ekspresja genów prowadząca do powstawania receptorów immunoglobulinowych. W kolejnym etapie cząsteczki limfocytów pre-pro-B, pod wpływem zmiany konfiguracji obecnych na ich powierzchni genów, są przekształcane do formy pro-B. Na powierzchni limfocytów pro-B pojawiają się liczne receptory i białka głównego układu zgodności tkankowej (MHC). Pod ich wpływem cząsteczki komórek pro-B zmieniają się w niedojrzałą formę limfocytu B. [2] Niedojrzałe limfocyty B opuszczają szpik kostny i wraz z krwioobiegiem przemieszczają się do obwodowych narządów limfatycznych. [3]
4.1. Dojrzewanie limfocytów B
Proces dojrzewania limfocytów B zachodzi w obecności immunoglobulin i różnorodnych antygenów. Jest on kontrolowany przez czynniki transkrypcyjne, komórki podścieliska szpiku, cząsteczki adhezyjne (VCAM-1, VLA-4), interleukiny (IL-7, IL-4, IL-1), transformujący czynnik wzrostu beta (TGF-β) i czynnik martwicy nowotworów alfa (TNF-α). [2] Dojrzałe limfocyty B zawierają na swojej powierzchni w pełni wykształcone receptory BCR i są zdolne do uwalniania przeciwciał IgM. [3]
Aktywacja limfocytów B zachodzi pod wpływem rozpoznania antygenu przez receptory BCR, związania go i przekazania sygnału do wnętrza komórki. [4] Wówczas następuje utworzenie agregatów BCR i antygenu i wzmocnienia aktywności limfocytu B. [5]
5. Receptory limfocytów B
Receptory limfocytów B to białka odpowiedzialne za łączenie się z antygenami i przekazywania sygnału do wnętrza komórki. Receptory BCR zbudowane są z dwóch łańcuchów polipeptydowych: Igα (CD79a) i Igβ (CD79b) oraz z umieszczonych w błonie komórkowej przeciwciał. Łańcuchy polipeptydowe receptora odbierają zmiany konformacyjne przeciwciała błonowego i pobudzają kinazy odpowiedzialne za przekazywanie sygnału. [6] Natomiast przeciwciała obecne w limfocycie B w procesie opsonizacji oplatają patogen, ułatwiając komórkom żernym jego pochłonięcie i strawienie. Przeciwciała aktywują również układ dopełniacza, neutralizują toksyny i unieszkodliwiają wirusy oraz mają zdolność blokowania metabolitów wtórnych bakterii. Mają też właściwości cytotoksyczne. [8]
6. Rola limfocytów B w patogenezie chorób
6.1. Toczeń rumieniowaty układowy
Toczeń rumieniowaty układowy (SLE) to choroba autoimmunologiczna, która rozwija się na skutek zaburzonych procesów apoptozy oraz wzmożonego uwalniania cytokin i przeciwciał antyjądrowych (ANA). [10] Dochodzi do nieprawidłowości w działaniu limfocytów B i T regulatorowych oraz stymulacji produkcji prozapalnych komórek Th17. [11]
W zdrowym organizmie limfocyty B reagujące na własne antygeny są eliminowane. W momencie zaburzenia mechanizmów kontrolowanej śmierci komórki dochodzi do kumulacji autoreaktywnych limfocytów B. Jedną z przyczyn takiego stanu są nieprawidłowości w sygnalizacji receptorów BCR, co skutkuje brakiem apoptozy. Do zablokowania receptorów BCR dochodzi wskutek ich mutacji lub nieprawidłowej interakcji limfocytów B z limfocytami T. Prowadzi to do zwiększonej ekspresji cytokin (m.in. IL-6 i IL-21) oraz nasila się aktywność receptorów toll-podobnych (ang. Toll-like receptors, TLR). [12] Jednocześnie limfocyty B przestają wytwarzać cytokiny o działaniu hamującym, takie jak IL-10 i IL-35. W efekcie dochodzi do ograniczenia funkcji innych komórek odpornościowych i uruchomienia procesów różnicowania limfocytów T regulatorowych. Konsekwencją są zaburzenia tolerancji immunologicznej. [11]
6.2. Twardzina układowa
Twardzina układowa (SSc) to rzadka ogólnoustrojowa choroba autoimmunologiczna. Charakteryzuje się zaburzeniami odpowiedzi immunologicznej, włóknieniem tkanek i waskulopatią, czyli nawracającymi schorzeniami drobnych naczyń krwionośnych. W patogenezie tej choroby wytwarzane są autoprzeciwciała prowadzące do nieprawidłowości immunologicznych. Znaczącą rolę w jej powstawaniu pełną również limfocyty B, które wraz z komórkami odpornościowymi, fibroblastami i komórkami śródbłonka tworzą nacieki zapalne. [13]
Zmienione chorobowo limfocyty B zawierają na swojej powierzchni cząsteczki CD-19 o wysokiej aktywności, które obniżają próg ich pobudliwości. W efekcie dochodzi do hipergammaglobulinemii. Dodatkowo u chorych na twardzinę układową obserwuje się podwyższone wartości czynnika aktywującego limfocyty B (BAFF), którego ilość koreluje z ze stopniem nasilenia choroby. Pod wpływem BAFF limfocyty B zwiększają wydzielanie IL-6 i związków profibrotycznych. Jednocześnie dochodzi do zmniejszonego uwalniania IL-10, odpowiedzialnej za hamowanie stanu zapalnego i procesów autoimmunizacji. [14]
6.3. Miastenia
MIastenia (MG) jest przewlekła chorobą autoimmunologiczną cechującą się zaburzeniami przekaźnictwa nerwowo-mięśniowego. Objawia się przewlekłym zmęczeniem i osłabieniem mięśni szkieletowych. [15] Przyczyną miastenii są dysfunkcje humoralnej odpowiedzi immunologicznej, prowadzące do braku tolerancji wobec własnych antygenów. Limfocyty B zaczynają wytwarzaniać przeciwciała i stopniowo dochodzi do niszczenia płytek nerwowo-mięśniowych. [16]
W miastenii zmienia się struktura subpopulacji limfocytów B. Dochodzi do spadku liczby limfocytów klasy B10, które uwalniają IL-10 (należącą do cytokin immunosupresyjnych) i do zahamowania proliferacji limfocytów T. Wykazano, że im mniej komórek B10, tym cięższy przebieg choroby. [16,17] Trwają badania nad wykorzystaniem tej grupy limfocytów w diagnostyce miastenii. [15]
6.4. Zespół Devica
Zespół Devica, czyli zapalenie rdzenia i nerwów wzrokowych (ang. neuromyelitis optica, NMO), to rzadka choroba demielinizacyjna ośrodkowego układu nerwowego (OUN). Wskazuje się na znaczącą rolę limfocytów B w patogenezie tego schorzenia. Produkują one bowiem autoprzeciwciała (najczęściej klasy IgG) przeciwko akwaporynie 4. Akwaporyna 4 odgrywa rolę kanału transportującego cząsteczki wody w błonach komórkowych astrocytów, a te z kolei są głównym elementem strukturalnym bariery krew-mózg. [18] Uwolnione przeciwciała klasy IgG wiążą się z akwaporyną 4 i zapoczątkowują uszkodzenie OUN. [20] Wskutek blokady akwaporyny 4 dochodzi do zmiany objętości przestrzeni pozakomórkowej i do zaburzeń krążenia płynu mózgowo-rdzeniowego. W efekcie pojawia się zapalenie nerwów. [19]
U osób zmagających się z zespołem Devica dochodzi do nieprawidłowości w prezentacji antygenów oraz dysregulacji w wydzielaniu cytokin pro- i przeciwzapalnych przez limfocyty B, Brakuje czynników hamujących rozwój autoreaktywnych komórek B oraz dochodzi do wytworzenia tolerancji na zbyt małą ilość limfocytów B regulatorowych. [21] Dodatkowo w płynie mózgowo-rdzeniowym pacjentów z zespołem Devica obserwuje się podwyższony poziom plazmoblastów specyficznych dla akwaporyny 4. [20,21]
Limfocyty B są zdolne do przemieszczania się pomiędzy płynem mózgowo-rdzeniowym a surowicą krwi. Za ich przeżycie odpowiadają IL-5, IL-6, BAFF oraz białka indukujące proliferację komórek (ang. a proliferation inducing ligand, APRIL). Natomiast źródłem białek APRIL i IL-6 są eozynofile, które jednocześnie dbają o przeżycie komórek plazmatycznych. Zmiana ilości i umiejscowienia eozynofili ma zatem wpływ na wytwarzanie przeciwciał odpowiedzialnych za rozwój zespołu Devica. [22]
6.5. Stwardnienie rozsiane
Stwardnienie rozsiane (SM) to przewlekła choroba zapalna OUN, w której dochodzi do uszkodzenia tkanki nerwowej. [23] Choroba przebiega w różny sposób. Patogeneza SM jest złożona i wieloczynnikowa. Główną przyczyną powstawania tego schorzenia są zaburzenia funkcjonowania układu odpornościowego, m.in. zmiany poziomu limfocytów B. Komórki te wydzielają znacznie ilości TNF-α uszkadzając oligodendrocyty. Jednocześnie dochodzi do zmniejszenia poziomu przeciwzapalnych interleukin. Dodatkowo limfocyty B uwalniają przeciwciała przeciwko białkom budującym oligodendrocyty i osłonki mielinowe (anty-MOG, anty-MBP, anty-PLP). Tym samym biorą aktywny udział w demielinizacji nerwów. [24]
W leczeniu stwardnienia rozsianego stosuje się substancje modulujące działanie limfocytów B. Przeciwciała zawarte w lekach na SM łączą się z receptorami komórek B redukując ich ilość. Hamują tym samym niszczenie osłonek mielinowych, zmniejszają stan zapalny w obrębie OUN i ograniczają rozwój choroby. [12]
6.6. Udary mózgu
Udar mózgu to jednostka chorobowa polegająca na nagłym wystąpieniu ogniskowych lub uogólnionych zaburzeń czynności mózgu. Wyróżnia się udary krwotoczne i udary niedokrwienne mózgu. W przebiegu udaru dochodzi do nacieku limfocytów B w mózgu. Z jednej strony taki naciek działa ochronnie, zapobiegając rozlaniu się udaru na pozostałe obszary mózgu. Dochodzi do uwalniania IL-10 o właściwościach przeciwzapalnych i pobudzania syntezy limfocytów T regulatorowych. Z drugiej strony nadmiar limfocytów B uszkadza tkankę nerwową i jest przyczyną zaburzeń poznawczych u pacjentów. [25,26]
Po przebytym udarze limfocyty B zaczynają uwalniać autoreaktywne przeciwciała, które działają cytotoksycznie. Mogą także indukować apoptozę neuronów. Powstające w procesie nadaktywności limfocytów B złogi immunoglobulin G nasilają stan zapalny i zwiększają prawdopodobieństwo upośledzenia funkcji kognitywnych. [27,28]
6.7. Schorzenia układu oddechowego
Limfocyty B gromadzą się w nabłonku i w warstwie śluzowej oskrzeli i płuc. Są składnikami tkanki limfoidalnej powiązanej z oskrzelami (ang. bronchial associated lymphoid tissue, BALT). W ostatnich latach coraz częściej zwraca się uwagę na udział limfocytów B w powstawaniu schorzeń układu oddechowego, m.in. przewlekłej obturacyjnej choroby płuc (POChP), astmy oskrzelowej, śródmiąższowego zapalenia i raka płuc. [8]
6.7.1. Przewlekła obturacyjna choroba płuc
W przewlekłej obturacyjnej chorobie płuc poziom limfocytów B wzrasta. Kumulują się one pod warstwą nabłonkową w małych drogach oddechowych lub w śluzówce oskrzeli. Im więcej limfocytów B, tym intensywniejszy postęp choroby. Nadal trwają badania nad wyodrębnieniem specyficznych antygenów uruchamiających limfocyty B. Udział tych komórek w patogenezie POChP częściowo potwierdza, że choroba ta ma podłoże autoimmunologiczne. [8]
6.7.2. Astma oskrzelowa
Astma oskrzelowa cechuje się zwiększoną liczbą limfocytów B i przeciwciał klasy IgG4 we krwi obwodowej. [29] Poziom limfocytów B i plazmocytów rośnie proporcjonalnie do zaostrzenia choroby. Na powierzchni tych komórek dochodzi do wytworzenia się receptora leukotrienów (ang. cysteinyl leukotriene receptor 1, CySLT1) [30]. Jego aktywacja powoduje skurcz i proliferację komórek mięśni gładkich. Dochodzi do migracji eozynofili, co skutkuje zniszczeniem śluzówki płuca. U osób chorujących na astmę obserwuje się również nasiloną
miejscową produkcję przeciwciał klasy IgE w śluzówce oskrzeli. Ich obecność nasila stan zapalny. [31]
6.7.3. Rak płuc
Niedrobnokomórkowy rak płuca (NDRP) to choroba, w której komórki nowotworowe zaczynają się mnożyć w tkance płuc. Powstaje głównie na skutek palenia papierosów. Choroba ta charakteryzuje się obniżoną liczbą limfocytów B oraz niskim poziomem wytwarzanych przeciwciał. Jednocześnie procesy proliferacji tych komórek pozostają w normie. Jest to efekt nasilonej apoptozy limfocytów B. Natomiast u osób w zaawansowanym stadium choroby i u schyłku życia dochodzi do gwałtownego wzrostu poziomu limfocytów B. Najczęściej jest to związane z przerzutami nowotworowymi i wiąże się ze skróceniem czasu przeżycia. Drobnokomórkowy rak płuc (DRP) również jest związany z kancerogenezą wywołaną paleniem tytoniu. Charakteryzuje się bardzo dużą liczbą mutacji somatycznych. U tej grupy chorych obserwuje się wzrost produkcji przeciwciał klas IgG2, IgG3 i IgG4 uwalnianych przez limfocyty B. [8]
6.7.4. Gruźlica
Gruźlica to niebezpieczna choroba zakaźna o podłożu bakteryjnym. U pacjentów z gruźliczym zapaleniem opłucnej obserwuje się obniżenie poziomu limfocytów B w płynie opłucnowym, natomiast ich liczba we krwi obwodowej nie zmienia się. U chorych z zaawansowaną postacią gruźlicy występuje zaś spadek liczby limfocytów B we krwi obwodowej. Prawdopodobnie jest to związane z wielkością ekspresji antygenu CD86 na ich powierzchni. Antygen CD86 odpowiada za przekazywanie sygnałów dla limfocytów T. U chorych, których limfocyty B miały wyższą ekspresję CD86, obserwowano niższą ogólną liczbę limfocytów B. [32]
6.8. Reumatoidalne zapalenie stawów
Reumatoidalne zapalenie stawów (RZS) to choroba przewlekła tkanki łącznej, objawiająca się zapaleniem stawów. Schorzenie to cechuje się obecnością prozapalnych autoprzeciwciał. Jednym z takich autoprzeciwciał jest czynnik reumatoidalny (ang. rheumatoid factor, RF). [32]
Czynnik RF w warunkach fizjologicznych jest wytwarzany przez limfocyty B jako przeciwciało klasy IgG. W normalnych warunkach pełni rolę immunoregulacyjną (m.in. ułatwia usuwanie kompleksów immunologicznych i umożliwia limfocytom B prezentację antygenów). Natomiast w procesie zapalnym pod wpływem działania antygenów dochodzi do zwiększonego wytwarzania czynnika RF, także pod postacią innych klas przeciwciał (IgM, IgA, IgE). Nadmiar IgG i IgM nasila reakcję zapalną. Wraz z rozwojem choroby, na skutek aktywacji limfocytów B, dochodzi do miejscowej syntezy czynnika RF i spontanicznego wydzielania go przez komórki plazmatyczne umiejscowione w błonie maziowej stawów. Czynnik RF zaczyna kumulować się w stawie, gdzie tworzy kompleksy z elementami układu dopełniacza i innymi immunoglobulinami, prowadząc do stopniowej degradacji komórek. [32,33] Dodatkowo limfocyty B przyczyniają się do rozwoju RZS poprzez podtrzymywanie cyklicznej samoodnowy populacji komórek wytwarzających czynnik RF. [34]