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在现代医学中，理解B细胞如何响应疾病或疗法的挑战依然存在。尤其是在淋巴瘤患者和免疫抑制下，B细胞产生抗体的效率明显下降。这一问题导致疫苗接种效果降低及感染率升高。2024年11月6日，美国佐治亚理工大学Ankur Singh（通讯作者），钟喆 （Zhe Zhong，第一作者）在Nature Materials（IF=37.2）杂志在线发表了题为“Human immune organoids to decode B cell response in healthy donors and patients with lymphoma”的研究论文，该研究报道了一种创新的体外人类淋巴类器官模型，通过合成水凝胶再现淋巴组织的微环境，有望深入解析B细胞的复杂反应机制。抗体是通过B细胞的分化产生的，而B细胞的分化主要在淋巴组织中的生发中心（Germinal Center, GC）进行。然而，当前的体外模型难以长时间维持生发中心反应，因此无法准确模拟B细胞的长期反应。另一方面，虽然基于Transwell的扁桃体细胞聚集体已经展示出对疫苗的生发中心（GC）形成反应，但扁桃体样本不易获取且暴露于口腔微生物环境中，并且现有模型还需要特定的T细胞。此外，目前的扁桃体模型未能充分体现淋巴组织微环境对GC B细胞反应的影响：如揭示细胞外基质和组织硬度的作用，也无法展示趋化因子梯度对B细胞极化和成熟的影响。同时，现有系统无法在接受CD20抗体治疗的淋巴瘤存活者的B细胞中促进GC反应。从这些患者中采集扁桃体、淋巴结或脾脏样本并不现实，尤其是在需要长期跟踪同一供体的缺陷恢复情况时较为困难。因此有必要从更易获取的来源（如外周血单个核细胞，PBMCs）构建淋巴类器官。新开发的类器官模型成功复制了淋巴微环境，尤其是对淋巴瘤患者的B细胞反应提供了新的研究途径：水凝胶模拟淋巴组织：该研究利用合成的PEG-4MAL水凝胶构建了一个与天然淋巴组织相似的微环境。水凝胶的力学性质及其包含的ECM肽，有效促进了B细胞的生发中心反应。持久的B细胞反应：相比于传统的扁平培养方法，新模型中的B细胞保持活力更久，并展现了更高的抗体分泌能力。针对淋巴瘤患者的应用：在健康供体与淋巴瘤患者的B细胞实验中，该模型表现出对健康供体的细胞有显著增强反应的效果，但在淋巴瘤患者的B细胞中则效果较弱，展示出疾病状态对免疫微环境的复杂影响。研究人员使用PEG-4MAL水凝胶来模拟淋巴组织的微环境。水凝胶包含特定源自细胞外基质（Extracellular Matrix, ECM）蛋白质的小分子肽片段（如GFO和RGD肽），以促进B细胞的生存和增殖。在水凝胶类器官中加入抗原（如H1N1病毒）和细胞因子（如IL-4和BAFF），以模拟免疫应答。通过CD40L-T细胞模拟物激活B细胞，研究细胞因子对B细胞活力和分化的影响。实验还通过调整水凝胶的力学性质，使其接近天然淋巴组织的硬度。将来自扁桃体的免疫细胞和外周血单个核细胞（PBMC）加入水凝胶中培养，观察其在不同条件下的生发中心反应。结果显示，PBMC来源的类器官能更长时间维持生发中心B细胞(GC B cell)和浆细胞 (Plasma cell)的活性。研究通过趋化因子梯度和细胞因子来引导细胞分化与迁移，从而重现淋巴组织中的生发中心结构。文章评估了类器官模型内生发中心（GC）结构的形成和特性，展示了存在的细胞类型，包括生发中心B细胞和滤泡辅助性T细胞（T follicular helper cell，Tfh），并考察了这些细胞在类器官中的空间组织（生发中心明区和暗区）。功能性标志物的分布也得到了展示，强调了该模型在模拟真实淋巴结构方面的能力。通过对EZH2和BCL6的双重抑制，实验进一步展示了这些调控因子对浆细胞生成和生发中心维持的关键作用。此外，研究还评估了抗原特异性B细胞在流感抗原刺激下的分化和反应，展示了该模型在支持抗体产生方面的潜力。研究人员进一步将从健康供体和淋巴瘤患者中获取的PBMC在水凝胶中培养， 结果表明健康供体的B细胞在抗原刺激下表现出强烈的生发中心反应、浆细胞分化和抗体生成，而淋巴瘤患者的B细胞则反应较弱，这表明疾病状态可能对B细胞的活性有抑制作用。在体内，基质细胞通过分泌CXCL12等趋化因子来促进生发中心中明区和暗区的空间组织。研究人员通过在微流体芯片上建立CXCL12梯度，展示了趋化因子梯度如何影响免疫细胞的空间分布和细胞因子分泌。在没有CXCL12的情况下，扁桃体/PBMC类器官中的暗区和明区生发中心B细胞呈随机分布。当CXCL12在X方向上时，CXCR4+ B细胞向其方向迁移，而在Z方向上极化的CXCL12则吸引它们向上移动。健康供体的B细胞在CXCL12蛋白吸引下表现出明显的GC分区（暗区明区）结构，而淋巴瘤患者的B没有显著分区。这一系列实验验证了此淋巴类器官系统的有效性，为深入研究B细胞在不同免疫环境下的行为和反应提供了新工具。这种创新的人类淋巴类器官模型，为研究B细胞如何在疾病和疗法下响应提供了重要工具。这不仅可以应用于疫苗开发，还可用于探索淋巴瘤等免疫相关疾病中的B细胞调节机制，为个性化免疫疗法的设计提供支持。
原文链接：
https://www.nature.com/articles/s41563-024-02037-1
