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《实验医学杂志》。2007年8月6日;204(8): 1959–1971.
数字对象标识:2006年10月10日
预防性维修识别码:下午2118661
PMID:17664289
第条

BAFF和MyD88信号促进不依赖T细胞的类卢布病

摘要

系统性红斑狼疮(SLE)是一种以产生自身抗体为特征的系统性自身免疫性疾病。然而,疾病的根本原因似乎与T细胞耐受性缺陷或T细胞对B细胞的帮助有关。过度表达肿瘤坏死因子家族(BAFF)细胞因子B细胞激活因子的转基因(Tg)小鼠会发展出类似于SLE的自身免疫性疾病,并表现出B细胞耐受性受损和T细胞分化改变。我们培育出了完全缺乏T细胞的BAFF-Tg小鼠,令人惊讶的是,这些小鼠发展出了一种与BAFF-Tg小鼠没有区别的SLE样疾病。然而,BAFF-Tg小鼠的自身免疫确实需要B细胞-通过Toll-like受体(TLR)相关信号适配器MyD88的内在信号,MyD88控制促炎性自身抗体同种型的产生。TLR7/9激活强烈上调跨膜激活剂、钙调节剂和亲环素配体相互作用物(TACI)的表达,TACI是BAFF的受体,参与B细胞对T细胞非依赖性抗原的反应。此外,BAFF增强了B细胞上TLR7/9的表达和TLR介导的自身抗体的产生。因此,BAFF-Tg小鼠的自身免疫源于B细胞耐受性的改变,但需要TLR信号,并且独立于T细胞的帮助。BAFF水平升高的SLE患者也可能有类似的疾病基础。

系统性红斑狼疮(SLE)是一种慢性炎症性自身免疫性疾病,影响各种组织,尤其是皮肤和肾脏(1,2). 疾病发病机制的特点是产生一系列自身抗体,特别是抗核抗体(ANA)(1). SLE的治疗仍然依赖广泛的免疫抑制剂,如皮质类固醇和硫酸羟氯喹(,4). 尽管这些治疗方法已经得到了改进,但在一些SLE患者中仍然无效,这表明替代或未经认可的免疫机制可能正在发挥作用。

产生自身抗体的B细胞似乎是SLE发病机制的核心。已经提出了许多机制来解释它们的出现,从受损的生存/凋亡信号阻止负选择(5)、功能失调的补体或抑制性Fc受体(6,7),激活Toll样受体(TLR)以响应凋亡小体的积聚(8,9). 然而,大量证据表明T细胞在SLE中起重要作用(2,10,11). 在几种SLE动物模型中,抑制T细胞激活或T–B细胞相互作用是防止自身免疫的有效方法(12,13). 最近罗昆牌手表特异性干扰卵泡辅助T细胞功能的基因诱导小鼠SLE的发展(14). 在人类中,各种HLA单倍型与SLE易感性相关(2,10). SLE患者的T细胞信号可能异常,抗DNA自身抗体分析显示了体细胞突变,这提示T细胞依赖性亲和力成熟(2,10). B细胞耗竭试剂,如利妥昔单抗,在SLE临床试验中显示出良好的治疗效果(15). 目前尚不清楚这种疗效是由于自身抗体生成减少,还是由于对T细胞具有强大抗原呈递细胞(APC)功能的B细胞耗竭,或两者兼而有之。尽管抗体和B细胞具有明显的致病作用,但T细胞耐受性的破坏被认为是抗体介导的系统性自身免疫病的重要潜在缺陷(2,16).

B细胞-TNF家族的激活因子(BAFF;也称为TNFSF13b和BLyS)是一种对外周B细胞的成熟和存活至关重要的TNF样细胞因子(17,18). BAFF转基因(Tg)小鼠产生自身抗体,导致肾炎和唾液腺破坏,这些特征分别让人联想到SLE和Sjögren综合征(SS)(19,20). 在一些人类自身免疫性疾病中检测到BAFF水平升高,包括SLE(18,20). 与大多数SLE小鼠模型一样,BAFF-Tg小鼠的疾病与B细胞比较的明显异常相关,导致BAFF诱导的自发性B细胞存活不当(21). 此外,我们已经表明边缘区(MZ)和B1 B细胞可能在BAFF-Tg小鼠SLE的发病机制中发挥组织特异性作用(20,22,23). 我们利用鸡蛋溶菌酶(HEL)B细胞受体(BCR)敲除小鼠和HEL/BAFF-Tg小鼠研究了过量BAFF对B细胞耐受性的影响。在这个系统中,自我活性B细胞的阴性选择大多是正常的,只有一部分低亲和力、HEL特异性B细胞扩增出来,其中许多是MZ B细胞(24). 因此,在BAFF介导的自身免疫中,低亲和力、自我激活的B细胞的相关性值得怀疑,这表明T细胞和/或先天性免疫信号的额外致病作用。BAFF协同刺激T细胞并促进T细胞向效应细胞分化(25)BAFF-Tg小鼠中的效应T细胞数量增加(26). 因此,我们假设BAFF-Tg模型与许多SLE小鼠模型相似,可能在疾病过程中同时涉及B细胞和T细胞。

为了确定T细胞在BAFF驱动的自身免疫性疾病中的作用,我们将BAFF-Tg小鼠与缺乏α/β和γ/δT细胞的小鼠杂交(27)并寻找自身免疫的迹象。令人惊讶的是,产生的TΔ-BTg小鼠能够产生促炎性自身抗体,并产生与BAFF-Tg小鼠相同严重程度的自身免疫。虽然IgA自身抗体的产生是T细胞依赖性的,但它对疾病的进展是不必要的。我们发现,BAFF促进了B细胞中TLR7/9的表达,TLR诱导了自身抗体的产生,BAFF-Tg小鼠的疾病需要B细胞-固有TLR-相关的MyD88信号。因此,BAFF-Tg小鼠中BAFF诱导的SLE样疾病是一个T细胞独立的过程,但需要通过MyD88获得先天免疫信号,以激活B细胞并产生致病性自身抗体。

结果

BAFF-Tg小鼠T细胞结构的改变

在BAFF-Tg小鼠中,T细胞总数没有改变(19),尽管效应T细胞的比例增加(19,26). CD8+T细胞室也受到显著影响(图1 A). 效应器T细胞膨胀发生在疾病发作之前,并取决于B细胞的存在(26). 因此,我们假设在BAFF Tg小鼠中,B细胞室的改变导致T细胞室的组成发生变化,这些变化共同导致高亲和力自身抗体的形成,最终导致自身免疫性疾病。可能影响外周耐受性的T细胞变化包括自身反应性T细胞的不适当激活或调节性T细胞(T调节细胞)功能受损。出乎意料的是,我们发现BAFF-Tg小鼠外周淋巴结中T reg细胞的比例显著升高(图1 B). 脾脏、PLN和胸腺中的T调节细胞绝对数量增加,这表明T调节细胞生成发生了变化(图1 C). BAFF-Tg小鼠中效应器和T调节细胞数量增加的后果尚不明确,但这确实表明T细胞在BAFF介导的自身免疫性疾病中的作用。

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BAFF-Tg小鼠的T细胞异常。如材料和方法所述,通过FACS测定T细胞亚群。(A) CD4脾脏T细胞总数+(顶部)和CD8+(底部)。对12个月龄WT(圆形)和BAFF-Tg(方形)小鼠的幼稚(左侧)或效应记忆(右侧)T细胞进行评估。(B) PLN FoxP3的典型FACS图+来自WT(左)和BAFF-Tg(右)小鼠的T调节细胞。T调节细胞数量用方框表示。(C) 来自胸腺、脾脏和PLN的WT(圆形)和BAFF-Tg(方形)小鼠的T调节细胞总数。在A和C中,符号代表单个老鼠,每组的平均值由一列表示。显示了显著的P值。n个每组≥7人。

BAFF-Tg小鼠B细胞室的扩张是T细胞非依赖性的

为了解决T细胞在BAFF-Tg小鼠SLE疾病中的作用,我们将BAFF-Tg小鼠与TCR小鼠杂交−/−小鼠(27)并生成缺乏T细胞的BAFF-Tg小鼠(TΔ-BTg;图S1,可在http://www.jem.org/cgi/content/full/jem.20062567/DC1). 脾肿大是BAFF-Tg小鼠的典型特征,但在TΔ-BTg小鼠中没有改变(图2 A). 分析脾脏中过渡型2 MZ(T2-MZ)、T2滤泡(T2-Fo)、MZ和Fo B细胞的绝对数量,以及腹腔中的B1a、B1b和Fo B细胞(PerC)、BAFF-Tg小鼠中特别膨胀的B细胞亚群的绝对数量(21),BAFF Tg和TΔ-BTg小鼠之间无差异(图2 B). 在BAFF-Tg小鼠中,在血液和PLN中检测到高比例的MZ样B细胞(21)我们在TΔ-BTg小鼠中看到了类似的种群扩张(图2 C). TΔ-BTg小鼠血清总IgG2c、IgG2b、IgG3和IgM水平的增加与BAFF-Tg小鼠相似(图2 D). BAFF-Tg小鼠的IgG1水平和最重要的IgA水平升高(28),可能是BAFF诱导的同种型转化为IgA的结果(29,30). 有趣的是,TΔ-BTg小鼠中这两种同型的水平是正常的(图2 D)这表明,除了BAFF在增加BAFF-Tg小鼠的IgA和IgG1水平方面的作用外,T细胞也发挥着作用。同样,BAFF-Tg小鼠粪便IgA水平升高(19,23),在TΔ-BTg小鼠中正常(未公布数据)。正如预期的那样,TΔ-BTg小鼠中没有生发中心,这与T细胞缺陷对照小鼠类似(未公布的数据)。总之,BAFF Tg小鼠B细胞室的扩大是T细胞非依赖性的,这是由于BAFF对B细胞的直接存活作用,随后B细胞激活,而BAFF-Tg小鼠血清总IgG1和IgA水平的增加依赖于T细胞的帮助。

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TΔ-BTg和Baff-Tg小鼠的脾肿大、B细胞增生和Ig水平升高相似。12个月WT(循环),TCR−/−对(菱形)、BAFF-Tg(方形)和TΔ-BTg(三角形)小鼠的脾脏大小(A)、脾脏中T2-MZ、T2-Fo、MZ和Fo B细胞亚群的总数以及腹腔灌洗(PerC;B)中B1a、B1b和Fo B细胞的总数进行评估。(C) 外周血(左)和PLN(右)中的Fo和MZ B细胞。子集通过FACS分析进行门控,如材料和方法中所述。(D) TΔ-BTg小鼠和对照小鼠的基础Ig水平。符号表示单个小鼠,列表示每组的平均值。显示了有效的P值。n个每组≥7人。

TΔ-BTg小鼠对T细胞依赖性可溶性抗原的反应中IgG2c和IgG2b水平升高

BAFF促进B细胞活化(31)BAFF-Tg小鼠对T细胞非依赖性和依赖性抗原的免疫反应增强(22,23). BAFF参与同型类转换,尽管这种作用在没有额外的T细胞依赖信号(如CD40配体(CD40L)或T细胞衍生细胞因子)的情况下通常很弱(29,30). 使用我们的TΔ-BTg小鼠模型,我们研究了T细胞在体内BAFF介导的同种类型转换中的作用。正如预期的那样,BAFF-Tg和TΔ-BTg小鼠对T细胞非依赖性抗原硝基苯基(NP)-Ficoll的抗体反应基本相似,并且与WT和TCR相比有所增加−/−分别是小鼠(图3 A). NP-Ficoll免疫的BAFF-Tg和TΔ-BTg小鼠中NP特异性IgG1、IgG2c和IgG2b的较高水平令人感兴趣,因为转换到这些同种型是对T细胞依赖性抗原反应的特征(32).

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TΔ-BTg小鼠向T细胞非依赖性抗原的转换增加,向T细胞依赖性抗原低水平转换。12周龄WT(圆形)、TCR抗原特异性Ig的效价−/−分别在T细胞非依赖性NP-Ficol免疫(A)后5 d和初始T细胞依赖性免疫NP-OVA(B)后28 d测定(菱形)、BAFF-Tg(方形)和TΔ-BTg(三角形)小鼠。符号代表单个老鼠,每组的平均值由一列表示。n个每组≥5人。显著的P值显示在TΔ-BTg v BAFF Tg和TΔ-BTg v TCR之间−/−组。

为了测试过量的BAFF是否可以在一定程度上帮助B细胞克服同型转换所需的T细胞衍生信号的需要,我们测试了TΔ-BTg小鼠对可溶性T细胞依赖性抗原免疫的反应。TΔ-BTg小鼠对加入佐剂的T细胞依赖性可溶性抗原NP-OVA的抗体反应受损(图3 B). 然而,与TCR相比,TΔ-BTg小鼠中检测到NP特异性IgG2c和IgG2b水平显著升高−/−小鼠(图3 B)表明TΔ-BTg小鼠体内过量的BAFF能够部分支持向NP特异性IgG2c和IgG2b的同型转化,这一过程通常依赖于T细胞的存在(32)TCR完全受损−/−小鼠(图3 B). 然而,与TCR类似−/−通过测量低密度半抗原包被的BSA-ELISA抗体滴度(未公布数据),TΔ-BTg小鼠的亲和力成熟度受损。

BAFF促进同种型转化为IgA(29,30)和BAFF-Tg小鼠对T细胞非依赖性和依赖性抗原产生较高水平的IgA(图3,A和B). 相反,TΔ-BTg小鼠对T细胞非依赖性抗原保持IgA反应(图3 A)而不是T细胞依赖性抗原NP-OVA。因此,在没有T细胞的情况下,BAFF的过量产生可以允许部分类别转换为Ig同种型,而Ig同种型通常依赖于T细胞帮助的存在。此外,BAFF诱导的转换为IgA是对T细胞依赖性而非T细胞非依赖性抗原的反应,抗原依赖于体内T细胞的帮助。

BAFF-Tg小鼠产生的IgA而非IgG和IgM自身抗体依赖于T细胞

双链DNA抗体反应性与SLE的发生有关(33,34). 转换为IgG2a和IgG2b自身抗体与致病性有关(3537)而IgM抗DNA抗体本身不足以治疗疾病(38). 描述IgG2a在C57BL/6动物模型中致病作用的研究(35)最有可能测量IgG2c(大多数商业抗IgG2a试剂识别的同种型),因为在C57BL/6小鼠中IgG2a基因被删除(39). 由于T细胞被认为是SLE中产生转换型抗DNA抗体所必需的(10,34),我们研究了TΔ-BTg小鼠是否产生了与BAFF-Tg小鼠相似的自身抗体。TΔ-BTg和BAFF-Tg小鼠的IgM和IgG抗单链(ss)DNA、dsDNA和类风湿因子(RF)自身抗体水平具有可比性(图4 A). 在IgG储备中,TΔ-BTg小鼠的自身抗体主要是IgG2c、IgG2b和IgG3等型(图S2、A和B,可在http://www.jem.org/cgi/content/full/jem.20062567/DC1). TΔ-BTg小鼠未检测到IgA自身抗体(图4 A). 使用血清样本对载Hep-2和dsDNA的载玻片进行染色,进一步确定ANA和抗dsDNA抗体的特异性绿盲蝽分别为(图4 B). 这种染色证实了TΔ-BTg小鼠与BAFF-Tg小鼠相比没有IgA自身抗体。Hep-2载玻片上BAFF-Tg衍生IgA自身抗体的染色模式为颗粒和细胞质,表明对RNA复合物的反应性(图4 B) (40). BAFF-Tg小鼠所有自身抗体同工酶的染色模式绿蝇属载玻片具有动粒染色的特征,证实了dsDNA的检测(图4 B). 虽然TΔ-BTg小鼠中没有产生IgA自身抗体,但在剩余的自身抗体同种型中观察到的染色模式没有改变(图4 B). 数据集中在图2 D图4提示BAFF-Tg小鼠中IgA产生的增加不仅仅与BAFF在IgA类别转换中的作用有关(29,30),但也需要T细胞的存在。然而,BAFF-Tg小鼠自身反应性B细胞的激活是一个T细胞独立的过程。

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TΔ-BTg小鼠产生IgM和IgG,但不产生IgA自身抗体。(A) 用ELISA法测定8个月龄WT(圆周)、TCR(经颅多普勒超声)和TCR(对照组)血清中的IgG、IgA和IgM抗sDNA(顶部)、抗dsDNA(中部)和RF(底部)−/−(菱形)、BAFF Tg(方形)和TΔ-BTg(三角形)小鼠。符号代表单个老鼠,每组的平均值由列表示。显示了显著的P值。n个每组≥6个。(B) 通过Hep-2染色和透明念珠菌分别用指定小鼠的血清制成玻片。

TΔ-BTg小鼠出现严重的自身免疫特征,与BAFF-Tg小鼠无明显区别

As TΔ-BTg小鼠能够产生已知与致病性相关的同种型自身抗体(图4) (35,37),我们监测了这些小鼠的自身免疫和组织破坏特征,如之前所述的BAFF-Tg小鼠(19,20). 在12个月龄时,BAFF-Tg和TΔ-BTg小鼠的蛋白尿水平都有类似的升高(图5 A),这表明正在进行的肾炎。BAFF-Tg和TΔ-BTg小鼠肾脏切片的组织化学染色显示肾炎,其特征是肾小球异常增大和分裂,单核细胞大量浸润(图5 B). 对BAFF-Tg小鼠肾脏中的Ig沉积进行检查,结果显示IgM、IgA和IgG沉积丰富(图5 C). IgG沉积物主要为IgG2c、IgG2b和IgG3(图S3 A,可在http://www.jem.org/cgi/content/full/jem.20062567/DC1). 相反,TΔ-BTg小鼠的肾脏含有IgM、IgG2c和IgG2b沉积物,但没有IgG1或IgA(图5 C和图S3 A)。此外,BAFF-Tg和TΔ-BTg小鼠的肾小球都有补体C3沉积(图5D)表明正在进行炎症过程(41). 因此,由于BAFF过度产生而导致的肾炎不需要T细胞或肾脏中的IgA和IgG1沉积。

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TΔ-BTg和BAFF-Tg小鼠出现难以区分的肾脏和唾液腺病理学。在A、F和G中,小鼠为WT(圆形)、TCR−/−(菱形)、BAFF Tg(方形)和TΔ-BTg(三角形)。符号代表单个老鼠,每组的平均值由一列表示。(A) 12月龄动物的蛋白尿分析。(B) 肾组织切片HE染色。BAFF Tg和TΔ-BTg切片显示肾小球分离(白色箭头)和单核细胞浸润(黑色箭头)。(C) 8月龄小鼠肾脏中的IgG、IgA和IgM(D)C3沉积。(E) BAFF-Tg和TΔ-BTg切片的唾液腺组织切片HE染色显示唾液腺破坏和淋巴细胞浸润(黑色箭头)。(F) 8月龄动物注射匹罗卡品后的唾液流量。(G) CLN和唾液腺中检测到的MZ样B细胞总数。(H) 8月龄小鼠唾液腺中的同型特异性Ig沉积。显示了显著的P值。

在BAFF-Tg小鼠中,涎腺炎与唾液腺中MZ样B细胞的异常积聚有关(20,23). TΔ-BTg小鼠有相同的炎症和组织破坏症状(图5E)其特征是唾液分泌减少(图5 F)如之前在BAFF-Tg小鼠中所示(20). MZ样B细胞在宫颈淋巴结和唾液腺的浸润(20)在BAFF Tg和TΔ-BTg小鼠中是相同的(图5 G). 在BAFF Tg小鼠的唾液腺中也检测到IgA、IgM和IgG沉积,但在TΔ-BTg小鼠的相同组织中仅检测到IgM和IgG沉积(图5 H). IgG沉积主要为IgG2c、IgG2b和IgG3,在TΔ-BTg小鼠的唾液腺中未发现IgG1(图S3 B)。因此,BAFF-Tg小鼠具有严重的自身免疫病理学,其独立于T细胞而发展,但同时在受影响组织中产生和沉积自身抗体。

BAFF-Tg小鼠的B细胞激活和自身抗体产生需要MyD88依赖性信号

由于T细胞缺乏的BAFF-Tg小鼠会发生严重的自身免疫性疾病,因此其他致病机制必须负责自我激活B细胞。我们之前在BAFF-Tg小鼠中发现MZ和B1 B细胞室扩张(21,23),并发现TΔ-BTg小鼠也存在同样的情况(图3 B). MZ和B1 B细胞被认为是具有自我激活特性的先天性B细胞,它们对TLR的激活特别敏感(4245). 此外,BAFF可以增强TLR介导的B细胞活化和人类B细胞中的Ig类转换(45). 最近的研究表明TLR7/9可能在SLE中起主导作用,尽管其作用因研究模型而异(8,46,47). 使用FACS分类的无开关小鼠B细胞,我们发现BAFF促进了TLR9诱导的,但不是TLR7诱导的,在体外从IgM到IgG的同型转换(图S4、A和B,可在http://www.jem.org/cgi/content/full/jem.20062567/DC1). 这可能是BAFF通过TLR9特异性加剧自我激活B细胞的机制。

用TLR配体刺激FACS分类的WT-Fo、MZ、B1a和B1b B细胞表明,TLR7(R848)和TLR9(CpG),而不是TLR4(LPS)的激活导致Fo和MZ B细胞上三种BAFF受体之一TACI的强烈上调(图6 A). TLR7/9刺激也增加了B1 B细胞上TACI的表达,尽管TLR7的激活比TLR9更有效(图6 A). TLR7/9的激活也导致最广泛表达的BAFF受体(BAFF-R)上调,尽管这种上调较弱,且主要局限于Fo和MZ B细胞(图6 A). 这些结果证实了最近的一项独立研究(48). 因此,B细胞中TLR7/9的激活强烈上调TACI的表达,TACI是B细胞对T细胞非依赖性抗原反应所必需的受体(49). 此外,BAFF刺激培养物中分类的Fo、MZ和B1 B细胞会导致Fo和MZ上TLR7/9表达的强烈上调,但B1、B细胞没有上调(图S4 C)。

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TLR7/9,而不是TLR7,配体增加BAFF-R的表达,BAFF增强TLR介导的自身抗体分泌。(A) 如图所示,用以下物质刺激FACS分类的Fo、MZ、B1a和B1b B细胞:未刺激(固体黑色)、CpG(TLR9;虚线黑色)、R848(TLR7;固体灰色)和LPS(TLR4;虚线灰色)24小时,并用FACS分析BAFF-Rs的表面表达。直方图代表了三个单独的分类和培养实验。将MZ(B)和B1(C)BAFF-Tg B细胞与带有(方形)或不带有(圆形)BAFF的TLR配体培养6d。用ELISA测定培养上清中的总抗dsDNA抗体水平。符号表示个人文化。在C和D中,在含有或不含BAFF的TLR刺激培养物之间、在未刺激培养物和TLR刺激的培养物之间(虚线[x])以及在未刺激的BAFF培养物和用BAFF刺激的TLR培养物之间显示出显著的P值(实线[y])。

我们和其他人的工作证明了MZ-B细胞在BAFF-Tg小鼠自身免疫发病机制中的作用(20,23,50). 我们从BAFF-Tg小鼠中分离脾脏Fo、MZ和腹膜B1B细胞,并用各种TLR配体培养这些细胞,这些配体补充或不补充外源性重组BAFF,并测量上清液中的总抗dsDNA自身抗体水平。BAFF Tg–衍生Fo B细胞在任何测试条件下都无法产生抗dsDNA自身抗体(未公布数据)。BAFF Tg衍生的MZ和B1 B细胞群均含有自身抗体产生细胞,以应对TLR刺激(图6、B和C). 体外对TLR4-、TLR9-和TLR7-特异性配体的反应增加了抗DNA生成、BAFF-Tg衍生的MZ和B1 B细胞的激活。向这些培养物中添加BAFF进一步刺激了TLR9诱导的MZ和B1 B细胞培养物产生抗dsDNA自身抗体(图6、B和C),以及TLR2-和TLR3在B1B细胞培养物中诱导的自身抗体产生(图6C). 因此,在BAFF-Tg小鼠中,MZ和B1(而非Fo和B细胞)是抗dsDNA自身抗体的来源,BAFF增强的自身抗体产生是对TLR9刺激的响应。总之,这些结果表明BAFF和TLR9之间的合作是BAFF-Tg小鼠自我激活MZ-B细胞的主要驱动因素。B1 B细胞存在更复杂的BAFF–TLR2/3/9合作。

大多数TLR以及IL-1相关细胞因子受体在激活时招募信号适配器MyD88(5153). BAFF转基因是肝脏特异性的,允许我们从WT或MyD88中过继转移BM−/−小鼠变成致死性照射的WT或BAFF-Tg小鼠。重组12周后,用MyD88重组的BAFF-Tg小鼠的B细胞活化明显减少−/−BM与MyD88的比较+/+BM公司(图7 A). 我们还观察到所有自身反应性IgG等型的丢失(图7 B)IgM水平降低,但IgA水平相似(图7 B)这与TΔ-BTg小鼠自身反应性IgA产生的T细胞依赖性相一致(图2 D图4). MyD88血液中的总IgG2c和IgG2b水平−/−BM-重组小鼠恢复正常,但IgA水平仍然升高(图S5 B,可在http://www.jem.org/cgi/content/full/jem.20062567/DC1). 我们检查了这些动物肾脏中的Ig沉积,观察到明显的IgA和一些IgM沉积,但没有IgG,包括致病性IgG2c和IgG2b等型(图7 C和图S5 A)。有趣的是,肾脏中缺乏IgG沉积与肾小球中C3沉积显著减少相关,并表明肾脏中的补体活化炎症受到抑制(图7 D). 虽然IgM本身不致病(38),剩余IgA沉积物的C3填充能力尚不清楚。用MyD88重组BAFF-Tg小鼠−/−BM没有发生蛋白尿(未公布的数据)。总之,MyD88介导的信号转导对产生IgG2c/b同型自身抗体至关重要,之前在小鼠SLE中被描述为致病性的自身抗体(35,37).

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MyD88信号对BAFF-Tg小鼠的B细胞激活和IgG自身抗体的产生至关重要。用MyD88重组致命照射的6周龄BAFF-Tg小鼠+/+或MyD88−/−或混合Rag1−/−我的D88+/+或Rag1−/−我的D88−/−BM,如图所示。(A) MyD88中Fo(左)和MZ(右)脾B细胞的B细胞活化标记CD44(上)和CD69(下)直方图+/+(实线)和MyD88−/−(虚线)BAFF Tg BM嵌合体。(B) MyD88重组WT小鼠抗-dsDNA和RF抗体的产生+/+(圆圈)或MyD88−/−(钻石);用MyD88重组BAFF-Tg小鼠+/+(正方形;浅灰色条);或MyD88−/−(三角形;浅灰色条);或用Rag1重组的BAFF Tg小鼠−/−我的D88+/+(正方形;深灰色条);或Rag1−/−我的D88−/−(三角形;深灰色条)。用MyD88重组的BAFF-Tg小鼠肾脏中的IgG、IgA、IgM(C)和C3(D)沉积+/+,MyD88型−/−,第1页−/−我的D88+/+,或Rag1−/−我的D88−/−BM,如图所示。显示了显著的P值。

已提出两种TLR依赖机制来解释SLE的自身免疫(8). 第一种涉及自我激活B细胞中TLR的直接激活。第二个涉及浆细胞样树突状细胞(pDCs)TLR的激活,这反过来通过产生I型IFN加剧自身免疫反应(8,9). 与对照小鼠相比,BAFF-Tg小鼠的脾髓样DC(mDC)和pDC数量增加(图S5C)。然而,这些数字与脾肿大的程度相关(未发表的数据)。此外,与WT对照细胞相比,BAFF-Tg小鼠的mDC或pDC激活(MHC II类和CD80的表达)没有增加(图S5C)。在用MyD88重组的BAFF-Tg小鼠中,对mDC和pDC进行了相同的观察+/+或MyD88−/−BM(图S5 D)。我们也无法在所有这些小鼠的血清中检测到IFNα(未公布的数据)。MyD88中效应器T细胞室未扩张−/−-重组BAFF Tg小鼠(图S5 E),表明这种作用不仅仅是B细胞依赖性的(26),但也依赖于B细胞中的MyD88信号传导。MyD88中的BAFF产量未受损−/−老鼠;事实上,与野生动物相比,这些小鼠的血清中BAFF水平略有升高(图S4 D)。这一结果与MyD88上CD23的高表达一致−/−B细胞(54),一种已知需要BAFF才能表达的分子(55).

缺乏MyD88除了会影响B细胞的功能外,还会影响固有细胞的功能。为了解决这一点,我们用50:50的MyD88混合物重组了受照射的BAFF-Tg小鼠−/−和Rag1−/−BM在MyD88存在的情况下用充足的MyD88天然细胞重新填充受体BAFF-Tg小鼠的免疫系统−/−B细胞。从重组Rag1的动物BM中获得的巨噬细胞−/−/我的D88−/−BM混合,但不是来自MyD88的混合−/−-重组BAFF-Tg小鼠,在体外对LPS产生反应时产生TNF(未发表的数据),证实了这些细胞在Rag1中的发育−/−BM源。用Rag1再造的动物−/−/我的D88−/−BM混合物的血清中IgG自身抗体略高于MyD88−/−BM–重组小鼠(图7 B). 这表明MyD88在天然细胞中的表达在自身抗体的产生中起一定作用。然而,与MyD88类似−/−BM-重组小鼠,用Rag1重组的动物−/−/我的D88−/−BM混合物在肾脏中未显示任何IgG沉积或C3固定(图7、C和D). 因此,B细胞中MyD88的表达可能是BAFF-Tg小鼠B细胞致病作用的重要因素。

我们的体外研究表明TLR9和BAFF在自身抗体生成中发挥作用。为了解决这一点,用TLR9重组辐照BAFF-Tg小鼠−/−或控制TLR9+/+然而,我们没有观察到自身抗体产生的保护作用或差异(图S6,可在http://www.jem.org/cgi/content/full/jem.20062567/DC1)或肾脏炎症症状(未公布的数据),表明BAFF-Tg小鼠的疾病并不完全依赖TLR9信号。鉴于TLR7在我们的系统中同样重要的作用(图6 A),需要使用广泛的遗传方法来全面剖析该系统中的TLR信号。

总之,在BAFF-Tg小鼠中没有mDC或pDC失调的证据;相反,缺乏MyD88介导的信号传导直接影响B细胞功能,阻止致病性自身抗体介导的肾病和效应T细胞扩增。

讨论

各种机制被认为是SLE的驱动因素。这些包括先天免疫系统的失调、炎性细胞因子的过度产生以及B和T细胞耐受性/调节受损(2,4,56). 这些机制可能是相互关联的。例如,凋亡细胞衍生核酸的积累可导致pDC的TLR依赖性激活,产生I型IFN,从而刺激DC成熟和自我激活的T和B细胞(8,9,57). 此外,B细胞作为T细胞APC的活性可能在破坏SLE免疫耐受中起重要作用(58). 最后,SLE的病理学似乎与自我激活T细胞的协同刺激作用密切相关(10,14,16). 该模型表明SLE中先天免疫、T细胞和B细胞之间存在复杂的共谋,解除一个促成因素应影响疾病发病机制。例如,B细胞耗竭单抗利妥昔单抗可以改善许多SLE患者的疾病(15)并强调了B细胞在人类SLE发病机制中的重要性,无论是作为起始因子还是作为终末效应因子。

在这项研究中,我们发现BAFF在小鼠中的过度表达导致了一种T细胞独立型SLE的形成。这是一个令人惊讶的结果,因为对BAFF-Tg小鼠的初步分析与公认的SLE中T和B细胞参与的观点一致,即自身抗体产生过多(19)和一个扩大的效应器T细胞室(19,26). 这些结果得到了其他研究的支持,这些研究表明,在BAFF-Tg小鼠中,CD40和生发中心的形成不需要疾病(22,23,50).

虽然BAFF-Tg小鼠的疾病是T细胞非依赖性的,但T细胞确实增加了IgA水平。BAFF可以诱导B细胞以T细胞依赖和非依赖的方式转换为IgA,尤其是在MZ和B1 B细胞中,这是BAFF-Tg小鼠的两个扩展B细胞亚群(18,59). 然而,通过添加T细胞衍生因子,如CD40L和IL-4,这种作用会得到加强(29,59). 因此,BAFF-Tg小鼠中高IgA水平可能是BAFF诱导转换为IgA的结果,IgA由内源性T细胞衍生因子增强。值得注意的是,尽管与BAFF Tg小鼠相比,TΔ-BTg小鼠的血清IgA水平有所降低,但与WT动物相比,这些水平是正常的,这支持了这样一种观点,即过度的BAFF产生会加剧IgA的产生,而不是T细胞的独立性。在TΔ-BTg小鼠中,转换为IgG2c和IgG2b以响应T细胞依赖性抗原的反应发生在低水平。BAFF联合IL-21可以像T细胞依赖信号(如CD40L或IL-4)一样有效地刺激B细胞向IgG的转换(60). 因此,在存在其他内源性细胞因子(如IL-21)的情况下,过量的BAFF可能会提供T细胞样信号,导致T细胞缺陷型BAFF-Tg小鼠低水平地转换为IgG2c和IgG2b。

鉴于TLR7/9在SLE中的新作用(8,9,57)TLR信号是BAFF-Tg小鼠疾病进展的候选机制。MZ和B1 B细胞通常被称为“先天性”B细胞,对TLR激活特别敏感(4244). 我们发现,BAFF刺激Fo和MZ,而不是B1、B细胞强烈上调TLR7/9的表达。反过来,激活TLR7/9,而不是TLR4,强烈上调B细胞上TACI的表达。TACI是BAFF的受体,对B细胞对T细胞非依赖性抗原的反应至关重要(49). 因此,TACI表达和TLR激活之间的紧密联系可能是BAFF-Tg小鼠的中心致病机制(图8). 事实上,TACI可能在抗染色质自身抗体的产生中发挥作用(61).

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BAFF诱导的T细胞非依赖性自身免疫病模型。(第1阶段)过量的BAFF使自我激活的MZ和B1 B细胞膨胀(24). (第2阶段)BAFF信号在结合到dsDNA或包含核酸的免疫复合物的自身反应性B细胞受体内化后促进TLR激活。(第3阶段)这种激活存在正反馈,BAFF增加TLR7/9表达,TLR7/9配体刺激BAFF-R表达。(第4阶段)BAFF增强TLR信号,从而产生IgG2c和IgG2b抗体。自身抗体沉积在肾脏并通过补体结合促进炎症。

在BAFF Tg衍生的MZ和B1B细胞中,BAFF加剧了TLR9介导的自身抗体的促进。然而,用TLR9重建BAFF Tg小鼠−/−BM不能阻止IgG自身抗体的产生和肾脏炎症。由于TLR7激活对TACI表达的影响与TLR9相似,TLR9的消融可能已被TLR7的激活所补偿。TLR9参与了几个但不是所有SLE小鼠模型的病理学(50,62). 例如,在MRL-lpr模型中,TLR9具有保护作用,而TLR9的缺乏会加剧SLE(47). 这种保护可能部分通过TLR9-激活的MZ-B细胞增加IL-10的产生而实现(44,63)MRL-lpr小鼠中的种群也在增加(64). 在缺乏BAFF-R信号的MRL-lpr小鼠中,肾炎的表现更为严重(65). 这种影响是否与这些小鼠缺乏MZ-B细胞有关尚不清楚。

与TLR9相比,TLR7缺陷在MRL-lpr模型中具有保护作用(46,47). 然而,这种模型与BAFF-Tg小鼠之间存在着重大差异。MRL-lpr模型依赖T细胞(12),而此处显示的BAFF-Tg小鼠中的SLE并非如此。为了支持这种差异,MRL-lpr小鼠与BAFF-R突变小鼠杂交显示B细胞发育受损,但发展为SLE(65). 在MRL-lpr SLE模型中,TLR7的致病机制与其在T细胞活化中的作用有关(47). 在BAFF-Tg小鼠中,我们发现pDC的激活没有改变,IFNα的产生无法检测到,因此pDC的参与不太可能是增强自身免疫过程的机制。在BAFF-Tg小鼠中,我们没有发现其他免疫细胞的改变,如NK细胞或粒细胞(未公布的数据)。有趣的是,我们已经报道了在BAFF-Tg小鼠中B1 B细胞与肾炎特别相关(23)我们的结果表明,TLR7激活比TLR9更能上调B1 B细胞上TACI的表达。因此,TLR7可能通过促进自身反应性B细胞对T细胞非依赖信号的TACI依赖性反应,在BAFF-Tg肾炎模型中发挥更主要的致病作用。为了解决这一点,需要产生具有多种TLR突变的小鼠。

我们使用MyD88证实了TLR-相关MyD88依赖性信号在BAFF-Tg小鼠驱动B细胞激活中的重要性−/−BM-重组BAFF-Tg小鼠的B细胞活化、致病性自身抗体同种型的分泌和肾脏中C3的固定均减少。我们还发现,B细胞中MyD88的表达对BAFF-Tg小鼠肾脏疾病的发生起着重要作用。MyD88适配器也被IL-1、-18和-33受体招募(52,53). 我们没有证据表明这些细胞因子在BAFF-Tg小鼠中的表达异常(未发表的数据)。IL-18的生物学及其在SLE中的作用与Th1 T细胞的激活密切相关(66)由于BAFF-Tg小鼠的疾病明显是T细胞非依赖性的,因此IL-18的产生是一个不太可能的联系。IL-33也不是可能的候选因子,因为它促进Th2细胞因子的释放(53)而BAFF已被证明反对(26). IL-1可协同刺激B细胞活化(67)在SLE中起重要的促炎作用(68). 因此,不排除IL-1介导的促炎作用在BAFF-Tg小鼠肾小球肾炎中的作用。

一个有趣的问题是BAFF-Tg小鼠中SLE样疾病是如何触发的。细胞死亡是健康个体的一个持续过程,是细胞更新、免疫耐受和调节的一部分,也是感染的结果。因此,细胞衍生的核自身抗原持续存在。在BAFF-Tg小鼠中,三个事件导致自身免疫:(a)脾脏成熟期间B细胞耐受性失败和自我活性B细胞的积累(24),(b)b细胞中TLR表达的上调,以及(c)在高BAFF水平存在下MyD88依赖性b细胞活化,促进促炎自身抗体的产生(图8). 在我们的SLE模型和其他模型中,IgG2a/c和IgG2b自身抗体同种型的产生与肾脏疾病有关(35,36),其生产需要BAFF-Tg小鼠中的MyD88。

了解单个TLR在小鼠SLE中的确切作用在很大程度上取决于正在研究的SLE模型。在许多已知的小鼠SLE模型中,MRL-lpr、雅安、和罗昆模型有一个重要的T细胞成分驱动疾病(14,69)在前两个模型中,TLR7刺激pDC产生IFNα,加剧T/B细胞反应(47). 相反,在FcγRIIB中−/−表达Ly108.1亚型的小鼠或小鼠,以及在BAFF-Tg小鼠中,疾病与B细胞耐受性受损直接相关(38,70). 在B细胞依赖性SLE模型中,BAFF-Tg小鼠是独一无二的,因为自我激活的B细胞被选入MZ B细胞室(21,24)可能还有B1 B细胞池,这两个细胞池都对TLR激活特别敏感,尤其是在BAFF存在的情况下(43,44,63).

我们的结果描述了一种导致小鼠SLE样疾病的新机制,并强调了单独疾病的多样性,这些疾病本身可以产生相同的SLE样综合征。识别人类各种形式的SLE,以及它们是T细胞还是B细胞显性的,这将是一个挑战,以便采用新的诊断方法,可能有助于将SLE患者分为对不同治疗有可预测反应的组。这些发现的一个合理延伸是调查血清BAFF水平较高的SLE患者是否有类似的MyD88依赖型和T细胞非依赖型疾病。

材料和方法

老鼠。

先前已经描述过C57BL/6背景下的BAFF Tg小鼠(19). 小鼠TCRβ纯合tm/妈妈和TCRδtm/妈妈-C57BL/6背景的靶向突变购自杰克逊实验室(27). BAFF Tg xβδTCR−/−(TΔ-BTg)小鼠由纯合子BAFF-Tg和βΔTCR繁殖而成−/−小鼠与F1杂交。实验动物为BAFF转基因和βδTCR的双纯合子−/−突变。如前所述,BAFF转基因通过PCR和Southern blot检测基因组尾部剪刀DNA来确定(21). βδTCR−/−通过外周血的FACS分析确定状态,以确认没有T细胞(图S1)。立特率、WT、βδTCR−/−(TCR−/−),和BAFF-Tg用作所有实验中的对照。抹布1−/−,MyD88型+/+和MyD88−/−(52)BM样本来自Peter MacCallum癌症中心(澳大利亚墨尔本)。如前所述进行辐照和重建(24). 混合BM嵌合体接受50%Rag1−/−和50%MyD88+/+或MyD88−/−BM使用先前详细的协议(24). 动物被安置在传统屏障保护下,并按照加尔文医学研究所和圣文森特医院动物实验和伦理委员会的要求进行处理,该委员会遵守澳大利亚科学目的动物护理和使用实践守则。使用Multistix 10 SG试剂条(拜耳)测量蛋白尿。如前所述评估唾液流量(20)每10 g体重含30μg i.p.匹罗卡品PBS(Sigma-Aldrich)。

流式细胞术。

小鼠因颈椎脱位而死亡。通过机械破碎从组织中获得淋巴细胞悬浮液。通过Ficoll-Paque PLUS(GE Healthcare)对EDTA处理的血液进行密度梯度离心分离外周血淋巴细胞。通过渗透细胞裂解液(8.34 mg/ml氯化铵、0.84 mg/ml碳酸氢钠和1 mM EDTA,pH 8.0)从脾脏样本中去除红细胞。将白细胞重新悬浮在FACS缓冲液中(1%BSA和0.02%叠氮化钠在PBS中)。荧光标记抗鼠抗体CD1d、CD4、CD5、CD8、CD11c、CD21/CD35、CD25、CD44、CD45R/B220、CD62L、CD69、CD80、MHC II类、IgD、IgM、IgA、IgG亚类(BD Biosciences)CD3、CD23、CD93(eBiosciency)、BAFFR、TACI、BCMA(R&D Systems)和PDCA-1(Miltenyi Biotec)用于FACS和/或显微镜分析。根据制造商的说明(eBioscience)对FoxP3进行核内染色。数据收集在LSRII流式细胞仪(BD Biosciences)上,并使用FlowJo软件(Tree Star,Inc.)进行分析。T细胞亚群测定如下:双阴性胸腺细胞(CD3CD4细胞CD8(CD8)); 幼稚(CD44CD62L型+); 效应器(CD44+CD62L型); T调节细胞(CD3+CD4细胞+CD25型+福克斯P3+). B细胞群的门控方法如下:T2-MZ(B220+CD23型+CD21型你好免疫球蛋白M你好CD93型整数免疫球蛋白D+); T2-Fo(B220+CD23型+CD21型迟钝的免疫球蛋白M你好CD93型你好免疫球蛋白D+); Fo(B220+CD23细胞+免疫球蛋白M+CD21型整数免疫球蛋白D+); MZ(B220+CD23型−/loCD21型你好免疫球蛋白M+CD1d公司你好); B1a(B220整数免疫球蛋白M+CD5(CD5)+免疫球蛋白D整数); B1b(B220整数免疫球蛋白M+CD5(CD5)免疫球蛋白D整数). DC群体的门控如下:mDC(CD11c你好PDCA01型B220型)和pDC(CD11c整数PDCA-1型+B220型整数).

免疫接种。

对于T细胞非依赖性2型(TI-2)抗原,用30μg NP偶联Ficoll(NP59-氨乙基羧甲基-微球;生物搜索技术)静脉免疫小鼠。通过用CFA(Sigma-Aldrich)中乳化的5μg NP-OVA(Biosearch)进行i.p.免疫,然后在21天后在IFA中用5μg NF-OVA进行强化免疫,检测对照窝友和TΔ-BTg小鼠的T细胞依赖性抗体反应。

ELISA法。

ELISA板分别涂有2μg/ml山羊抗鼠Ig(H+L;Jackson Immunoresearch Laboratories)、正常山羊Ig(Jackson Inmunoresource Laboratory)或10μg/ml甲基化BSA(Calbiochem),以检测总Ig、RF和抗DNA水平。对于抗DNA分析,如前所述,从一级小牛胸腺(Sigma-Aldrich)制备2μg/ml dsDNA或ssDNA(19)用于涂覆ELISA板。纯化小鼠Ig(南方生物技术)用作总Ig同型分析的标准。通过ELISA测定NP特异性抗体(22). ELISA板涂有2μg/ml NP30-BSA(生物研究)。滴定度(对数基数2)定义为血清稀释度,OD读数比背景值高4倍(其中1=1/50)。ELISA是用抗小鼠等型特异性碱性磷酸酶标记抗体(南方生物技术公司)检测的P(P)-NP磷酸盐底物(Sigma-Aldrich)。

ANA和抗dsDNA免疫荧光。

用PBS 1:50稀释从8月龄小鼠尾部出血获得的血清,并用于固定Hep-2或绿蝇属分别用于ANA或抗dsDNA抗体检测的载玻片(Antibodies,Inc.)。FITC抗鼠Ig(BD Biosciences)用于检测小鼠抗体。用128倍放大的荧光显微镜(徕卡)分析载玻片。

器官病理学。

肾脏和唾液腺用4%多聚甲醛固定在PBS中,并用石蜡包埋。对4μm石蜡包埋切片进行脱蜡处理,并用苏木精和伊红(HE)染色。对于Ig和补体C3沉积,将组织快速冷冻,包埋在组织-颈部OCT复合物(樱花)中。5μm切片用丙酮固定,并用5μg/ml纯化的大鼠抗鼠CD16/CD32(BD Biosciences)和5μg/ml多克隆人IgG(Biogen-Idec)在PBS中封闭10分钟,然后用FITC-偶联抗鼠Ig异构体(BD bioscience)或FITC-共轭抗鼠C3(Cedarlane Laboratories)染色。

TLR刺激。

使用的TLR配体如下:1μg/ml肽聚糖(刺激TLR2);1μg/ml聚肌苷多囊酸(poly[I:C];TLR3);0.25μg/ml脂多糖(TLR4);0.5μg/ml R848(TLR7);以及CpG序列ODN 1826(0.5μg/ml)和ODN 2216(分别为1μg/ml;CpGB和CpGA;TLR9;InvivoGen)。在B细胞培养物中添加或不添加1μg/ml重组小鼠BAFF(Apotech)和TLR配体。百万赫兹(B220+CD23细胞CD21型小时i) B细胞和腹膜B1a(CD5+B220型整数)和B1b(CD5+B220型整数)使用FACSAria(BD Biosciences)对B细胞进行分类。

统计分析。

使用学生的t吨测试。数值显示为达到P>0.05显著性的数据。

在线补充材料。

图S1证实TΔ-BTg小鼠系中缺乏T细胞。图S2显示TΔ-BTg小鼠产生的自身反应性IgG亚类。图S3显示了BAFF-Tg和TΔ-BTg小鼠肾脏和唾液腺中的IgG亚类沉积。图S4显示,BAFF刺激后增强了TLR-介导的IgG转换,增加了Fo和MZ中TLR7/9 mRNA的表达,但不增加B1、B细胞的表达,并且增加了MyD88血清中的BAFF水平−/−老鼠。图S5显示了MyD88+/+和MyD88−/−BAFF-Tg-BM嵌合体和BAFF-Tg小鼠的DC表型。图S6显示用TLR9重组的BAFF-Tg小鼠中抗dsDNA抗体的产生类似+/+或TLR9−/−BM。本文的在线版本可在http://www.jem.org/cgi/content/full/jem.20062567/DC1.

致谢

我们要感谢罗伯特·布林克和伊恩·麦凯对这份手稿的批判性审查。我们感谢埃里克·施密德(Eric Schmied)、南希·路易斯(Nancy Lui)和生物测试设施(澳大利亚悉尼加文研究所)的工作人员在动物护理方面提供的帮助。我们还要感谢Jerome Darakdjian对细胞的分类。

F.Mackay得到了Wellcome Trust高级研究奖学金和国家健康与医学研究委员会(NH&MRC)项目拨款的支持。J.R.Groom和C.A.Fletcher获得NH&MRC博士奖学金。S.V.Watt和M.J.Smyth得到NH&MRC项目拨款的支持。

作者声明没有利益冲突。

笔记

缩写词:ANA,抗核抗体;BAFF,B细胞——TNF家族的激活因子;BAFF-R、BAFF受体;CLN,宫颈LN;ds,双绞线;HE、苏木精和曙红;HEL,鸡蛋溶菌酶;mDC,髓系DC;MZ,边缘带;NP,硝基苯基;pDC、浆细胞样DC;PerC,腹膜腔;PLN,外围LN;RF,类风湿因子;ss,单股;系统性红斑狼疮;SS,舍格伦综合征;TACI、跨膜激活剂、钙调节剂和亲环素配体(CAML)相互作用物;Tg,转基因。

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文章来自实验医学杂志由以下人员提供洛克菲勒大学出版社