人生沒有用不到的經歷

1980年Cytokines只有IL-1及IL-2，1985年到IL-6，1990年到IL-12，現在到IL-40。IL-40可促進IgA-secreting B cell的分化，IL-40 gene knockout mice show smaller and fewer Peyer’s patches and IgA-secreting B cell.
http://www.jimmunol.org/content/198/1_Supplement/201.18　

IL-2, IL-4, IL-5, IL-6, IL-9, IL-10, IL-12, IL-13, IL-15, IL-21, IL-25, IL-33以及IFN-a, IFN-g, TGF-b, TNF-a都與抗體的產生有直接的關係，另外還包括BAFF及APRIL。下面有兩篇文章值得一讀：
https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fimmu.2016.00324/full (Paper 1)
https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fimmu.2014.00065/full (Paper 2)
Paper 2中的Table 1 有各種Cytokine對抗體產生所扮演的角色。

 
上圖(圖一)出現過許多次，只列出IL-2, IL-4, IL-5, IL-6, TGF-b, IFN-g 這些B cell proliferation/differentiation/class switch的基本Cytokines，實際上各種抗體的產生需要更多輔助的Cytokines，其中IL-4, IL-10, IL-13, IL-21會促使AICDA (activation induced cytidine deaminase)基因轉錄，與Class switch recombination有關:
IL-4偏向IgG1, IgG4, IgE class switch
IL-10偏向IgG1, IgG3, IgA class switch
IL-13偏向IgG1, IgG4, IgE class switch
IL-21偏向IgG1, IgG3, IgA, IgE class switch
IL-6, IL-10, IL-15可促進IgM, IgG, IgE的產生
IL-12可促進IgM的產生
IL-21是促進Class switch、促進Plasma cell分化、及促進IgM/IgG/IgA/IgE產生最重要的Cytokine。

 
圖二: 細菌或病毒感染後，在感染附近會形成新的Lymphoid tissue，Dendritic cell將抗原訊息傳給Tfh cell，Tfh cell再活化Naïve  B cell。Naïve  B cell 可能直接分化為Plasma cell產生Non-specific antibodies，也可能進入Germinal center進行Somatic hypermutation，然後再分化為Plasma cell。PAX5, BLIMP-1, XBP-1, IRF-4是Transcription factor；IL-21 receptor在Germinal center B cell表現最多。BCL-6 是Follicular helper T cell 與 Germinal center B cell 發育最重要的Transcription factor。

 
圖三: Naïve B cell受Tfh cell及多種Cytokines刺激而活化。

現在醫學生想讀懂免疫學，一定要到實驗室做點研究，否則很難理解原文書及Review article所寫的內容。免疫學原文書不易讀懂，需要有老師指導閱讀，否則很容易Miss something important，有些觀點需要臨床的老師來整合，比方說，細菌與病毒想入侵上皮細胞並不容易，甚至可以說很難，關鍵在B1 B cell(分成B1a與B1b)所產生的Non-specific antibody會阻絕大部分的細菌與病毒入侵，其中B1a cell可持續分泌Non-specific antibody；一旦細菌或病毒入侵上皮細胞，B1b cell會受到Cytokine的刺激而活化。IL-1b會最先從上皮細胞釋出，接著IFN-a, IFN-b, IL-6, IL-7, IL-8, IL-11, IL-16等Cytokines也會從上皮細胞釋出，免疫細胞過來後會分泌TNF-a, IFN-a, IFN-b, IFN-g, IL-4, IL-5, IL-6, IL-7, IL-8, IL-9, IL-10, IL-11, IL-12, IL-13, IL-15, IL-16-----------等Cytokines吸引T cell及B cell過來在感染附近建構新的Lymphoid tissue(圖二及圖三)。

細菌或病毒入侵上皮細胞後，抗體的產生是二三十種Cytokines共同作用的結果，缺少任何一種都可能引發免疫缺陷。感染一旦建立，新的Lymphoid tissue會在感染附近形成：
 
圖四: IL-4, IL-6, IL-10, IL-21參與新的Germinal center形成。
https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fimmu.2018.01536/full

感染初期B1 cell會往新形成的Lymphoid tissue(如上圖四)移動，但B1 cell並不會進入Germinal center進行Somatic hypermutation，而是利用Lymphoid tissue進行細胞分裂。B1 cell原本存在於腹膜腔內，為何要進入Lymphoid tissue才能分裂？Lymphocyte在血中受到Cytokines刺激會分裂嗎？答案是不會，為甚麼？因為任何細胞要分裂都要有Supporting matrix，包括癌細胞。血液中循環的癌細胞(包括Lymphoma cell及Leukemia cell)都需要附著在Supporting matrix上才能生長。你在實驗室養細胞時，Petri dish上會塗一層Fibronectin做為Supporting matrix，細胞膜上的Integrin必須先接觸Fibronectin才能感應Cytokine及Growth factor的刺激。
 
圖五: PHSRN, RGD, LDV, REDV是Fibronectin上Integrin的binding motifs (PHRSN=Pro-His-Arg-Ser-Asn; RGD=Arg-Gly-Asp)

B1 cell (B1b) 進入Lymphoid tissue後分裂產生更多的B1b cell (B1a cell 存在於腹膜腔, 可持續產生抗體，是為Natural antibody)；B1b cell就會建立如下的抗體產生模式：
 
圖六: 抗原濃度低時，例如打疫苗，B1b cell會產生專一性高的抗體。成人打疫苗，大部分的抗體都是由B1b cell產生，因為沒有Follicular helper T cell參與，抗體很快就會消失，但仍會有記憶(Memory B cell)，再打疫苗又會活化。如果抗原濃度很高，代表感染後細菌或病毒量高，此時若產生專一性抗體緩不濟急，最佳應變方式就是產生非專一性的抗體(non-specific antibody)，亂搶打鳥，猶如冷兵器時代作戰亂箭齊發，可阻撓敵軍進攻速度，好讓Th1/Th2 immunity有時間建立起來。

成人的B1 cell與B2 cell皆來自骨髓，先在骨髓進行VDJ recombination，B1 cell主要在腹膜腔內，B1a cell可持續產生Non-specific antibody，B1b cell受T cell-independent antigen刺激而活化；剛從骨髓分化出來沒遇過抗原的B2 cell是Naïve B cell，存在於脾臟及淋巴結中。B1 cell活化與分裂需要IL-5, IL-9, IL-10, IL-33，其抗體基因只有VDJ recombination，沒有Somatic hypermutation (B1a沒有Class switch, B1b有Class switch)，與B2 cell的Naïve B cell活化需要T cell help不同(Naive B cell活化是T cell dependent--Th2 immunity)。Naïve B cell在嚴重感染時也會往新形成的Lymphoid tissue移動，一部份直接分裂產生Non-specific antibody，另一部分進入Germinal center進行Somatic hypermutation產生複雜性更高的抗體，並進行Class switch(圖三)，這些幾乎都是Non-specific antibody，可阻撓細菌或病毒擴散。Specific antibody的產生可以B型肝炎為例，請參考下文：
http://wleemc.pixnet.net/blog/post/118682607　
Anti-HBc antibody是Specific antibody(感染就會產生)，因作用於Core，位於病毒核心，因此Anti-HBc antibody對中和病毒完全沒有效用。
七成的人感染B型肝炎會在三個月後產生Anti-HBe antibody，e抗原也是位於病毒核心，對中和病毒也沒有效用，再者三個月也太慢了。
七成的人感染B型肝炎會在半年後產生Anti-HBs antibody，可中和病毒，但半年也太慢了，病毒早就被T cell immunity清除(七成的人會)。
另外三成病人感染B型肝炎只會產生anti-HBc antibody，不會清除病毒，Anti-HBe antibody可能會在感染數年或數十年之後產生，只有1-3%這樣的病人會在感染數十年之後清除病毒並可能產生anti-HBs antibody。

病毒或細菌感染後，亂槍打鳥的Non-specific antibodies對阻撓病毒擴散扮演重要的角色。感染過後，一群有效的B cell會轉變成Memory B cell (derived from B1b or naive B cell--Mostly produces non-specific antibodies, only sometimes specific antibody)，如果某個Clone的B cell helped by follicular helper T cell (Tfh)，該B cell就會持續產生抗體。疫苗打出來的Anti-HBs antibody，通常5-10年後會消失，經感染產生的Anti-HBs antibody多半可終身擁有。