B细胞在骨髓中的发育
骨髓（bone marrow）是造血器官，富含多能造血干细胞（hemopoietic stem cell，HSC），是各种血细胞（包括免疫细胞）的发源地，也是人类和哺乳动物B细胞分化发育的场所。
（一）B细胞在胸腺中发育的4个阶段
B细胞在骨髓内经历了祖B细胞（pro-B cell）、前B细胞（pre-B cell）、未成熟B细胞（immature B cell）及成熟B细胞（mature B cell）等阶段（图5-2）。在B细胞发育的不同阶段，主要的发生的2个事件是：B细胞发育过程中的BCR基因重排和B细胞的阴性选择。
图5-2 B细胞在骨髓中的发育
1．祖B细胞 祖B细胞又分为早期祖B细胞（early pro-B cell）和晚期祖B细胞（late pro-B cell）。在早期祖B细胞，Ig重链可变区基因开始发生D-J基因重排，晚期祖B细胞发生V-D-J基因重排，此时没有mIgM 的表达。祖B细胞表达开始表达Igα／Igβ异源二聚体，该二聚体是B细胞的重要标记，是BCR 复合物的组成部分，介导抗原刺激后的信号传递。
2．前B细胞 前B细胞经历大前B细胞（large pre-B cell）和小前B细胞（small pre-B cell）2个阶段，其特征是表达前B细胞受体（pre-BCR）（图5-3）。在大前B细胞阶段，Ig重链基因已完成重排，但轻链基因重排尚未进行。此时，细胞表达λ5和Vpre-B构成的假性轻链（surrogate light chain，λ5和VpreB分别与轻链C区和V 区同源），并与Ig重链（μ链）及Igα／Igβ一起组成pre-BCR。大前B细胞进一步发育成为小前B细胞，后者进而开始发生轻链的V-J基因重排，但仍然不能表达功能性BCR。
图5-3 BCR的发育
3．未成熟B细胞 完成了轻链基因重排的小前B细胞可以表达功能性的BCR分子，进而发育成为未成熟B细胞，其特征是膜表面可以表达完整BCR（mIgM），此时若细胞受到抗原刺激，不能活化、增殖，而是会引发未成熟B细胞凋亡导致克隆清除，形成自身免疫耐受。
4．成熟B细胞 随着进一步分化，其他类Ig开始转录表达，最终分化为成熟B细胞，又称为初始B细胞（naïve B cell），其特征是膜表面可同时表达mIgM 和mIgD，这两类BCR的可变区完全相同，具有相同的抗原识别特性。B细胞在骨髓内的分化发育过程不受外来抗原的影响，又称为B细胞分化的抗原非依赖期。初始B细胞离开骨髓后，到达外周免疫器官（脾脏）的B细胞区定居，并在那里接受外来抗原的刺激后，在淋巴滤泡增殖形成生发中心，并发生广泛的Ig可变区体细胞高频突变，亲和力成熟和类别转换，最终进一步分化为浆细胞和记忆性B细胞。
（二）B细胞发育过程中的BCR基因重排
BCR是表达于B细胞表面的免疫球蛋白，即膜免疫球蛋白（membrane immunoglobulin，mIg），B细胞通过BCR识别抗原，接受抗原刺激，启动体液免疫应答。编码BCR的基因在胚系阶段以分割的、数量众多的基因片段（gene segment）形式存在。在B细胞发育过程中，胚系基因片段发生随机重排（re-arrangement）和组合，从而产生种类庞大、能特异性识别抗原的BCR库。TCR与BCR的基因结构及重排机制非常相似。
1．BCR的胚系基因结构 人体Ig重链基因群位于第14号染色体长臂，由编码可变区的V基因片段（Variable gene segment，VH）、D基因片段（Diversity gene segment，DH）和J基因片段（Joining gene segment，JH）及编码恒定区的C基因片段组成（图5-4）。人体Ig轻链基因群分为κ基因和λ基因，分别定位于第2号染色体短臂和第22染色体长臂。轻链V区基因只有V、J基因片段。(https://www.daowen.com)
图5-4 人BCR重链和轻链胚系基因结构示意图
轻链和重链基因分别由多个基因片段组成，其中人的VH、DH、JH 基因片段分别为45、23和6个；编码κ链V区的Vκ和Jκ的基因片段数分别为40个和5个；编码λ链V 区的Vλ和Jλ的基因片段数分别为30个和4个；重链C区的基因片段有9个，其排列顺序为5′-Cμ-Cδ-Cγ3-Cγ1-Cα1-Cγ2-Cγ4-Cε-Cα2-3′，分别编码不同类或亚类Ig的恒定区。Cκ的基因片段只有1个，Cλ的基因片段数有4个（Cλ1、Cλ2、Cλ3、Cλ7），分别编码不同λ亚型Ig的恒定区。
2．BCR基因重排及机制 在B细胞分化成熟过程中，Ig胚系基因是以被内含子分隔开的基因片段的形式成簇存在，只有通过基因重排，形成VDJ或VJ连接，并与C基因片段连接，才能编码完整的Ig多肽链，经进一步加工、修饰后，形成BCR重链或轻链（图5-5）。BCR基因重排有明显的程序化，首先是重链可变区发生重排，随后轻链基因重排。基因重排的顺利进行需要一组重组酶的作用来实现，其作用包括识别位于V（D）J基因片段两端的保守序列，切断、连接及修复DNA 等。重组酶包括：①重组激活酶，由重组活化基因（recombination activating gene，RAG）编码，有RAG1和RAG2两种，形成RAG1／RAG2复合物，仅表达于不成熟阶段的B／T细胞。该酶可特异性识别并切除V、（D）、J基因片段两侧称之为重组信号序列（recombination signal sequence，RASS）的保守序列；②末端脱氧核苷酸转移酶（terminal deoxynucleotidyl transferase，Td T）可将数个或数十个核苷酸通过一种非模板编码（non-template encoded）的方式插入到V、D、J基因重排过程中出现的DNA断端，形成N核苷酸插入；③其他，如DNA外切酶、DNA合成酶等。通过重组酶的作用，可以从众多的V（D）J基因片段中各选择一个V、（D）、J基因片段重排在一起，形成VDJ或VJ连接，最终加工成为有功能的BCR。经过Ig或TCR胚系基因重排的过程，B／T细胞内的基因组DNA序列与其他体细胞有很大不同，这是存在于B／T细胞内独特的生物学现象。
图5-5 免疫球蛋白重链基因重排和表达示意图
3．等位排斥和同种型排斥现象 1个B细胞克隆只表达一种BCR，只分泌一种抗体。对于遗传上是个杂合子的个体来说，确保B细胞克隆的单一性及只表达一种Ig型的轻链，主要通过等位基因排斥和同种型排斥来实现。等位排斥是指B细胞内一条染色体上的重链或轻链基因重排成功后，抑制另一条同源染色体上等位基因的重排。同种型排斥是指κ轻链和λ轻链之间的排斥，即κ轻链基因重排成功后抑制λ轻链基因的重排。以确保每个B细胞克隆仅表达一种抗原识别特性的BCR。
4．BCR多样性产生的机制 免疫系统中B细胞库包含了所有B细胞克隆，他们都来源于同一祖细胞。与T细胞类似，B细胞表达的抗原识别受体具有1个细胞克隆只表达一种抗原受体（或抗体）的特点。人体内B细胞克隆约1012以上，具有单一特征性抗原识别特性的BCR（或抗体分子），可以特异性识别抗原表位，其多样性产生的机制主要包括：基因重排时的组合多样性、基因重排时的连接多样性、受体编辑及体细胞高频突变。
（1）基因重排时的组合多样性（combinational diversity） 包括V、D、J基因片段的不同组合和轻重链的不同配对组合。以人的VH 为例，其V、D、J之间的随机组合可高达6 000余种（40×25×6＝6 000）。以此类推，Vκ的组合种类为200种、Vλ的组合种类为120种。因此，理论上Ig V区基因片段的组合加上轻重链组合的多样性达到1．9×106。
（2）基因重排时的连接多样性（junctional diversity） 在V（D）J基因片段重组时，VD、V-J、D-J之间的连接并不十分精确，存在插入、替换或缺失现象，以致每一次连接都可能造成多种不同组合。连接多样性包括：①密码子错位，在DNA 断端替换或缺失3×n个核苷酸，使产物发生n个氨基酸序列的改变，后续序列不变；②框架移位，替换或缺失1或2＋3×n个核苷酸，使后续序列完全改变；③N 序列插入，末端脱氧核苷酸转移酶（Td T）将一段不属于待连接基因片段的外来N-核苷酸插入到V、D、J基因重排过程中出现的DNA断端连接多样性可大大增加BCR的多样性，使多样性从106增加到109。
（3）受体编辑（receptor editing） B细胞在骨髓发育成熟的过程中，Ig基因随机发生重排，因此有可能会产生能识别自身抗原的B细胞克隆。这些未成熟的自身反应性B细胞克隆在识别自身抗原后会重新激活重组活化基因RAG，导致Ig轻链编码基因再次重排，合成新的轻链，代替自身反应性轻链，从而使BCR 获得新的抗原特异性，这一过程即为受体编辑。若受体编辑不成功，则该B细胞凋亡。受体编辑进一步增加了BCR的多样性。
（4）体细胞高频突变（somatic hypermutation） 体细胞突变是指已成熟的B细胞在完成V区基因重排的基础上，进入外周免疫器官后在受抗原刺激后形成的高频突变。体细胞高频突变的方式主要是在Ig重链和轻链V 区CDR部位的基因序列发生碱基的点突变，不仅能增加免疫球蛋白多样性，还可促进免疫球蛋白的亲和力成熟。体细胞突变可使多样性从109增加到1014。
（三）B细胞发育过程中的阴性选择
未成熟的B细胞携带大量自身反应性克隆，机体通过克隆清除（colon deletion）、受体编辑（receptor editing）和免疫无能（anergy）等多种机制建立B细胞对自身抗原的中枢免疫耐受。当骨髓中B细胞分化发育进入未成熟B细胞阶段时，其膜表面已经表达完整的BCR（mIgM），具有识别抗原的能力。此时的BCR若与骨髓中细胞表面的自身抗原发生结合，不仅不能活化B细胞，还会诱导该未成熟B细胞发生凋亡，形成克隆清除。部分B细胞BCR识别自身抗原后，可上调RAG基因表达，导致Ig V区基因发生再次重排，从而改变BCR抗原特异性，使之不再与自身抗原结合，这被称为受体编辑。若受体编辑失败，则该B细胞克隆发生凋亡而被清除。在某些情况下，未成熟B细胞与自身抗原结合后诱导BCR 显著下调，这类细胞虽然可以进入外周免疫器官，但对抗原刺激无应答，这被称为无能状态。克隆清除或无能的决定因素可能是BCR交联信号强度，强信号诱导克隆清除，反之，诱导免疫无能。因此，成熟的B细胞进入外周免疫器官后通常仅特异性识别外来抗原而被激活，进而发挥适应性体液免疫应答。