实验室小鼠 “重归自然”：环境如何重塑 B 细胞免疫？

为探究环境对 B 细胞的影响，研究人员开展小鼠 “重归自然” 实验，发现可促进 B 细胞成熟，意义重大。

　　

在生物医学研究的舞台上，实验室小鼠一直是不可或缺的 “主角”。然而，长期生活在特定病原体 - free（SPF）设施笼子里的它们，就像被保护在温室中的花朵，与外界丰富多彩的自然环境隔绝。这使得它们的免疫系统发育与自由生活的哺乳动物相比，存在明显差异，尤其在与人类免疫系统的对比上，这种差异更为突出。比如，实验室小鼠的免疫系统相对人类来说，就像还未完全长大的孩子，不够成熟。

过去的研究已经发现，微生物在这种差异中起着关键作用。当实验室小鼠接触到病原体感染，或者与携带感染源的 “脏” 小鼠共同生活时，它们的免疫系统会逐渐向成年人的免疫系统靠近。但对于环境暴露对免疫系统中 B 细胞（在适应性免疫中发挥核心作用的细胞）的具体影响，却一直没有深入的研究。这就好比在一幅宏伟的免疫拼图中，B 细胞这一块的细节还模糊不清。

为了填补这一空白，纽约大学格罗斯曼医学院（NYU Grossman School of Medicine）等机构的研究人员开启了一项别具一格的研究 —— 让实验室小鼠 “重归自然”。研究人员建立了一种 “重归自然”（rewilding）的实验系统，将实验室小鼠有控制地释放到户外围栏设施中，让它们接触自然环境中的土壤、昆虫和植被等，同时避免接触其他可能携带致病病原体的野生啮齿动物。这项研究成果发表在《SCIENCE ADVANCES》上，为我们深入理解免疫系统与环境的关系带来了新的曙光。

在这项研究中，研究人员运用了多种关键技术方法。首先，通过流式细胞术（Flow cytometry analysis）对小鼠外周血、骨髓（BM）、脾脏和肠系膜淋巴结（mLNs）中的 B 细胞群体进行分析，以此来比较实验室小鼠和重归自然小鼠之间的差异。其次，利用单细胞 RNA 测序（scRNA-seq）技术，对从小肠固有层分离的免疫细胞进行分析，全面了解重归自然后肠道内免疫细胞群体的变化。此外，还采用了多种免疫检测技术，如免疫荧光（Immunofluorescence）、检测小鼠总 IgG 和 IgM 的酶联免疫吸附试验（ELISA）等，以及对肠道菌群进行分析的 16S rRNA 测序技术，从多个角度探究环境对 B 细胞免疫的影响。

研究结果表明：

1. B 细胞成熟加速：研究人员对 6 - 8 周龄的 SPF 实验室 C57BL6/J 小鼠进行重归自然实验，6 周后捕获并与对照组对比。通过流式细胞术发现，重归自然小鼠外周血中 CD44^hiCD19⁺ B 细胞数量增加，B 细胞激活标记 CD40 和主要组织相容性复合体 II（MHCII）增多，CD93⁺CD19⁺ 过渡型 B 细胞减少，CD93^?CD19⁺ 成熟 B 细胞增多，这一系列变化都表明重归自然促进了 B 细胞的成熟。在骨髓中，虽然 B 细胞比例有所下降，但 B220^hiIgM⁺ 循环成熟 B 细胞数量和其与未成熟 B 细胞的比例均增加，进一步证实了 B 细胞成熟的加速。

2. 生发中心（GC）反应增强：在对脾脏和肠系膜淋巴结的研究中，发现重归自然小鼠脾脏中总 B 细胞（B220⁺CD19⁺）比例增加，GC B 细胞和类别转换的 IgG1⁺ B 细胞显著增多，浆细胞（分泌高水平抗体的终末分化 B 细胞）数量也有所增加，且在骨髓中的浆细胞数量同样增多。在肠系膜淋巴结中，虽然总 B 细胞数量略有减少，但 GC B 细胞、IgA⁺和 IgM⁺ B 细胞比例增加，浆细胞数量也增多。这些结果说明重归自然诱导了 GC 反应的增强，促进了 B 细胞向浆细胞的终末分化。

3. 肠道 B 细胞变化显著：通过 scRNA-seq 分析发现，重归自然小鼠小肠内 B 细胞比例明显增加，同时 3 型天然淋巴细胞（ILC3s）也有所扩张，ILC3s 可调节 B 细胞反应。对 B 细胞亚群的进一步分析显示，成熟 B 细胞数量增加，且其代谢特征发生改变，表现为细胞质翻译、氧化磷酸化等过程增强。此外，重归自然小鼠肠道内浆细胞数量也有所增加，尽管在 scRNA-seq 中未显示其相对丰度增加，但免疫染色结果证实了其实际数量的上升。

4. B 细胞受体（BCR） repertoire 多样化：研究人员对 BCR repertoire 进行分析，发现重归自然小鼠的 Richness 和 Simpson’s Index 增加，表明其独特 BCR 的多样性更高且分布更均匀。浆细胞克隆的中位突变频率略有增加，重归自然小鼠的 IGHD 使用频率增加，这一系列结果表明重归自然小鼠的 B 细胞反应更加多样化和成熟。

5. 抗体水平和靶向变化：重归自然小鼠血液中的 IgG 和 IgM 水平均高于实验室小鼠。通过对肠道菌群的分析发现，重归自然小鼠的肠道菌群结构发生了变化，如 Clostridiales 富集，Erysipelotrichales 减少。进一步研究发现，重归自然小鼠血浆中的 IgG 和 IgM 靶向的肠道细菌与实验室小鼠明显不同，IgM 水平的升高与新获得的肠道细菌有关，而 IgG 水平的升高可能与免疫调节机制的改变有关，并非由特定细菌的变化驱动。

研究结论和讨论部分指出，这项研究充分证明了自然环境能够促进 B 细胞的成熟和激活，使小鼠的免疫系统更接近自由生活的哺乳动物。这不仅揭示了环境因素对 B 细胞免疫的重要影响，也为理解小鼠和人类免疫系统差异的原因提供了新的视角，暗示了以往观察到的小鼠和人类免疫系统差异可能部分归因于实验室环境中缺乏这些自然环境变量。同时，研究也为后续探究 B 细胞相关的免疫过程提供了重要线索，例如进一步研究重归自然小鼠 B 细胞代谢变化对其功能的影响，以及确定驱动 B 细胞变化的具体微生物等。但研究也存在一些局限性，如样本量有限，无法验证重归自然对特定 IgG 亚类反应的影响等，这也为未来的研究指明了方向。总之，这项研究为生物医学研究领域打开了一扇新的大门，让我们对免疫系统与环境的相互作用有了更深入的认识，有望推动相关领域的进一步发展。