淋巴细胞介导的细胞免疫应答免疫学教学课件

1,湖北理工学院精品课程,医学免疫学,2,T淋巴细胞介导的 细胞免疫应答,3,细胞免疫应答是从初始T细胞接受抗原刺激到分化成效应T细胞并将抗原清除的过程。,概述,T淋巴细胞介导的细胞免疫应答分为三个阶段：,T细胞特异性识别抗原阶段 T细胞活化、增殖和分化阶段 效应性T细胞的产生及效应阶段,概念,4,概述,5,T淋巴细胞介导的细胞免疫应答,第一节 T细胞对抗原的识别 第二节 T细胞的活化、增殖和分化 第三节 T细胞的效应功能,6,7,T淋巴细胞对抗原的识别,免疫应答,基本概念,初始T细胞膜表面抗原识别的受体TCR与APC表面的抗原肽-MHC分子复合物特异结合的过程称为抗原识别（antigen recognition），这是T细胞特异活化的第一步。TCR在特异性识别APC 所提呈的抗原多肽的过程中，必须同时识别与抗原多肽形成复合物的MHC分子，这种特性称为MHC限制性（MHC restriction）。MHC限制性决定了任何T细胞仅识别由同一个体APC表面的MHC分子提呈的抗原肽。,8,9,T淋巴细胞对抗原的识别,一、APC向T细胞提呈抗原的过程,外源性抗原在局部被APC摄取、加工和处理，以抗原肽-MHC类分子复合物的形式表达于APC表面，将抗原提呈给CD4+Th细胞识别。Th细胞通过CK的产生与分泌，调节细胞和体液免疫应答。 内源性抗原，以抗原肽-MHC类分子复合物的形式表达于细胞表面，供特异性CD8+T细胞识别。 CD8+T细胞活化、增殖和分化为效应细胞后，发挥细胞毒性T细胞（cytotoxic T cell）的功能。,10,T淋巴细胞对抗原的识别,二、APC 与T细胞的相互作用,（一）T细胞与APC的非特异结合,（二）T细胞与APC的特异性结合,初始T细胞进入淋巴结的副皮质区，利用表面的粘附分子（LFA-1,CD2）与APC 表面相应配体（ICAM-1,LFA-3）结合，可促进和增强T细胞表面TCR特异性识别和结合抗原肽的能力。上述结合是可逆而短暂的。为结合的T细胞再次进入淋巴细胞再循环。,在T细胞与APC短暂结合的过程中，若TCR识别相应的特异性抗原肽-MHC复合物（pMHC）后，则T细胞可与APC发生特异性结合，并由CD3向保内传递信号，稳定并延长T细胞与APC间结合的时间，从而诱导抗原特异性T细胞激活和增殖。 T细胞和APC表面多种协同刺激分子有助于维持和加强T细胞与APC的直接接触，这在细胞免疫应答的启动中发挥重要作用。,11,（二）T细胞与APC的特异性结合,T细胞与APC之间的作用并不是细胞表面分子间随机分 散的相互作用，而是在细胞表面独特的区域上聚集着一组 TCR，其周围是一圈粘附分子，这个特殊的结构称为免疫 突触（immunological synapse）。在免疫突触形成的初 期，TCR-pMHC分散在新形成的突触周围，然后向中央移 动，最终形成TCR-pMHC位于中央，周围是一圈LFA-1- ICAM-1相互作用的结构。功能：增强TCR与pMHC相互作 用的亲和力；促进T细胞信号转导分子的相互作用、信号通 路的激活及细胞骨架系统和细胞器的结构和功能变化，从 而参与T细胞的激活和细胞效应的有效发挥。,12,APC通过免疫突触与T细胞相互作用,一系列免疫分子参与和调节免疫突触的形成及信号转导。,13,免疫突触形成第一阶段：接触面的形成，CD4/CD8分子在该阶段可稳定T细胞与APC的接触，为TCR-pMHC结合提供条件。,免疫分子的相互连接,14,第二阶段即TCR-pMHC的移动:发生在第一阶段的约5分钟后， TCR-pMHC复合物向接触面的中央移动，与此同时，LFA-1-ICAM-1向周围移动。,多肽-MHC复合体的移动,15,第三阶段是免疫突触的形成：位于中央的TCR-pMHC复合物不再移动，在其周围形成由LFA-1和ICAM-1等分子相互结合所形成的环状结构，这种成熟的免疫突触可持续1h以上。,免疫突触的形成,16,第二节 T细胞的活化、增殖和分化,一、T细胞活化涉及的分子,（一）T细胞活化的第一信号,APC提呈pMHCT细胞TCR特异性识别MHC分子槽中的抗原肽CD3和CD4/CD8分子胞质段尾部聚集激活与胞质段尾部相连的酪氨酸激酶CD3分子胞质区ITAM中的酪氨酸磷酸化启动激酶活化的级联反应激活转录因子细胞增殖及分化相关基因的转录激活发挥相应的功能,T细胞的完全活化有赖于双信号和细胞因子的作用； T细胞活化的第一信号来自T细胞对抗原的识别； T细胞活化的第二信号来自APC表达的协同刺激分子与T细胞表面的相应受体或配体相互作用介导的信号。,17,T细胞与APC表面多对协同刺激分子相互作用产生T细胞活化第二信号； 根据效应不同，将协同刺激分子分为正性/负性共刺激分子； 正性共刺激分子：CD28/B7 作用是促进IL-2基因转录和稳定IL-2mRNA，从而促进IL-2合成； 负性共刺激分子：CTLA4 /B7 作用是介导负性信号的传导，有效地调节了适度的免疫应答； 激活的专职APC上调表达协同刺激分子，触发有效的协同刺激信号； 缺乏/阻断协同刺激信号使自身反应性T细胞处于无能状态，从而维持自身免疫耐受。,（二）T细胞活化的第二信号,18,双信号活化：,双 识 别 第一信号,19,（三）细胞因子促进T细胞充分活化,T细胞的充分活化，有赖于双信号和多种细胞因子的参与。活化的APC和T细胞可分泌IL-1、IL-2、IL4、IL-6、IL-10、IL-12、IL-15和IFN-等多种细胞因子，在T细胞激活中发挥重要作用。,20,静止T细胞,活化T细胞,T细胞增殖、分化,T细胞活化中IL-2的作用,21,T细胞的活化,IL-1、IL-2、IL-6、IL-12 等,双信号活化 ,第一信号：双识别,抗原肽 MHC,CD4 / CD8,第二信号：协同剌激,B7(CD80/86),CD28,增强信号：细胞因子,小结,22,二、T细胞活化的信号转导途径,TCR的胞膜外区可识别特异性pMHC，但其胞质区很 短，要借助于CD3分子及CD4/CD8分子和CD28分子的辅 助，才能将抗原刺激的信号传递至细胞内部，使转录因子 活化，转位到核内，活化相关基因。这一过程称为T细胞 活化的信号转导（signal transduction）。,23,TCR结合抗原肽,TCR的位置和构象改变,受体交联,PTK激活,T细胞活化信号的转导,ITAM磷酸化,ZAP-70活化,转录因子活化,靶基因的转录,24,参与T细胞活化早期的蛋白酪氨酸激酶（protein tyrosine kinase,PTK）主要有p56Lck和p59Fyn及ZAP-70等； p56Lck主要与CD4/CD8胞内段的尾部相连， p59Fyn主要与CD3的链相连， 而ZAP-70存在于胞质内； TCR结合pMHC后， CD3、 CD4/CD8胞质尾部聚集在一起，产生激酶活化的级联反应，将活化信号传递给下游的其他分子； TCR活化信号胞内传导的主要途径有两条：PLC-活化途径和MAP激酶活化途径。,T细胞活化信号的转导,25,APC,MHC II 类分子,CD4,TCR,CD3,Lck,ZAP-70,T cell,ITAM,Fyn,T细胞活化相关分子及其布局,26,27,APC,MHC II 类分子,CD4,TCR,CD3,Lck,ZAP-70,T cell,ITAM,Fyn,TCR活化信号胞内转导的主要途径,28,APC,MHC II 类分子,CD4,TCR,CD3,Lck,ZAP-70,T cell,ITAM,Fyn,TCR及其辅助受体启动T细胞活化信号,29,TCR+CD3,CD4/CD8,CD45,ZAP-70,Fyn,Lck,Fyn和Lck使CD3和链上的ITAMs的酪氨酸残基磷酸化，继而使含SH2功能区的ZAP-70结合其上,受体交联活化PTK（在T细胞中主要是Fyn和Lck 活化）,蛋白酪氨酸磷酸酶增强Fyn和Lck的活化,Lck活化ZAP-70进而活化PLC-和生长因子受体结合蛋白（GRB-2）,细胞膜,细 胞 浆,30,PLC-分解磷脂肌醇二磷酸 （PIP2）产生甘油二酯（DAG）和三磷酸肌醇（IP3）,M-SOS活化,IP3增加胞内Ca 2+浓度活化磷酸酶和钙调磷酸酶 （Calcineurin）,Ras-GDP Ras-GTP (失活状态) (激活状态),钙调磷酸酶活化转录因子NFAT（nuclear factor of activated T cells）,MAP激酶活化,转录因子(NF-B、NFAT和AP-1)结合到基因的启动子部位，促使基因转录,DAG和Ca2+活化PKC,PKC活化转录因子NF-B,细 胞 浆,Raf蛋白活化,31,三、T细胞活化信号涉及的靶基因,T细胞活化信号,免疫应答,磷脂酰肌醇代谢途径,Ras-MAP激酶途径,激酶磷酸化的级联反应,转录因子进入细胞核内,与T细胞效应分子编码基因调控区部位结合,增强启动子的活性,调控涉及细胞增殖及分化的细胞基因,32,T细胞活化信号涉及的靶基因,编码T细胞效应分子基因包括细胞因子基因、细胞因 子受体基因、粘附分子基因和MHC等； 因T细胞活化信号转导级联反应的复杂性，构成T细 胞应答的多样性； 在不同细胞因子的作用下，活化的T细胞分化成具有 不同功能的效应细胞，部分细胞分化成记忆细胞。,33,转录因子活化及基因表达,转录因子活化 NF-AT NF-B AP-1 基因表达,34,多种细胞因子参与T细胞增殖和分化过程如IL-2、IL-4、IL-6、IL-7、IL-12、IL-15、IL-18；其中IL-2是促进T细胞增殖最重要的因子。,四、抗原特异性T细胞克隆性增殖和分化,35,静止T细胞表达低水平的中亲和力IL-2R(由两条链组成)；激活的T细胞表达高亲和力IL-2R(由三条链组成)，并分泌IL-2； T细胞迅速增殖后，定向分化为效应性T细胞； CD4+T细胞 辅助性T细胞（Th） CD8+T细胞 细胞毒T细胞（CTL）,四、抗原特异性T细胞克隆性增殖和分化,36,1.CD4+T细胞的增殖分化,初始CD4+T细胞,Th0,Th1,Th2,IL-4,IL-12,IFN-,介导细胞 免疫应答,介导体液 免疫应答,Tregs (CD4+CD25+Foxp3+),免疫抑制 免疫调节 维持自身耐受,小鼠Th17,人Th17,IL-6,TGF-,IL-1,IL-17,分泌,调节自身免疫性疾病 与感染性疾病,37,初始CD8+T细胞激活有以下两种方式： 1）Th细胞依赖性： CD8+T细胞的激活，需要APC和CD4+T细胞的辅助。活化的Th细胞分泌细胞因子作用与CTL前体细胞，抗原肽-MHC分子刺激的特异性活化信号作用下，增殖分化为CTL。 2）Th细胞非依赖性：高表达协同刺激分子的病毒感染DC，不需要Th细胞的辅助而直接刺激CD8+T细胞产生IL-2，诱导其增殖分化为CTL。,2.CD8+T细胞的增殖分化,38,第三节 T细胞的效应功能,两类重要的细胞效应 1. CD4+T细胞活化M而诱生炎症，抗胞内菌感染； 2. CD8+CTL细胞杀伤靶细胞。,免疫应答,39,1. Th1细胞对巨噬细胞的作用 激活巨噬细胞： Th1细胞产生IFN-等活化巨噬细胞； Th1细胞表达CD40L与M表面CD40结合，激活M。 诱生并募集M：Th1细胞产生IL-3、GM-CSF促进骨髓造血干细胞分化为M；Th1细胞产生TNF-，TNF-和MCP-1等募集炎症细胞在感染灶部位。,（一）Th1细胞的生物学活性,免疫应答,40,IFN ,IFN R,CD40L,CD40,Th细胞,活化, CD40分子和TNF受体表达增加，TNF-分泌 协同IFN-增加巨噬细胞抗胞内微生物作用。 B7分子和MHC II分子的表达增加。,M,41,2. Th1细胞对T细胞的作用： 产生IL-2等细胞因子，促进Th1、Th 2、CTL、NK细胞等细胞的活化与增殖。 3. Th1细胞对B细胞的作用： Th1细胞分泌IFN-诱导活化B细胞产生调理性抗体。 4. Th1细胞对中性粒细胞的作用： Th1细胞产生淋巴毒素和TNF-可活化中性粒细胞，杀伤病原体。,免疫应答,42,43,Th1分泌的细胞因子及其诱导炎症作用,44,(二)Th2细胞的生物学活性,1.辅助体液免疫应答：分泌IL-4、IL-5、IL-10、IL-13等细胞因子促进B细胞增殖分化和抗体产生； 2.参与超敏反应性炎症：分泌细胞因子激活肥大、嗜酸性粒、嗜碱性粒细胞，参与超敏反应的发生和抗寄生虫感染。,45,（三）Th17细胞的生物学活性,1.分泌IL-17，刺激上皮细胞、内皮细胞、成纤维细胞和巨 噬细胞等分泌多种细胞因子： 1）分泌IL-8、MCP-1等趋化因子，趋化和募集中性粒细胞和单核 细胞； 2）分泌IL-1、IL-6、TNF-和PGE-2扥国有道局部炎症反应； 3）分泌G-CSF和GM-CSF等集落刺激因子，活化中性粒细胞和单 核细胞，并刺激骨髓造血干细胞产生更多髓样细胞。 2.泌IL-17，刺激上皮细胞、角朊细胞分泌防御素等抗菌物质，以 及募集和活化中性粒细胞等，在固有免疫中发挥重要作用。,46,（1）效-靶细胞结合 双信号识别,二、CTL细胞的效应功能,（2）CTL的极化 细胞骨架系统、高尔基体、胞浆颗粒等向效-靶接触部位重新排列、分布，保证CTL分泌的效应分子有效作用于所接触的靶细胞。,CD8+Tc细胞（CTL）介导的细胞毒作用分泌细胞毒素及诱导靶细胞凋亡，杀伤带抗原的靶细胞。,47,（3）致死性攻击,1）穿孔素/颗粒酶途径： 穿孔素（perforin）插入靶细胞形成孔道，使靶细胞崩解；颗粒酶（granzyme）进入靶细胞激活Caspase 10，引发激联反应，激活DNA内切酶，核小体断裂，导致靶细胞死亡。,2）Fas/FasL途径： 效应CTL表达FasL，并分泌TNF-、LT- 。这些 效应分子与靶细胞表面的Fas和TNFR结合，通过激活胞 内胱天蛋白酶（Caspase）参与的信号转导途径，导致 靶细胞凋亡。,48,1）穿孔