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免疫细胞 生物技术学院分子免疫学研究所马骊 所长 教授 2011 05 21 淋巴细胞和单核细胞经血液循环及淋巴循环 进出外周淋巴组织及淋巴器官 构成免疫系统的完整网络 免疫细胞 所有参加免疫应答或与免疫应答有关的细胞及其前体细胞 包括 t细胞 b细胞 nk细胞 dc细胞 单核 吞噬细胞系统 b细胞 中性粒细胞 嗜酸性粒细胞 嗜碱性粒细胞 肥大细胞 红细胞 血小板 一 造血干细胞 hsc 具有高度自我更新和多向分化潜能 是各种免疫细胞的共同祖先 表面标志cd34 cd38 hsc的分化依赖于骨髓和胸腺造血微环境 部分分裂增殖以维持数量相对恒定 部分增殖分化成表面标志为cd34 cd38 的定向干细胞 包括淋巴样干细胞 lsc 和髓样干细胞 msc lsc继续分化为t细胞 b细胞和nk细胞 msc进一步分化为单核 巨噬细胞 dc细胞 中性粒细胞 嗜酸性粒细胞 嗜碱性粒细胞 肥大细胞 红细胞和血小板 hsc发育为成熟免疫细胞的每一阶段均需多种细胞因子参与 免疫细胞分化过程 造血干细胞移植 将正常hsc输入经超剂量放 化疗的患者体内 替代原有病理性或缺陷的造血干细胞 重建其造血和免疫功能 骨髓移植外周血干细胞移植脐血移植 造血干细胞移植包括 20世纪50年代开始使用 hsc存在于扁骨 不规则骨和长骨两端的红骨髓 为采集600ml骨髓 需给供者局部麻醉 经多次骨穿才能完成 骨髓移植 通过造血干细胞 动员 技术 使骨髓hsc进入外周血 采集分离约200ml外周血即可获得足够数量hsc并用于移植 外周血干细胞移植 脐带血是胎儿娩出 脐带结扎并离断后残留在胎盘和脐带中的血液 含有可以重建人体造血和免疫系统的hsc 可用于移植 脐血移植 来源丰富 取材简单 脐血移植的优势 对供受体hla相符的要求相对较低 脐血nk和lak细胞多 有利于gvl 不易受病毒或残留肿瘤细胞污染 hsc增殖和自我增殖能力强 脐血t b细胞相对不成熟 gvhd发生率低 脐血含基质细胞 能提供hsc生长的微环境 2009 02 27报道 一名26岁产妇临产前突然查出患白血病 第三军医大学新桥医院的专家待其分娩后 用该产妇父亲 骨髓和外周血 hsc 婴儿出生时采集的脐带血对白血病进行联合移植治疗 获得成功 hsc是导入外源基因理想的靶细胞 造血干细胞与基因治疗 多种疾病与造血细胞异常有关 将缺陷基因导入可缓解症状 hsc具有自我更新能力 可在患者体内长期存活并表达外源基因产物 hsc具有多向分化潜能 分化成的转基因血细胞可分布全身发挥效应 2000年4月 法国科学家在science上报道 从2名患有严重免疫缺陷症的患儿骨髓中抽取hsc 以逆转录病毒为载体 将正常基因导入其中 然后回输给病孩 经10个月随访 获得较满意的效果 患儿免疫系统达到正常水平 存在困难 在骨髓单个核细胞中比例不足1 难以获得足量高纯度hsc hsc虽可在体外扩增 但增殖能力往往衰减 且易走向分化 hsc生物学尚未完全弄清 外源基因导入后其表达难以控制 90 hsc处于非增殖期 多种载体对其转染效率较低 淋巴细胞是构成免疫系统的主要细胞群体 占外周血白细胞总数45 在机体免疫应答中起核心作用 二 淋巴细胞 淋巴细胞的显著特征是其异质性 可分为许多表型和功能各异的群体 包括t细胞 b细胞和nk细胞 t b细胞还可分为许多形态相似而功能不同的亚群 各个淋巴细胞群和亚群在免疫应答过程中相互协作 相互制约 共同完成对抗原的识别 应答和清除 维持机体内环境的稳定 一 t淋巴细胞 t细胞来源于骨髓的淋巴样干细胞 在胸腺内发育成熟 随后移行至外周淋巴组织 t细胞光镜照片t细胞电镜照片 t细胞介导特异性细胞免疫 并在胸腺依赖性抗原 td ag 诱导的体液免疫应答中发挥重要作用 th为b细胞活化提供第二信号 细胞因子 对自身抗原具有耐受性 体内存在能特异性识别各种抗原的t细胞库 tcellrepertoire 其基本特征 识别抗原受mhc限制 t细胞在胸腺内的分化和发育 包括三个阶段 早期发育阳性选择阴性选择 早期发育阶段 表型为tcr cd2 cd3 cd4 cd8 的始祖t细胞 在胸腺皮质区微环境作用下 成为表型tcr cd2 cd3 cd4 cd8 的始祖t细胞 双阴性细胞 后者进一步增殖分化为tcr cd2 cd3 cd4 cd8 的前t细胞 双阳性细胞 通过阳性选择 单阳性细胞获得识别抗原肽 mhc i ii类分子复合物的能力 这也是t细胞作用受mhc限制的原因 阳性选择阶段 深皮质区 双阳性细胞表面的cd4和cd8分子与胸腺皮质上皮细胞表面的mhc i ii类分子发生有效结合时 就被选择而继续发育分化为具有tcr的cd4 或cd8 的单阳性细胞 未能结合的双阳性细胞发生凋亡而被清除 只有未与mhc分子 自身抗原肽复合物结合的单阳性细胞才能继续分化发育为具有识别 非己 抗原能力的t细胞 阴性选择阶段 皮髓交界处 单阳性细胞与胸腺皮髓交界处的m 或dc表达的mhc i ii类分子 自身抗原肽复合物结合时 就发生自身耐受而停止发育 表现为对该自身抗原的反应性t细胞克隆清除 或虽克隆存在但功能丧失 t细胞克隆禁忌 t细胞的表面标志 受体和表面抗原 是t细胞识别抗原 与其他免疫细胞相互作用 接受信号刺激的分子基础 也是鉴别和分离t细胞的重要依据 指存在于t细胞表面的多种膜分子 包括表面 1 t细胞抗原受体 tcr 1 表面受体 膜区近胞浆部分通过非共价键与cd3分子形成tcr cd3复合物 tcr识别apc表面的抗原肽 mhc分子复合物 产生的信号由cd3分子传递 是t细胞活化的第一信号 t细胞表面特异性识别和结合抗原的结构 由 和 95 或 和 5 肽链籍二硫键形成的异源二聚体 跨 tcr在识别apc上mhc分子所提呈的抗原肽时 不仅识别抗原肽 还要识别与抗原肽结合的mhc分子 此现象即mhc限制性 超抗原对t细胞的激活作用 超抗原 如sea seb tsst 1等 与t细胞相互作用无mhc限制性 与tcr抗原结合槽外的部位结合 非特异性刺激t细胞克隆增殖 tcr不能直接识别和结合游离的可溶性抗原 只能识别apc加工处理后表达于apc表面的 与mhc分子结合的抗原分子 从而有别于bcr对抗原的识别 2 细胞因子受体 ckr t细胞在发育不同阶段表达一系列不同的白介素受体 如il 1r il 2r il 4r il 6r il 7r等 与相应配体结合后 促进或诱导t细胞活化 增殖 分化和成熟 3 绵羊红细胞受体 是人t细胞表面特有标志 借助该受体同绵羊红细胞结合形成的玫瑰花样花环 可判定外周t细胞的数量 间接反应机体的免疫机能 正常60 80 4 丝裂原受体t细胞表达pha con a和pwm受体 借助丝裂原刺激淋巴细胞增殖特性建立的淋转实验 可间接反应t细胞的免疫机能 正常60 80 5 抗体受体 fc r 6 补体受体 cr1 cd35 7 hiv受体 cd4是hivgp120的受体 1 mhc抗原 静息的外周t细胞只表达mhc i类抗原 活化的t细胞可同时表达mhc i和ii类抗原 因此 mhc ii类抗原可作为t细胞活化的标志 2 表面抗原 t细胞表达多种cd分子 如cd2 cd3 cd4 cd8 cd28等 在t细胞特异性识别和活化中发挥不同的生物学作用 2 cd抗原 血细胞在分化成熟为不同谱系 分化不同阶段及活化过程中 出现或消失的表面标志 借助不同的单克隆抗体进行鉴定 cd抗原检测对研究免疫细胞分化和亚群确定有重要意义 cd3 成熟t细胞的表面标志 与tcr形成tcr cd3复合物 tcr特异识别mhc分子提呈的抗原肽 cd3转导t细胞活化的第一信号 cd4和cd8 分别与mhc ii i类分子结合 稳定和加强t细胞与apc的结合和相互作用 cd28 90 cd4 t细胞 50 cd8 t细胞表达cd28 与apc表面的b7结合 是t细胞活化的第二信号 cd152 即ctla 4 活化的t细胞表达 结构上和cd28高度同源 与apc表面的b7结合 给予已活化的t细胞抑制信号 b7基因转染肿瘤细胞 作为肿瘤疫苗发挥抗肿瘤作用 应用 可溶性ctla4抑制免疫应答 治疗移植排斥 自身免疫病 cd2 与apc表面的lfa 3结合 为t细胞活化提供辅助信号 cd40l 是促进b细胞活化及功能发挥的重要分子 表达于活化的cd4 t细胞表面 cd45ro 表达于记忆性 memory t细胞表面 cd45 存在结构和分子量不同的异构型 是区别t细胞亚群的重要标志 不同的t细胞亚群表达不同的cd45 cd45ra 表达于初始 na ve t细胞表面 t细胞亚群与功能 1 按cd分子不同 分为 cd4 t细胞 cd3 cd4 cd8 cd8 t细胞 cd3 cd4 cd8 2 按tcr类型不同 分为 3 按对抗原应答不同 分为 维持机体免疫记忆功能 cd45ro 是没有接受过抗原刺激的成熟t细胞 cd45ra 是执行机体免疫效应功能的细胞 抗原 初次 机体 初始t细胞活化 大部分 效应性t细胞寿命短 参加免疫应答 小部分 记忆性t细胞寿命长 参与增强性的再次免疫应答 辅助性t细胞 th 抑制性t细胞 ts 细胞毒性t细胞 tc或ctl 迟发型超敏反应t细胞 tdth 4 按功能不同 分为 辅助性t细胞 th 表达cd4分子 识别抗原受mhc ii类分子限制 包括th1和th2细胞 thp在抗原刺激后短期内 分化为中间阶段的th0 进而在不同微环境中 选择性分化为th1或th2 th1细胞 抗原激活后 释放il 2 ifn 等细胞因子 激活m 增强细胞毒作用 诱导迟发型超敏反应 介导细胞免疫应答 th2细胞 抗原激活后 释放il 4 5 6 10等细胞因子 激活b细胞 促进中和抗体产生 参与速发型超敏反应 介导体液免疫应答 1 cd8 ctl 细胞毒性t细胞 ctl tcr识别抗原肽 mhci类分子复合物 特异性杀伤带有致敏抗原的肿瘤或病毒感染细胞 分为cd8 cd28 cd8 cd28 亚群 穿孔素插入靶细胞膜 在高ca2 下形成孔道 细胞渗透性裂解 表达的fasl与靶细胞表面fas结合 激活caspase 细胞凋亡 颗粒酶b循穿孔素所致孔道入胞 激活caspase 细胞凋亡 cd8 ctl细胞毒机制 分泌淋巴毒素 直接杀伤靶细胞 dead targetcell cd8 ctl 2 cd4 ctl 功能 参与清除活化的apc和t细胞 对免疫应答起负调控作用 也参与某些病理过程 mhc限制性 在活化阶段受mhc ii类分子限制 但效应阶段无限制 无抗原特异性 发挥旁观者杀伤效应 胞毒作用机制 通过fas fasl途径 介导细胞凋亡 3 nkt细胞 在胸腺内或胸腺外分化发育 il 7是诱导其分化发育的关键因子 表达nk1 1和tcr cd3复合物 nkt细胞的生物学活性 活化后分泌大量的il 4 th0向th2细胞分化 在il 12诱导下分泌ifn th1分化 细胞毒作用 免疫调节 抑制性t细胞 ts 1 cd4 cd25 treg细胞 regulatort 抑制cd4 或cd8 t细胞的活化与增殖 抑制初始t细胞 记忆性t细胞增殖 功能 cd4 cd25 表面标志 下调apc表面b7 mhc ii的表达 il 10tgf treg的作用机制 表达ctla 4和膜型tgf 抑制靶细胞表面il 2r 链的表达 分泌il 10和tgf 从病人体内分离出部分treg 经过体外活化和扩增 再输回病人体内 可改善病情 sle病人treg数量较健康人明显减少 缺乏正常免疫调节活性 更容易发生fas介导的凋亡 treg与自身免疫病 缺少treg的小鼠出现以产生大量抗双链dna抗体为特点的sle症状 2 cd4 cd8 t细胞 dnt 功能 杀伤cd8 ctl 表面标志 tcr cd4 cd8 cd25 cd28 cd30 cd44 机制 通过fasl fas途径 介导细胞凋亡 3 cd4 ctl 通过fas fasl途径 杀伤活化的apc和活化的t细胞 对ts细胞的小结 cd4 cd25 treg 抑制cd4 和cd8 t细胞活化和增殖 dnt细胞 杀伤cd8 ctl cd4 ctl 杀伤活化的apc和t细胞 二 b淋巴细胞 b细胞来源于淋巴样干细胞 在哺乳动物骨髓和禽类法氏囊内发育成熟 随后移行至外周淋巴组织 b细胞具有双重功能身份 抗体产生细胞和抗原提呈细胞 在抗原刺激下 通过与th相互作用 b细胞被激活 增殖 合成和分泌抗体 产生特异性体液免疫应答 b细胞在骨髓中的分化和发育 始祖b细胞 前b细胞 不成熟b细胞 成熟b细胞 无mig表达 表达cd19 cytokineinductionofb cellproliferationandclassswitching b细胞抗原受体 bcr 一 表面受体 bcr是镶嵌于b细胞膜中的免疫球蛋白分子 即膜表面免疫球蛋白 mig 可与游离或mhc 抗原肽复合物中的抗原结合 产生的信号通过与之非共价键结合的ig cd79a ig cd79b 异二聚体传递 使b细胞活化 b细胞的表面标志 bcr可直接识别多种天然抗原 天然蛋白 多肽 核酸 多糖 小分子化合物 bcr识别抗原无需apc提呈 bcr识别抗原不受mhc限制 bcr识别抗原的特点 bcr与tcr的比较 细胞因子受体 表达il 1r il 2r il 4r il 5r il 6r il 7r ifn r 参与b细胞活化 增殖 分化 丝裂原受体 lps spa pwm受体 fc受体 也叫fc r 可与免疫复合物中的iggfc段结合 有利于b细胞捕获和结合抗原 调节b细胞活化 增殖 分化 补体受体 cr1 cd35 cr2 cd21 是c3b c3d受体 前者高表达于成熟及活化的b细胞 作用类似于fc r 后者也是eb病毒受体 与eb病毒选择性感染b细胞有关 mhc抗原 成熟b细胞表面富含mhc i和ii类抗原 活化的b细胞表面mhc ii类分子表达明显增多 二 表面抗原 cd抗原 b细胞活化的共刺激分子对 b7 cd28 cd40 cd40l icam 1 lfa 1 lfa 3 cd2 前为b细胞表达 后为th细胞表达 b细胞作为抗体产生细胞 除bcr识别结合抗原而产生b细胞活化的第一信号外 还必须有第二信号参与 b细胞的亚群和功能 按cd5表达与否 分为 b1细胞 cd5 b2细胞 cd5 产生致病性自身抗体 诱发自身免疫病 如sle b1细胞 cd5 非特异性免疫细胞 定居于腹腔 胸腔和肠壁固有层 产生低亲和力igm iga和igg3 识别细菌表面的磷酸胆碱 葡聚糖 脂多糖 抵御微生物感染 产生多种自身抗体 清除变性的自身抗原 如变性红细胞 维持自身稳定 分泌细胞因子 参与免疫调节 b2细胞 cd5 即通常所称的b细胞 定位于淋巴器官 产生高亲和力抗体 介导特异性体液免疫应答 提呈抗原 t b细胞的比较 t细胞b细胞 分布 胸腺1000胸导管 95 5外周血8020脾35 5050 65淋巴结7525肠集合淋巴结3060表面标记抗原受体tcr cd3bcr ig ig cd2 cd4th cd8tc ts mhc分子静息t表达i类分子表达i ii类分子活化t表达i ii类分子对丝裂原的反应pha con a lps spa pwm 存活时间长 数月 数年短 数天 数周再循环多数少数主要功能细胞免疫 免疫调节体液免疫 抗原提呈 免疫调节 三 大颗粒淋巴细胞 是一类无t b细胞特征性表面标志的淋巴细胞 胞浆中含丰富的嗜苯胺颗粒 以自然杀伤细胞 naturalkillercell nk 为代表 为非特异性免疫细胞 nk的生物学特征 cd3 cd56 cd57 cd16 为其特征性标志 许多特性与t细胞相似 如表达cd2 il 2r 活化的nk可产生ifn fc riii等 nk的来源及分布 来源于淋巴样干细胞 分布于脾脏 外周血 肝脏 nk细胞识别靶细胞的受体 识别自身组织细胞 病毒感染细胞 肿瘤细胞表面的糖类配体 使nk细胞活化产生杀伤作用 识别自身组织细胞表面的mhc i类分子 介导抑制信号 nk细胞的功能 可杀伤某些肿瘤细胞和病毒感染细胞 在早期抗病毒感染 清除突变细胞的免疫监视过程中发挥作用 其杀伤作用无需抗原致敏 不受mhc限制 1 抗肿瘤 抗感染 杀伤机制 释放穿孔素 颗粒酶 引起靶细胞裂解或凋亡 直接杀伤靶细胞 通过adcc效应 杀伤被特异性igg包被的靶细胞 igg类抗体fab段与靶细胞表面抗原特异性结合后 其fc段与效应细胞 如nk细胞 m 表面fc r结合 介导效应细胞对igg抗体结合靶细胞的非特异性杀伤作用 抗体依赖细胞介导的细胞毒性作用 antibody dependentcell mediatedcytotoxicity adcc效应 nk在攻击肿瘤细胞 4500 2 免疫调节活化后分泌ifn tnf gm csf等细胞因子 参与免疫调节 淋巴因子激活的杀伤细胞 lymphokineacitvatedkiller lak lak细胞和til细胞 肿瘤侵润淋巴细胞 tumorinfiltratinglymphocytes til 前体细胞主要为nk lak 体外培养的外周血单个核细胞 pbmc 经il 2诱导后 可杀伤多种对ctl nk不敏感的肿瘤细胞 具有大颗粒淋巴细胞的形态特征 能杀伤对nk不敏感的实体瘤细胞 杀瘤谱广 仅能被il 2诱导产生 对放射线敏感 til细胞中含有t细胞 b细胞 nk细胞等 杀伤肿瘤具有特异性 til 从肿瘤组织中分离出侵润的淋巴细胞 将其用il 2扩增达一定数量后回输 可杀伤肿瘤细胞 与lak相比 til有如下特点 从肿瘤组织分离的til经il 2诱导 生长扩增能力强于lak 杀伤活性强50 100倍 对lak无效的晚期肿瘤仍有一定疗效 主要由cd8 细胞诱导而来 其杀瘤作用具有特异性 患者的免疫抑制状态有利于til的杀伤作用 三 抗原提呈细胞 抗原提呈细胞 antigen presentingcell apc 是指能捕捉 加工 处理抗原 并将抗原提呈给抗原特异性细胞的一类细胞 dc细胞单核 吞噬细胞系统b细胞 专职apc 通常情况下不表达mhc ii分子 但在炎症过程中 或接受某些活性分子刺激后 可表达mhc ii类分子 抗原递呈能力弱 兼职apc 如 甲状腺滤泡上皮细胞可参与自身免疫性甲状腺炎的发生 兼职apc可能参与炎症反应或某些自身免疫病的发生 一 树突状细胞 树突状细胞 dendriticcell dc 是抗原提呈能力最强的专职apc 抗原提呈效率高 少量抗原和少量dc足以激活t细胞 dc的特点 能有效活化初始t细胞 可表达参与抗原摄取和转运的特殊膜受体 能有效摄取和处理抗原 然后迁移至t细胞区 能高水平表达mhc ii类分子 dc起源于多能造血干细胞 分为髓系dc dc1 和淋巴系dc dc2 dc的分化与迁移 dc细胞的分化 发育和迁移 递呈抗原能力弱 抗原递呈能力强 组织中未成熟dc 淋巴组织中成熟dc 处理抗原能力强 低表达mhc 缺乏共刺激分子 强吞噬和吞饮作用 不再有吞噬能力 处理抗原能力弱 高表达mhc 表达共刺激分子 朗格汉斯细胞 表皮和胃肠道上皮滤泡状dc 淋巴滤泡胸腺dc 胸腺皮髓交界处 髓质并指状dc 外周淋巴组织胸腺依赖区间质dc 心 肺 肝 肾 胃间质外周血dc 外周血隐蔽细胞 输入淋巴管和淋巴液 dc的分布和命名 dc的生物学功能 抗原提呈激活初始t细胞参与t细胞在胸腺的分化发育诱导免疫耐受与th相互作用并参与免疫调节免疫监视参与b细胞发育 分化及激活 1 抗原提呈 利用fc受体介导的内吞作用摄取可溶性抗原 借助巨吞饮作用摄取极低浓度抗原 通过吞噬作用摄取大颗粒或微生物 摄入的外源性蛋白质抗原被降解成多肽 并与mhc i ii类分子结合成复合物表达于dc表面 提呈给cd8 cd4 t细胞 2 激活初始t细胞 提供初始t细胞活化的抗原刺激信号 第一活化信号 也能提供协同刺激信号 表达icam 1 b7 cd40等 3 参与t细胞在胸腺的分化发育 作为重要的胸腺间质细胞 对t细胞在胸腺中的阴性选择过程起重要作用 骨髓来源的未成熟dc经血液 非淋巴组织向淋巴组织t细胞区迁移过程中 不断捕获自身抗原 诱导相应t细胞产生耐受 在外周免疫耐受中也起关键性作用 胸腺髓质dc参与t细胞阴性选择 排除自身反应性克隆 在中枢免疫耐受中发挥重要作用 4 诱导免疫耐受 5 与th相互作用并参与免疫调节 dc1 分泌il 12 促使th0向th1分化 介导细胞免疫应答 dc2 分泌il 4 促使th0向th2分化 介导体液免疫应答 dc分泌多种细胞因子如il 8 ifn tnf gm csf等 参与免疫调节 dc分泌多种趋化因子 介导其它免疫细胞的趋化作用 6 免疫监视 某些前体dc对局部各种化学信号十分敏感 在体内发挥免疫监视作用 外周血dc表达类似cd40l的分子 参与b细胞活化 7 参与b细胞发育 分化及活化 促进生发中心对抗原发生特异性反应 与b细胞膜表面高亲和力ig表达有关 高表达fcr cr 使膜表面长时间附着一定量抗原 刺激记忆b细胞 使其保持免疫记忆 促进静止b细胞表达b7 使其具有抗原提呈功能 通过释放可溶性因子 直接调节b细胞生长与分化 可增强细胞因子诱导的cd40 b细胞生长和分化 dc与疾病防治 dc参与多种疾病的发生 如感染性疾病 包括aids 肿瘤 器官移植 自身免疫病 过敏性疾病等 阻断dc的抗原提呈功能 或用未成熟dc诱导特异性外周免疫耐受 防治自身免疫病 超敏反应性疾病 基于dc的生物治疗方案 制备病原体抗原体外致敏dc 过继回输治疗感染性疾病 用多种肿瘤抗原混合刺激dc 或将编码肿瘤相关抗原 taa 的基因转染dc 回输治疗肿瘤 预先清除移植物中dc 或对受者过继输入未成熟dc而诱导免疫耐受 可有效延长同种移植物存活时间 包括骨髓中的前单核细胞 外周血中的单核细胞 mon 和组织内的巨噬细胞 m 具有广泛生物学功能 如抗感染 抗肿瘤 参与免疫应答和免疫调节的作用 二 单核 吞噬细胞系统 光镜下mon电镜下m 左 光镜 mon体积较大 蹄状核 中 透射电镜 mon高尔基体发达 线粒体丰富 胞浆颗粒明显 右 扫描电镜 腹腔m 粘附于玻璃表面 巨噬细胞