医学免疫学：第十章T淋巴细胞

1、第十章 T淋巴细胞第一节 T淋巴细胞的分化发育T淋巴细胞（T lymphocyte）简称T细胞，来源于骨髓中的淋巴样干细胞，在胸腺中发育成熟。T细胞具有高度的异质性，根据其表面标志和功能特征，T细胞可分不同的亚群，各亚群之间相互调节，共同发挥其免疫学功能。T细胞可介导适应性细胞免疫应答，在胸腺依赖抗原（TD-Ag）诱导的体液免疫应答中亦发挥重要的辅助作用。在免疫系统中，每个T细胞克隆通过其抗原受体TCR特异性识别相应抗原，所有T细胞克隆组成了T细胞库（repertoire），赋予了免疫系统可识别周围环境中几乎所有抗原的潜力。因此，T细胞的发育分化过程也是功能性TCR形成的过程。具有功能性识别抗

2、原的淋巴细胞在发育分化为成熟T细胞后，在相应抗原刺激后发生活化和克隆的扩增，并分化为效应T细胞，产生效应分子，识别和清除相应的抗原。T细胞的分化发育包括在中枢免疫器官（胸腺）中由祖T细胞分化为成熟T细胞，及在外周淋巴器官由成熟T细胞最终分化为效应T细胞和记忆T细胞。一、T细胞在胸腺中的发育胸腺是T淋巴细胞分化成熟的中枢免疫器官。由胸腺基质细胞、细胞外基质和细胞因子组成的胸腺微环境是T细胞发育分化的必要条件。依据CD3以及辅助受体CD4和CD8的表达，胸腺中的T细胞可分为双阴性、双阳性和单阳性三个阶段。双阴性阶段：进入胸腺淋巴样干细胞不表达CD3、CD4及CD8的三阴性细胞（triple neg

3、ative cell, TN），进而进入CD3lowCD4-CD8-双阴性细胞（double negative cell, DN）； 双阳性阶段：DN细胞分化为CD4+CD8+双阳性细胞(double positive cell, DP)； 单阳性阶段：DP细胞分化为CD4+CD8-或CD4-CD8+的单阳性细胞（single positive cell）。T细胞在胸腺发育过程中最核心的事件是获得功能性TCR的表达、自身MHC限制以及自身免疫耐受（图10-1）。图10-1 T细胞在胸腺发育过程中的阳性选择与阴性选择 1T细胞受体（TCR）的发育 2T细胞发育过程中的阳性选择 T细胞发育进入双阳

4、性阶段时开始表达CD4+CD8+（DP），CD3表达水平逐渐升高。在胸腺皮质中，同胸腺上皮细胞表面的抗原肽-MHC类分子复合物或抗原肽-MHC类分子复合物以适当亲和力发生结合的DP细胞可继续分化为单阳性（SP）细胞，其中与类分子结合的DP细胞CD8表达水平升高，CD4表达水平下降直至丢失，而与类分子结合的DP细胞，CD4表达水平升高，CD8表达水平下降最后丢失，进一步分化为SP细胞；而不能与抗原肽-MHC/类分子发生有效结合或结合亲和力过高的DP细胞在胸腺皮质中发生凋亡，凋亡细胞占DP细胞的95%以上。此过程称为胸腺的阳性选择（positive selection）。通过阳性选择，T细胞获得了

5、在识别抗原过程中自身MHC限制能力（MHC限制性）。3T细胞发育过程中的阴性选择 经过阳性选择的SP细胞，在皮髓质交界处及髓质区，如与胸腺树突状细胞、巨噬细胞表面自身抗原肽-MHC类或类分子复合物发生高亲和力结合，则被删除，以保证进入外周淋巴器官的T细胞库中不含有针对自身抗原成分具有高亲和力结合的T细胞克隆，此过程称为胸腺的阴性选择（negative selection），也是T细胞获得中枢免疫耐受（central tolerance）的主要机制。经过胸腺中发育的三个阶段以及阳性选择和阴性选择后，具有单阳性标记的TCR+CD4+CD8-及TCR+CD4-CD8+细胞，进入胸腺髓质区，成为能特异

6、性识别抗原肽-MHC类或-MHC类分子复合物（简称pMHC，p表示抗原肽）、具有自身MHC限制以及自身免疫耐受的成熟T细胞，迁出胸腺，进入外周T细胞库。二、T细胞在外周淋巴器官中的分化发育从胸腺进入外周淋巴器官尚未接触抗原的T细胞称初始T细胞（naive T cell），主要定位于外周淋巴器官的T细胞区。T细胞在外周淋巴器官与抗原接触后，最终分化为具有不同效应功能的T细胞亚群或记忆T细胞。第二节 T淋巴细胞的表面分子及其作用T细胞表面具有许多重要的膜分子，它们参与T细胞识别抗原，T细胞的活化、增殖和分化，以及效应功能的发挥。其中，有些膜分子还是区分T细胞及T细胞亚群的重要标志。一、TCR-CD

7、3复合物1TCR的结构和功能 T细胞（抗原）受体（T cell receptor, TCR）为所有T细胞表面的特征性标志，以非共价键与CD3分子结合，形成TCR-CD3复合物（图10-2）。TCR的作用是识别抗原。而且，TCR识别pMHC时具有双重特异性，即既要识别抗原肽的表位，也要识别自身MHC分子的多态性部分。TCR是由两条不同肽链构成的异二聚体，构成TCR的肽链有、g、四种类型。根据所含肽链的不同， TCR分为TCRab和TCRg两种类型。体内大多数T细胞表达TCRab（亦称abT细胞），仅少数T细胞表达TCRg（gT细胞）。TCR通过盐桥与CD3分子的跨膜区连接，形成TCR/CD3复合

8、体。构成TCR的两条肽链的胞质区很短，不具备传导活化信号的功能。TCR识别抗原所产生的活化信号由CD3分子传导至T细胞内。2CD3分子的结构和功能 CD3分子具有五种肽链，即g、及链均含有免疫受体酪氨酸活化模体（immunoreceptortyrosine-based activation motif，ITAM）。ITAM的磷酸化和与ZAP-70的结合是T细胞活化信号传导过程早期阶段的重要生化反应之一。因此，CD3分子的功能是转导TCR识别抗原所产生的活化信号（详见第十二章第二节）。二、CD4分子和CD8分子成熟的T细胞一般只表达CD4或 CD8分子，即CD4+T细胞或CD8+T细胞。CD4和

9、CD8分子的主要功能是辅助TCR识别抗原和参与T细胞活化信号的传导。CD4分子是单链跨膜蛋白，胞膜外区具有4个Ig样结构域，其中远膜端的2个结构域能够与MHC类分子b链的b2结构域结合。CD8分子由a和b肽链组成，2条肽链均为跨膜蛋白，由二硫键连接。CD8分子的a和b肽链的胞膜外区各含1个Ig样结构域，能够与MHC类分子重链的a3结构域区结合。CD4和CD8分子分别与MHC类和类分子的结合，可增强T细胞与抗原提呈细胞或靶细胞之间的相互作用并辅助TCR识别抗原。所以，CD4和CD8分子又称为T细胞的辅助受体（coreceptor）。CD4分子还是人类免疫缺陷病毒（HIV）囊膜糖蛋白gp120受体

10、。与CD4分子结合是HIV侵入并感染CD4+T细胞或巨噬细胞的机制之一（参考第十九章第二节）。三、协同刺激分子初始T细胞的完全活化需要两种活化信号的协同作用。第一信号由TCR识别抗原产生，经CD3分子将信号转导至细胞内，第一信号的基本作用是使T细胞克隆被抗原活化后产生的适应性免疫应答具有严格的特异性。第二信号（或称为协同刺激信号）则由抗原提呈细胞（APC）或靶细胞表面的协同刺激分子与T细胞表面的相应的协同刺激分子(可视为受体）相互作用而产生。在协同刺激信号的作用下，已活化的抗原特异性T细胞发生克隆扩增，并分化为效应T细胞。所以，协同刺激信号的基本作用是扩大适应性免疫应答的免疫效应（即不具备抗原

11、特异性）。另外，协同刺激分子的作用不一定是“刺激T细胞活化”，根据其结构不同，功能上有很大差异；并且其表达相对于T细胞活化存在时序性（图10-2）。图10-2 T细胞协同刺激分子CD28 CD28是协同刺激分子B7的受体。B7分子包括B7-1（CD80）和B7-2（CD86），主要表达于专职APC。CD28分子与B7分子结合产生的协同刺激信号在T细胞活化中发挥重要作用，诱导T细胞表达抗细胞凋亡蛋白（Bcl-XL等），刺激T细胞合成IL-2及其他细胞因子，并促进T细胞的增殖和分化。2CTLA-4（CD152） CTLA-4表达于活化的CD4+和CD8+T细胞，其配体亦是B7分子，但CTLA-4与

12、B7分子的亲和力显著高于CD28与B7的亲和力。与CD28的作用相反，CTLA-4与B7分子结合产生抑制性信号，下调或终止T细胞活化。这是因为CTLA-4分子的胞质区有免疫受体酪氨酸抑制模体（immunoreceptortyrosine-based inhibition motif，ITIM），活化后可抑制T细胞活化信号的转导。3ICOS ICOS（inducible costimulator）表达于活化的T细胞，人的ICOS配体为ICOSL/B7-H2。ICOS则在CD28之后起作用，调节活化T细胞多种细胞因子的产生，并促进T细胞增殖。4PD-1 PD-1（programmed death

13、1）表达于活化的T细胞，可抑制T细胞的增殖以及IL-2和IFN-g等细胞因子的产生。 5CD2 CD2分子可介导T细胞与抗原提呈细胞或靶细胞之间的黏附。6CD40配体 CD40配体（CD40L，CD154）主要表达于活化的CD4+ T细胞，而CD40表达于抗原提呈细胞（B细胞、巨噬细胞、树突状细胞等）。CD40L与CD40的结合所产生的效应是双向性的。7LFA-1和ICAM-1T细胞表面的淋巴细胞功能相关抗原-1（LFA-1）与APC细胞上细胞间黏附分子-1（ICAM-1）相互结合，介导T细胞与抗原提呈细胞或靶细胞的黏附（免疫突触）。四、丝裂原结合分子及其他表面分子T细胞表面还表达多种能结合丝

14、裂原（mitogen）的膜分子。丝裂原可直接诱导静息 T细胞的活化、增殖和分化。刀豆蛋白A （concanavalin, Con A）、植物血凝素（phytohemagglutinin，PHA）是最常用的T细胞丝裂原。丝裂原对T细胞的活化作用无特异性。T细胞活化后还表达许多与效应功能有关的分子，例如，与其活化、增殖和分化密切相关的细胞因子受体（IL-1R、IL-2R（高亲和力）、IL-4R、IL-6R、IL-7R、IL-12R和IFN-gR等）及可诱导细胞凋亡的FasL（CD95L）等（T细胞的活化表现不仅包括膜分子的变化，还表达多种细胞因子等）。第三节 T淋巴细胞亚群有多种分类方法将T细胞分

15、为不同的亚群。根据所处的活化阶段，T细胞可分为初始T细胞、效应T细胞和记忆性T细胞。根据表达TCR的类型，T细胞可分为abT细胞和gdT细胞。根据是否表达CD4或CD8分子，T细胞可分为CD4+T细胞和CD8+T细胞。根据其免疫效应功能，T细胞可分为辅助性T细胞、细胞毒性T细胞、调节性T细胞等，在辅助性T细胞中还可分为不同的功能亚群。一、 初始T细胞、效应T细胞和记忆性T细胞（一）初始T细胞初始T细胞（naive T cell）是指从未接受过抗原刺激的成熟T细胞，处于细胞周期的G0期，存活期短，表达CD45RA和高水平的L-选择素（CD62Lhigh）。（二）效应T细胞效应T细胞（effect

16、or T cell）存活期亦较短，除表达高水平的高亲和力IL-2受体外，还表达整合素、CD44和CD45RO等黏附分子。（三）记忆性T细胞记忆性T细胞（memory T cell）表达CD45RO和黏附分子（整合素和CD44）及向外周炎症组织等部位迁移。记忆性T细胞介导再次免疫应答，接受相同抗原刺激后可迅速活化，并分化为记性T细胞和效应T细胞。二、 abT细胞和gdT细胞根据表达的TCR类型，T细胞可分为TCR abT细胞和TCRgdT细胞。它们可简称abT细胞和gdT细胞。gdT细胞数量可因组织和种属的不同而有很大差异，但一般不超过T细胞总数的5%，并主要分布于皮肤和黏膜组织。abT细胞识别

17、由MHC分子提呈的抗原肽（pMHC），并且具有自身MHC限制性。gdT细胞的抗原受体缺乏多样性，只能识别多种病原体表达的共同抗原成分，如非肽类分子，包括由CD1分子（非多态性MHC类样分子）提呈的糖脂、某些病毒的糖蛋白、分枝杆菌的磷酸糖和核苷酸衍生物、热休克蛋白（HSP）等，且无MHC限制性。gdT细胞具有抗感染和抗肿瘤作用，可杀伤病毒或细胞内细菌感染的靶细胞，表达热休克蛋白和异常表达CD1分子的靶细胞，以及杀伤某些肿瘤细胞。活化的gdT细胞通过分泌多种细胞因子发挥免疫调节作用和介导炎症反应。gdT细胞分泌的细胞因子包括IL-2、IL-3、IL -4、IL -5、IL -6、GM-CSF、TN

18、F-、IFN-g等。abT细胞与gdT细胞的特征与功能的比较示于表10-1。表10-1 abT细胞与gdT细胞的比较特征abT细胞gdT细胞TCR多样性多少分布 外周血60%70%5%15%组织外周淋巴组织皮肤表皮和黏膜上皮表型 CD3CD2100%100%CD4+CD860%65%1%CD4CD8+30%35%20%50%CD4CD85%50%识别抗原817个氨基酸组成的肽HSP、脂类、多糖提呈抗原经典MHC分子MHC类样分子MHC限制有无辅助细胞Th细胞无杀伤细胞CTL细胞gdT杀伤活性三、CD4+T细胞和CD8+T细胞人的成熟T细胞按其CD分子表型的不同，可分为CD3+CD4+CD8-T

19、细胞和CD3+CD4-CD8+ T细胞，分别简称为CD4+T细胞和CD8+T细胞。“CD4+T细胞”和“CD8+ T细胞”二个术语通常指表达TCRab的T细胞。四、Th、CTL和Treg 细胞（按照功能分类）根据功能的不同，T细胞可分为Th细胞、CTL细胞和调节性细胞。这些细胞实际上是初始CD4+T细胞或初始CD8+T细胞活化后分化成的效应T细胞或调节性T细胞（图10-3）。图10-3 T细胞亚群（一）Th细胞 初始CD4+T细胞可分化为Th1、 Th2和Th17三类效应Th细胞，分别分泌不同的细胞因子，发挥不同的免疫效应。其中，Th1细胞和Th2细胞分别在细胞免疫和体液免疫应答中发挥重要作用

20、。Th17细胞则通过分泌IL-17参与固有免疫和某些炎症的发生。此外，初始CD4+T细胞还可分化为Th3和型调节性T细胞（Tr1），见下述调节性T细胞。（二）CTL（Tc）细胞 从广义上讲，具有细胞毒作用的T细胞包括表达TCRab CD8+T细胞、gdT细胞和NK T细胞等。细胞毒性T细胞（cytotoxic T cell, CTL 或Tc）通常指表达TCRab CD8+CTL细胞。CTL依据其分泌的细胞因子不同，可进一步分成Tc1和Tc2两个亚型。分泌细胞因子类型与Th1细胞类似的CTL细胞称为Tc1细胞，分泌细胞因子类型与Th2细胞类似的CTL细胞称为Tc2细胞。IFN-g和IL-12可促

21、进Tc1的生成，而IL-4可促进Tc2的生成。（三）调节性T细胞（Treg）近年来的研究表明，一些CD4+T细胞还可高表达IL-2受体的a链（CD25）分子，胞浆中表达Foxp3转录因子，称为调节性T细胞（reguletary T cell, Treg）。Treg可由胸腺内发育成熟后直接迁移到外周（nTreg），也可由外周初始T细胞（Th0）经TGF-b等细胞因子诱导分化而来（iTreg）。此类细胞在免疫应答的负调节及自身免疫耐受中发挥重要的作用。在iTreg中主要有Tr1和Th3两种亚群。Tr1细胞主要分泌IL-10及TGF-b；Th3细胞主要产生TGF-b。除了CD4+调节性T细胞外，在C

22、D8+T细胞中也存在一群CD8+调节性T细胞（CD8 Treg），对自身反应性CD4 T细胞具有抑制活性，并可抑制移植物排斥反应。此外，Th1、Th2、NK、NKT、gd T细胞等亚群也具有免疫调节活性，有关内容可参见本书相应章节。第四节 T淋巴细胞的功能一、CD4+辅助性T细胞（CD4+Th细胞）的功能（一）CD4+Th细胞亚群图10-4 CD4+Th细胞亚群的功能及分化调节（二）CD4+Th细胞分化的调节 Th0细胞的分化方向受抗原的性质（如不同的病原生物）、局部环境及细胞因子等多种因素的调控。其中，最为重要的影响因素是细胞因子的种类和细胞因子之间的平衡（图10-4）。在固有免疫应答中，由巨噬细胞分泌的IL-12是促进Th0向Th1细胞分化的重要细胞因子，IL-12可刺激NK细胞分泌IFN-g并诱导Th0向Th1细胞方向分化。Th2细胞的分化则依赖IL-4，IL-4则主要由局部环境中NKT细胞以及嗜酸性粒细胞和嗜碱性粒细胞等所产生。TGF-和IL-6则能促进Th17细胞的分化。（三）CD4+效应T细胞亚群的功能1Th1细胞功能 Th1细胞的主