T淋巴细胞介导的细胞免疫应答

1、第十二章 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T淋巴细胞介导的免疫应答也称细胞免疫应答。细胞免疫应答是一个连续的过程，可分为三个阶段：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。在免疫应答过程中，还有部分活化T细胞分化为记忆T细胞（memory T cell）。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

2、MHC限制性（MHC restriction）（图12-1）。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分子提呈抗原肽。图12-1 TCR识别抗原肽的MHC限制性一、APC向T细胞提呈抗原的过程根据蛋白质抗原的来源不同，可分为外源性抗原和内源性抗原。外源性抗原以抗原肽-MHC类分子复合物的形式表达于APC表面，再将抗原有效地提呈给CD4+Th细胞识别。Th细胞通过细胞因子的产生与分泌，发挥不同的功能，从而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，可针对病毒感染靶

3、细胞和肿瘤细胞等，发挥细胞毒性T细胞（cytotoxic T cell，CTL）的功能。二、APC与T细胞的相互作用（一）T细胞与APC的非特异结合 初始T细胞进入淋巴结的副皮质区，利用其表面的黏附分子（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。上述黏附分子结合是可逆而短暂的，未能识别相应的特异性抗原肽的T细胞随即与APC分离，并可再次进入淋巴细胞循环。（二）T细胞与APC的特异性结合免疫突触的形成 T细胞和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TC

4、R，其周围是一圈黏附分子，这个特殊的结构称为免疫突触（immunological synapse）（图12-2）。免疫突触的形成是一种主动的动力学过程，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。此结构不仅可增强TCR与pMHC相互作用的亲和力，还引发胞膜相关分子的一系列重要的变化，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及功能变化，从而参与T细胞的激活和细胞效应的有效发挥。图12-2 APC通过免疫突触与T细胞相互作用第二节 T细胞的活化、

5、增殖和分化一、T细胞活化涉及的分子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其TCR与pMHC的特异性结合，即T细胞对抗原识别；T细胞活化的第二信号来自协同刺激分子，即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。这两个信号的转导均涉及到一系列免疫分子。（一）T细胞活化的第一信号 CD3分子传递T细胞活化的第一信号抗原特异性信号（二）T细胞活化的第二信号非特异性信号 T细胞与APC细胞表面多对协同刺激分子相互作用产生T细胞活化的第二信号。根据产生效应不同，可将协同刺激分子分为正性共刺激分子和负性共刺激分子。如CD28/B7是重要的正性共刺激

6、分子，其主要作用是促进IL-2合成。如T细胞缺乏共刺激信号，会导致T细胞无能（anergy）。与CD28分子具有高度同源性的CTLA-4，其配体也是B7，但CTLA-4与B7的结合则介导了负性信号的传导，是重要的负性共刺激分子，启动抑制性信号从而有效地调节了适度的免疫应答。如缺乏或阻断协同刺激信号可使自身反应性T细胞处于无能状态，从而有利于维持自身免疫耐受（图12-2）。图12-3 T细胞上正性协同刺激分子和负性协同刺激分子（三）细胞因子促进T细胞充分活化 除上述双信号外，T细胞的充分活化还有赖于多种细胞因子的参与。活化的APC和T细胞可分泌IL-1、IL-2、IL-4、IL-6、IL-10、

7、IL-12、IL-15和IFN-g等多种细胞因子，它们在T细胞激活中发挥重要作用。二、T细胞活化的信号转导途径细胞活化信号转导的早期，TCR与抗原肽结合使均匀分布于细胞膜表面的TCR构象和位置发生改变。由于受体交联可分别激活与其偶联的不同家族的蛋白酪氨酸激酶（protein tyrosine kinase，PTK）。参与T细胞活化早期的PTK主要有p56 Lck和p59fyn及ZAP-70等。p56Lck主要与CD4或CD8胞内段的尾部相连，p59fyn与CD3的链相连，而ZAP-70存在于胞浆中。当TCR结合pMHC后，与TCR有关的膜蛋白如CD3、CD4或CD8分子的胞浆尾部聚集在一起，经

8、p56Lck及p59fyn激酶作用促使具有酪氨酸的蛋白分子发生磷酸化而活化，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（图12-3）。TCR活化信号胞内转导的主要途径有两条：PLC-活化途径和MAP激酶活化途径（自学）。图12-4 T细胞早期活化信号转导三、T细胞活化信号涉及的靶基因T细胞活化信号活化T细胞内的转录因子（DNA结合蛋白）NFAT、NF-B、AP-1等转入细胞核内，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，促使某些基因转录。所有信号转导最终将作用于相应的转录因子，并通过转录因子调控涉及细胞增殖及分化的细胞基因。IL-2作为T细胞自分泌生长因子，其基因的

9、转录对于T细胞的活化是必需的，因而IL-2基因的转录调节可作为T细胞活化期间细胞因子转录调节的重要代表。T细胞胞质内信号转导经级联反应后，转录因子NFAT发生磷酸化而去抑制，并穿过核膜进入核内，结合到IL-2基因调控区的增强子上，启动IL-2基因的表达。目前临床使用的免疫抑制剂，如环孢素A和FK506，都是阻断钙调磷酸酶（calcineurin）的作用，使转录因子NFAT不能发生核转位，阻止IL-2等基因转录而发挥免疫抑制作用的。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、黏附分子基因和MHC等。在不同细胞因子的作用下，活化的T细胞分化成为具有不同功能的效应细胞，部分细胞分化成为

10、记忆细胞。四、抗原特异性T细胞克隆性增殖和分化被活化的T细胞迅速进入细胞周期，通过有丝分裂而发生克隆扩增，并进一步分化成为效应细胞，然后离开淋巴器官随血液循环到达特异性抗原聚集部位。多种细胞因子参与T细胞增殖和分化过程，其中最重要的是IL-2。IL-2受体由、 链组成，静止T细胞仅表达低水平的中亲和力IL-2R（由bg二条链组成），激活的T细胞可表达高亲和力IL-2R（由abg三条链组成）并分泌IL-2。通过自分泌和旁分泌作用，IL-2与活化T细胞表面IL-2R结合，诱导T细胞增殖和分化。由于活化后的T细胞表达高水平高亲和力IL-2R，所以IL-2可选择性促进经抗原活化的T细胞增殖。此外，IL

11、-4、IL-6、IL-7、IL-10、IL-12、IL-15、IL-18、IL-23、IFN-等细胞因子在T细胞增殖和分化中也发挥重要作用。1CD4+T细胞的增殖分化 （参考第十章第三节相关内容）2CD8+T细胞的增殖分化 初始CD8+T细胞的激活主要有两种方式。第一种方式是Th细胞依赖性的，CD8+T细胞作用的靶细胞一般低表达或不表达协同刺激分子，不能有效激活初始CD8+T细胞，而需要APC和CD4+T细胞的辅助。第二种方式为Th细胞非依赖性的，主要是高表达协同刺激分子的病毒感染DC，可不需要Th细胞的辅助而直接刺激CD8+T细胞产生IL-2，诱导CD8+T细胞自身增殖并分化为CTL。第三节

12、 T细胞的效应功能（结合第十章第四节相关内容）一、Th细胞的效应功能（一）Th1细胞的生物学活性1Th1细胞对巨噬细胞的作用 Th1细胞在宿主抗胞内病原体感染中起重要作用。Th1对胞内寄生病原体可通过活化巨噬细胞及释放各种活性因子而加以清除（表12-1）。表12-1 不同效应T细胞亚群及其效应分子CD4+Th1CD4+Th2CD4+Th17CD8+CTLTCR识别的配体抗原肽-MHC类分子复合物抗原肽-MHC类分子复合物抗原肽-MHC类分子复合物抗原肽-MHC类分子复合物诱导分化的关键细胞因子IL-12、IFN-gIL-4IL-1b(人)、TGF-b(小鼠)IL-6、IL-23IL-2产生细胞

13、因子和其他效应分子IFN-g、LTa、TNF-aIL-2、IL-3、GM-CSFCD40L、FasLIL-4、IL-5IL-10、IL-13GM-CSFIL-17IFN-g、TNF-aLTa、穿孔素颗粒酶、FasL介导免疫应答类型细胞免疫体液免疫固有免疫、上皮屏障细胞免疫免疫保护胞内感染病原微生物(如结核杆菌)清除蠕虫抗细菌、真菌和病毒病毒感染细胞和肿瘤细胞参与病理应答EAE、RA炎症性肠炎哮喘等变态反应性疾病早期炎症和局部病理损伤(银屑病、炎症性肠炎、MS、RA)型变态反应、移植排斥反应EAE：实验性变态反应性脑脊髓膜炎；RA：类风湿性关节炎；MS：多发性硬化症。Th1细胞可产生多种细胞因子

14、激活巨噬细胞：Th1细胞通过其产生IFN-g等细胞因子，以及Th1细胞表面CD40L与巨噬细胞表面CD40结合，向巨噬细胞提供激活信号。另一方面，活化的巨噬细胞也可通过上调表达一些免疫分子和分泌细胞因子增强Th1细胞的效应，如激活的巨噬细胞高表达B7和MHC类分子，从而具有更强的提呈抗原和激活CD4+T细胞的能力，激活的巨噬细胞分泌IL-12，可促进Th0细胞向Th1细胞分化，进一步扩大Th1细胞应答的效应。还可诱生并募集巨噬细胞。2Th1细胞对淋巴细胞的作用辅助细胞免疫应答 Th1细胞产生IL-2等细胞因子，可促进Th1细胞、Th2细胞、CTL、中性粒细胞和NK细胞等细胞的活化和增殖，从而放

15、大免疫效应；另外，Th1细胞分泌的IFN-g可促进B细胞产生具有调理作用的抗体，从而进一步增强巨噬细胞对病原体的吞噬。（二）Th2细胞的生物学活性1辅助体液免疫应答 Th2细胞通过产生IL-4、IL-5、IL-10、IL-13等细胞因子，协助和促进B细胞的增殖和分化为浆细胞，产生抗体。2参与超敏反应性炎症 Th2细胞分泌的细胞因子可激活肥大细胞、嗜碱性粒细胞和嗜酸性粒细胞，参与超敏反应的发生和抗寄生虫感染。（三）Th17细胞的生物学活性Th17细胞分泌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，趋化和募集中性粒细胞和单核细胞，诱导局部炎症反应。因此，Th17参与

16、了炎症反应、感染性疾病以及身免疫性疾病的发生。另一方面，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。二、CTL细胞的效应功能CTL主要杀伤胞内寄生病原体（病毒和某些胞内寄生菌等）的宿主细胞、肿瘤细胞等。CTL可高效、特异性地杀伤靶细胞，而不损害正常组织。CTL细胞的效应过程包括识别与结合靶细胞、胞内细胞器重新定向，颗粒外胞吐和靶细胞崩解。1效-靶细胞结合 免疫突触。2CTL的极化 CTL的TCR识别靶细胞表面抗原肽-MHC类分子复合物后，TCR及辅助受体向效-靶细胞接触部位聚集，导致CTL内某些细胞器的极化，从而保证CTL分泌的效

17、应分子定向作用于所接触的靶细胞。3致死性攻击 CTL主要通过下列两条途径杀伤靶细胞（图12-5）。图12-4 CTL细胞通过细胞毒作用杀伤靶细胞（1）穿孔素/颗粒酶途径：穿孔素（perforin）是贮存于胞浆颗粒中的细胞毒素，其生物学效应类似于补体激活所形成的攻膜复合物（MAC）。穿孔素单体可插入靶细胞膜，在钙离子存在的情况下，多个穿孔素聚合成内径约为16 nm的孔道，使水、电解质迅速进入细胞，导致靶细胞崩解。颗粒酶（granzyme）是一类重要的丝氨酸蛋白酶。颗粒酶随CTL脱颗粒而分泌到细胞外，循穿孔素在靶细胞膜所形成的孔道进入靶细胞，通过激活凋亡相关的酶系统而介导靶细胞凋亡。（2）Fas/FasL途径：效应CTL可表达膜型FasL以及可溶型FasL（sFasL），并分泌TNF-、LTa。这些效应分子可分别与靶细胞表面的Fas和TNF受体结合，通过激活胞内胱天蛋白酶（caspase）参与的信号转导途径，诱导靶细胞凋亡。三、记忆性T细胞免疫记忆是适应性免疫应答的重要特征之一，表现为在免疫系统针对已接触过的抗原能启动更为迅速和更为有效的免疫应答。记忆性T细胞（memory T cell，Tm）是指对特异性抗原有记忆能力、寿命较长的T淋巴细胞