《免疫系统T细胞》课件

免疫系统T细胞人体免疫防御系统的核心力量参与适应性免疫应答的关键细胞课程大纲T细胞基础概念与历史定义、发现历史及重要性T细胞发育过程起源、干细胞分化及胸腺选择T细胞亚群与受体主要亚群类型及TCR结构T细胞活化与功能第一部分：T细胞概述适应性免疫主力识别特异抗原多样化受体系统可识别无数外来物质复杂调控网络T细胞的定义淋巴细胞的一种来源于骨髓的多能造血干细胞在胸腺中成熟名称源于"Thymus"（胸腺）表面特征T细胞的发现历史11960年代早期JacquesMiller发现胸腺在免疫系统中的作用21967年确认淋巴细胞分为T细胞和B细胞两大类31970年代发现T细胞亚群及其不同功能41980年代T细胞受体基因克隆，结构解析T细胞在免疫系统中的重要性抗病毒防御清除病毒感染细胞抗细菌免疫激活巨噬细胞吞噬细菌抗肿瘤监视识别并杀伤癌变细胞免疫调节维持免疫系统平衡第二部分：T细胞的发育成熟T细胞进入外周循环阳性/阴性选择自身耐受确立胸腺教育T细胞受体表达骨髓祖细胞迁移至胸腺T细胞的起源多能造血干细胞位于骨髓中，可分化为各种血细胞淋巴样祖细胞决定朝向淋巴细胞方向发展早期T细胞前体从骨髓释放进入血液循环迁移至胸腺在胸腺微环境中继续发育骨髓造血干细胞多能性可分化为所有血细胞类型自我更新维持干细胞库稳定定向分化受多种信号分子调控胸腺中的T细胞发育过程1双阴期(DN)不表达CD4和CD8分子2双阳期(DP)同时表达CD4和CD8分子3单阳期(SP)只表达CD4或CD8一种分子4外周循环成熟T细胞离开胸腺阳性选择和阴性选择阳性选择筛选能够识别自身MHC分子的T细胞由皮质上皮细胞介导不能识别MHC的细胞凋亡死亡阴性选择清除对自身抗原亲和力过强的T细胞由髓质上皮细胞和树突状细胞介导防止自身免疫反应发生CD4+和CD8+T细胞的分化命运决定因素TCR与MHC-I或MHC-II结合的信号强度细胞因子微环境影响CD4+分化TCR识别MHC-II分子的细胞发展为辅助T细胞CD8+分化TCR识别MHC-I分子的细胞发展为细胞毒性T细胞第三部分：T细胞亚群辅助T细胞协调免疫应答细胞毒性T细胞直接杀伤靶细胞调节性T细胞抑制免疫反应记忆T细胞提供长期免疫保护辅助T细胞（Th细胞）表型特征表达CD4分子，识别MHC-II呈递的抗原亚型分类Th1、Th2、Th17和Tfh等多种亚型核心功能分泌细胞因子，活化其他免疫细胞应用领域疫苗开发，自身免疫疾病治疗细胞毒性T细胞（Tc细胞）表型特征表达CD8分子，识别MHC-I呈递的抗原监视功能巡逻全身寻找异常细胞杀伤机制释放穿孔素和颗粒酶，诱导靶细胞凋亡调节性T细胞（Treg细胞）表型特征CD4+CD25+FOXP3+FOXP3是关键转录因子产生途径胸腺自然产生(nTreg)外周诱导产生(iTreg)核心功能抑制其他T细胞的活化和增殖维持免疫自耐受记忆T细胞10-15年生存时间部分记忆T细胞可终生存在24-72小时应答速度比初次应答快10-100倍2种主要亚型中枢记忆T细胞(TCM)和效应记忆T细胞(TEM)γδT细胞特殊TCR表达γ和δ链而非α和β链1无MHC限制直接识别非肽类抗原2分布特点主要分布于皮肤、黏膜等组织3快速应答介于先天和适应性免疫之间4第四部分：T细胞受体（TCR）抗原识别识别MHC呈递的抗原肽高度多样性可识别数百万种抗原3基因重排产生多样性的基础TCR的结构异二聚体由α链和β链(或γ链和δ链)组成每条链包含可变区和恒定区可变区形成抗原结合部位含有CDR1、CDR2和CDR3超可变区信号转导与CD3复合物相连CD3负责信号传导进入细胞TCR的多样性10^15理论多样性人类T细胞库的理论TCR组合数量10^7实际多样性个体实际拥有的不同TCR克隆数量4种多样性来源V(D)J重组、区域多样性、接头多样性、配对多样性TCR的基因重排基因片段类型V(可变)、D(多样)、J(连接)和C(恒定)片段RAG酶作用重组激活基因酶切割DNA随机连接V-D-J片段随机连接形成独特组合接头区多样性连接处核苷酸的随机添加和删除TCR与MHC分子的相互作用三分子复合物TCR、抗原肽、MHC分子精确对接相互作用部位TCR的CDR1和CDR2主要识别MHC3抗原肽识别CDR3区主要识别抗原肽第五部分：T细胞活化信号1TCR识别抗原肽-MHC复合物信号2共刺激分子结合传递活化信号信号3细胞因子提供分化方向指导效应阶段增殖分化为效应T细胞抗原呈递细胞（APC）树突状细胞最强大的专职APC巨噬细胞吞噬清除病原体并呈递抗原B细胞高效呈递被其BCR识别的抗原T细胞活化的信号1：抗原识别TCR识别MHC-抗原肽复合物是启动信号CD3复合物含有ITAM结构域传导信号激活Lck、ZAP-70等酪氨酸激酶T细胞活化的信号2：共刺激正性共刺激CD28-B7相互作用CD40L-CD40相互作用增强T细胞活化和生存能力负性共刺激CTLA-4-B7相互作用PD-1-PD-L1相互作用抑制T细胞活化，防止过度反应T细胞活化的信号3：细胞因子IL-2促进T细胞增殖和生存1IL-12诱导Th1分化2IL-4促进Th2分化3TGF-β诱导Treg分化4IL-6+TGF-β促进Th17分化5T细胞活化后的增殖和分化1活化初期代谢程序改变，准备增殖2克隆扩增识别特定抗原的T细胞大量增殖3效应分化根据细胞因子环境分化为不同亚型4收缩期大部分效应T细胞凋亡，少部分成为记忆细胞第六部分：T细胞功能直接杀伤CD8+T细胞直接杀死感染细胞和肿瘤细胞辅助协调CD4+T细胞分泌细胞因子激活其他免疫细胞免疫记忆记忆T细胞提供长期保护，快速应对再次感染免疫调节Treg细胞抑制免疫反应，防止过度炎症CD4+T细胞的辅助功能活化B细胞促进抗体产生和类别转换激活巨噬细胞增强吞噬和杀伤能力招募其他细胞释放趋化因子吸引免疫细胞维持CD8+反应提供生存信号和细胞因子支持Th1细胞和细胞介导的免疫应答主要诱导因子IL-12和IFN-γ关键转录因子T-bet产生细胞因子IFN-γ、TNF-α和IL-2主要功能抵抗胞内病原体感染Th2细胞和体液免疫应答IL-4IL-5IL-13IL-10其他主要诱导因子：IL-4关键转录因子：GATA-3主要功能：抵抗胞外寄生虫，参与过敏反应Th17细胞和炎症反应诱导因子TGF-β+IL-6+IL-23转录因子RORγt产生细胞因子IL-17A/F、IL-21、IL-22主要功能抵抗细菌和真菌，参与自身免疫性疾病CD8+T细胞的杀伤功能识别靶细胞TCR识别MHC-I呈递的异常抗原肽免疫突触形成CTL与靶细胞紧密接触，分子重排释放杀伤颗粒定向释放穿孔素和颗粒酶靶细胞凋亡通过多种途径诱导靶细胞程序性死亡细胞毒性机制：穿孔素和颗粒酶穿孔素在靶细胞膜上形成孔道允许颗粒酶进入靶细胞可直接破坏膜完整性颗粒酶丝氨酸蛋白酶家族成员颗粒酶B切割并激活半胱氨酸蛋白酶触发靶细胞凋亡级联反应细胞毒性机制：Fas/FasL通路FasL表达活化的CTL表面表达FasLFas-FasL结合CTL上的FasL与靶细胞上的Fas结合死亡信号传导活化死亡诱导信号复合物(DISC)Caspase激活引发Caspase级联反应导致细胞凋亡记忆T细胞和二次免疫应答时间（天）初次应答二次应答二次应答特点：起始快、峰值高、持续久记忆T细胞分布于组织，维持长期免疫监视第七部分：T细胞与疾病感染性疾病抵抗病原体入侵过敏反应参与变态反应自身免疫疾病错误攻击自身组织肿瘤疾病识别消灭癌细胞移植排斥攻击异体组织T细胞在感染性疾病中的作用病毒感染CD8+T细胞直接杀伤病毒感染的细胞Th1细胞分泌IFN-γ激活巨噬细胞细菌感染Th1细胞活化巨噬细胞清除胞内细菌Th17细胞招募中性粒细胞对抗胞外细菌寄生虫感染Th2细胞分泌IL-4/IL-5激活嗜酸性粒细胞促进IgE产生，协助寄生虫清除T细胞与自身免疫疾病发病机制自身反应性T细胞逃逸胸腺负选择Treg功能异常调节性T细胞数量减少或功能缺陷常见疾病类风湿关节炎、多发性硬化、1型糖尿病治疗策略靶向T细胞活化和炎症因子的药物T细胞与过敏反应1初次接触过敏原Th2细胞分化并产生IL-42IgE类型转换B细胞在Th2细胞帮助下产生特异性IgE3肥大细胞致敏IgE结合肥大细胞表面FcεRI受体4再次接触过敏原肥大细胞脱颗粒释放炎症介质T细胞与肿瘤免疫肿瘤消除高效识别并杀伤肿瘤细胞肿瘤平衡控制肿瘤生长但未完全清除肿瘤逃逸免疫抑制、抗原丢失等机制T细胞与器官移植排斥反应直接途径识别供体MHC分子间接途径识别被受体APC呈递的供体抗原半直接途径通过受体APC获取的供体MHC识别排斥反应T细胞介导的细胞毒性和炎症反应第八部分：T细胞相关检测技术表型分析流式细胞术检测表面分子功能分析ELISPOT、细胞因子检测分子特征TCR测序、单细胞测序成像技术多光子显微镜、质谱成像流式细胞术高通量单细胞分析技术可同时检测多种表面或细胞内分子识别不同T细胞亚群及活化状态ELISPOT技术包被特异抗体微孔板包被针对细胞因子的捕获抗体细胞刺激加入T细胞和特异性抗原刺激细胞因子捕获分泌的细胞因子被附近抗体捕获斑点显示通过酶标二抗和底物显色细胞因子检测灵敏度(pg/ml)通量ELISA：单一细胞因子高灵敏检测流式细胞术：细胞内细胞因子染色多因子检测平台：同时检测多种细胞因子TCR测序技术原理扩增TCR基因可变区高通量测序分析生物信息学数据处理应用领域T细胞库多样性分析克隆扩增检测免疫监测和诊断第九部分：T细胞免疫治疗细胞疗法CAR-T、TCR-T、TIL疗法免疫检查点PD-1/CTLA-4抑制剂疫苗肿瘤疫苗、树突状细胞疫苗细胞因子治疗IL-2、IFN等细胞因子应用CAR-T细胞疗法T细胞采集从患者体内分离T细胞基因修饰导入CAR基因，表达嵌合抗原受体体外扩增CAR-T细胞大量培养增殖回输治疗将CAR-T细胞输回患者体内杀伤肿瘤TCR-T细胞疗法1原理基础利用基因工程改造T细胞表达特异性TCR2与CAR-T区别通过MHC依赖方式识别胞内抗原3优势特点可靶向更广泛的肿瘤抗原，包括胞内抗原4临床应用针对NY-ESO-1等肿瘤抗原治疗多种实体瘤免疫检查点抑制剂CTLA-4抑制剂伊匹木单抗(Ipilimumab)主要作用于T细胞初始活化阶段阻断CTLA-4与B7相互作用PD-1/PD-L1抑制剂纳武利尤单抗、帕博利珠单抗等主要作用于效应阶段T细胞阻断PD-1与PD-L1负性共刺激信号疫苗开发中的T细胞作用CD4+T细胞辅助B细胞产生高亲和力抗体1CD8+T细胞直接清除感染细胞2记忆T细胞提供长期保护3疫苗佐剂增强T细胞应答4第十部分：T细胞研究前沿多组学整合分析揭示T细胞复杂调控网络计算生物学方法加速T细胞免疫治疗研发空间转录组学技术探索T细胞组织微环境互作单细胞测序技术在T细胞研究中的应用1000+单细胞识别可同时分析上千个单细胞20K+基因表达量每个细胞检测基因数量50+新亚群发现已鉴定的T细胞亚型数量5种多组学整合可同时分析转录组、表观组等T细胞代谢与功能的关系糖酵解效应T细胞主要能量来源脂肪酸氧化记忆T细胞和Treg