T细胞及其介导的细胞免疫应答【高级课件】

1、T细胞介导的细胞免疫应答,1,精制课件,T细胞的发育、分化,2,精制课件,免疫细胞分化过程,3,精制课件,T细胞发育的场所：胸腺（thymus） 皮质：大量发育早期未成熟胸腺细胞，胸腺上皮细胞、M、DC等 髓质： 胸腺上皮细胞为主，少量成熟胸腺细胞 年龄变化：新生儿胸腺相对较大，至青春期达30-40克，此后胸腺开始萎缩。,4,精制课件,5,精制课件,T 细胞在胸腺内发育的三个阶段 早期阶段：即双阴性阶段（CD4、CD8 ） 不成熟阶段：即双阳性阶段（CD4、CD8 ） 成熟阶段：即单阳性阶段（CD4 / CD8 ）,6,精制课件,7,精制课件,T细胞发育的阳性选择和阴性选择 阳性选择：即双阳性

2、胸腺细胞的TCR与胸腺基质细胞表面的自身肽-MHC分子以适当亲和力结合，导致克隆增殖，分化成功能性T细胞的过程。 阳性选择赋予成熟T细胞具有识别和结合MHC的能力，保存了与自己MHC结合的，受MHC限制的，对外来抗原发生特异性反应的细胞克隆，是T细胞成熟的一种方式 阴性选择：即双阳性或单阳性T细胞的TCR与胸腺基质细胞表面的自身肽-MHC分子发生高亲和力结合或者不能结合，导致克隆排除或克隆不应答的过程 阴性选择排除了与自身抗原-MHC分子结合的，针对自身抗原起反应的细胞克隆，是T细胞形成自身耐受的重要机制,8,精制课件,成熟的T细胞的特征 T细胞识别抗原受MHC限制（即TCR不仅特异性识别经A

3、PC处理过的抗原肽，而且须同时识别与抗原肽结合的MHC分子） T细胞对自身抗原具有耐受性（即一般不对自身MHC分子或是与之结合的自身抗原产生应答）,9,精制课件,先天性胸腺发育不全（DiGeorge 综合症）,鱼状唇、眼间距宽、耳位置低等面部特征,10,精制课件,T淋巴细胞,11,精制课件,一、T 淋巴细胞表面分子及其作用,12,精制课件, TCR：有、四种肽链，可将T细胞分为 TCR 和TCR 两种类型，是T细胞特异性识别抗原的分子 CD3：与TCR一起组成TCR-CD3复合分子，是T细胞的信 号转导分子 CD4：是T细胞TCR-CD3识别抗原的辅助受体 CD8：也是T细胞识别抗原的辅助受体

4、 CD28：其配体是B7家族（B7-1/CD80、B7-2/CD86），是 T细胞活化最重要的协同刺激分子 CD2（LFA-2）：又称SRBC R，其配体是CD58（LFA-3）， 可介导T细胞旁路激活途径 CD40L：参与B细胞的免疫应答 LFA-1：其配体是ICAM，介导T细胞与靶细胞间的相互作 用，促进细胞免疫应答效应 丝裂原受体：PHA R、ConA R,13,精制课件,TCR-CD3 complex,TCR can be divided into TCRand TCR.,Structural similarity Transmembrane molecules consisting

5、of two heterodimer chains linking by disulfide bond Each of the polypeptide chains containing variable and constant regions like those of Ig,14,精制课件,The types and subsets of lymphocytes,55%,25%,10%,10%,5%,15,精制课件,TCR-CD3 complex It is a complex composed of T cell antigen receptor and a group of CD3（

6、）molecules binding through noncovalent bonds. It is the major unit of T cells in antigen recognition and signal transduction. TCR specifically recognizes peptides presented on MHC molecules. CD3 transduces the signal 1 of T cell activation.,16,精制课件,TCR多样性及其分子机制,每个T细胞克隆都有其独特的TCR，该TCR特 异性识别一个抗原肽-MHC复合

7、物（pMHC）。,体内约有1018个T细胞克隆，构成了一个庞大的T细胞库，以便应对自然界千变万化的抗原肽。,17,精制课件,TCR的每条肽链分别由分布于不同染色体的多个 不连续基因片段所编码； V基因片断编码V区, C基因片断编码C区, 二者之间有J基因片断编码，即V-J-C； TCR中，链由V-J-C 连接而成；链: V-D-J-C； TCR中 ，链由V-J-C 连接而成； 链: V-D-J-C； V基因片断数目最多。,TCR的基因结构,18,精制课件,人TCR胚系基因结构示意图,14号染色体长臂,7号染色体长臂,V70-J61-C,V52-(D-J7-C)2,19,精制课件,12-8,人T

8、CR 胚系基因结构示意图,14号染色体长臂,7号染色体短臂,V5-D3-J4-C,V12-J5-C2,20,精制课件,TCR基因结构及其多样性,肽链 染色体定位 基因片段及排列 a 14号长臂 V70-J61-C b 7号长臂 V52-(D-J7-C)2 g 7号短臂 V12-J5-C2 d 14号长臂 V5-D3-J4-C 上述基因的随机排列组合，使TCR的数目达1015 1018,21,精制课件,a（g）链是V/J基因重排，b（d）链基因V/D/J(/C b)重排；C基因编码TCR的C区、胞外区和跨膜区 重排顺序：在胸腺内的前T细胞TCR b链的D-J连接DJ-V b连接 a链的V/J重排

9、各自与C片段连接功能性TCR a、b基因转录翻译合成a、b链随机组合产生多样性TCRab,TCR基因重排,22,精制课件,TCR多样性,23,精制课件,CD4 is mainly expressed on mature Th cells, macrophages and DC. It is HIV receptor. It binds the nonpolymorphic region of MHC-II. CD8 is mainly expressed on mature Tc cells and binds the nonpolymorphic region of MHC-I. They

10、can not only strengthen the interaction between T cells and APC or target cells, but also stimulate TCR-CD3 signal transduction.,CD4 and CD8,24,精制课件,To strengthen the interaction between T cells and APC or target cells They involve in the signal transduction that lead to T cell activation and prolif

11、eration,CD4 and CD8 T cell coreceptor,25,精制课件,26,精制课件,Costimulatory signal molecules TCR-CD3 complex provides signal 1. Costimulatouy signal or signal 2 CD28-CD80/86 is the main costimulatory signal participating in T cell activation.,Costimulatory signal molecules,27,精制课件,CD40L,T,APC,CD28,CD80/86,C

12、TLA4,CD40,LFA1,ICAM1,LFA2,LFA3,28,精制课件,Main accessory molecules between T cells and APC,29,精制课件,30,精制课件,Mitogen receptors Cytokine receptors Virus receptors,Other receptors,31,精制课件,二、T 细胞亚群,32,精制课件,TH（TH2）：促进体液免疫应答 CD2+、CD3+、CD4+、CD8 TD（TH1）：介导迟发型超敏反应 TCR TS：抑制免疫应答 CD2+、CD3+、CD4、CD8+ TC：介导杀伤作用 CD2+、

13、CD3+、CD4、CD8 NK1.1+ T 细 TCR 胞 CD45RA：初始 T 细胞 CD45 CD45RO：记忆 T 细胞,33,精制课件,34,精制课件,35,精制课件,三、T 细胞的功能,36,精制课件,CD4+辅助性T细胞,37,精制课件,38,精制课件,39,精制课件,CD8 + 杀伤性T细胞（CTL） 杀伤特点： 非特异性 受MHC-I类分子限制 直接杀伤 连续杀伤 杀伤机理 释放穿孔素和颗粒酶 诱导凋亡：通过Fas和FasL结合，激活半胱 天冬氨酸蛋白酶（caspase 8）导致细胞死亡,40,精制课件,41,精制课件,抑制性T细胞 其功能是抑制免疫应答的活化阶段，机 理是：

14、通过分泌细胞因子（IL-10、TGF-） 发挥抑制功能、直接对抗原呈递细胞产生胞 毒作用、通过独特型网络发挥抑制作用 迟发型超敏反应T细胞 通过释放各种细胞因子，介导机体迟发型超敏 反应,42,精制课件,T淋巴细胞介导的细胞免疫应答,43,精制课件,概论 T细胞对抗原的识别 T细胞的活化、增殖和分化 T细胞的效应功能,44,精制课件,概 论,未与特异抗原相遇的成熟T细胞，即初始T细胞表面的TCR与APC表面的抗原肽-MHC分子复合物特异结合称为抗原识别。 在其它辅助因素作用下，T细胞活化、扩增，分化成为能清除病原微生物的效应T细胞的过程称为免疫应答。 其分为三个阶段：抗原识别阶段；T细胞活化、

15、增殖、分化阶段；效应细胞产生及效应阶段。,45,精制课件,46,精制课件,47,精制课件,T细胞对抗原的识别,APC向T细胞提呈抗原的过程 APC与T细胞的相互作用 TCR识别抗原的特点 TCR识别抗原肽的MHC限制性 T细胞进行抗原识别的部位,48,精制课件,49,精制课件,50,精制课件,一、APC向T细胞提呈抗原的过程,抗原提呈细胞的抗原肽：MHC分子复合物与T淋巴细胞表面的TCR结合，成为TCR/抗原肽：MHC分子三元体，提呈给T淋巴细胞从而活化T细胞的全过程。,51,精制课件,一.T细胞识别的抗原的种类 1. 由MHC I类分子递呈的抗原，即存在于胞浆 （cytosol）内的抗原。

16、来源于： （1）病毒和一些细菌感染细胞后，于胞浆内及胞核内合成的抗原； （2）肿瘤细胞合成的肿瘤抗原。,52,精制课件,2. 由MHC II类分子递呈的抗原，即存在于囊泡系统 内的抗原。 来源于： （1）巨噬细胞摄取到内体(endosome)中的颗粒成分 (如细菌、细胞等)及细菌增殖中新合成的抗原 成分。 （2）APC通过吞噬和吞饮作用摄取内化的细菌代谢 产物和其它可溶性蛋白质抗原。,53,精制课件,二T细胞的抗原识别 （一）对 MHC I类分子递呈抗原的识别 - 内源性抗原的递呈过程： 指胞浆内的抗原，经酶降解成小的肽片段，与MHC I类分子结合成复合物，然后转送到细胞膜表面，供CD8+ T

17、细胞识别的过程。,54,精制课件,55,精制课件,MHC I链(新合成) 进入内质网膜 同钙连接蛋白结合 同2微球蛋白(2M)结 合 钙连接蛋白分离, MHC I-2M异二聚体 形成 与蛋白质复合体(钙网蛋白、tapasin 和 Erp57)结合 * LMP Ag(蛋白质) 肽（8-13个氨基酸残基） ABC（ATP-binding cassette）转运 内 质网腔 * *蛋白质复合体分离, MHC I-肽复合物形成 高尔基体 细胞表面 TCR识别和同 CD8分子结合（CD8T细胞）。,56,精制课件,注： 钙连接蛋白 - 使MHC I类分子在内质网 内保持部分折叠状态。 LMP - 28个

18、亚单位构成的大圆柱型的复 合体，中间含有一个以蛋白水解酶亚单位 （LMP2、LMP7和MECL-1）的活性部分为衬的空心。 ABC蛋白- TAP-1（transporters asso- ciated with antigen processing-1）和TAP-2, 形成异二聚体，与内质网膜伴随，可有效地将肽 转运至内质网。,57,精制课件,58,精制课件,（二）对MHC II类分子递呈抗原的识 别 - 外源性抗原的递呈过程： 指抗原在囊泡系统内被酶降解成小肽片段，与MHCII类分子结合，运送到细胞表面，供CD4 T细胞识别的过程。,59,精制课件,60,精制课件,MHC II类分子（新合成

19、） MHC II-Ii链 (invariant chain)复合物 离开内质网到达酸 性内体 Ii链可被酸性蛋白酶（如组织蛋白酶） 切割 MHC II-CLIP复合物 与HLA-DM结合 CLIP释放 * Ag（摄取内化） 内体, pH下降为酸性 同溶酶体融合成吞噬溶酶体(phagolysome), 含有 酸性蛋白酶 蛋白质抗原被降解成小肽片段（在 酸性内体）* * MHC II类分子-肽复合物（在酸性内体） 细胞表面 TCR识别和同CD4分子结合（CD4T细 胞）。,61,精制课件,注： A. Ii链：由三个亚单位组成，每个亚单位肽链的一部分非共价键结合于一个MHC II类分子的肽结合槽内，

20、以阻止MHC II类分子与存在于内质网中的肽或部分折叠的蛋白结合。 B. CLIP（class II-associated invariant chain peptide）：Ii 链被切割后留下的与MHCII分子结合的短肽片段。,62,精制课件,63,精制课件,C. HLA-DM分子：HLA-DM 基因编码的分子功能： a. 与MHC II类分子结合； b. 催化与MHC II类分子不稳定结合的肽的释放； c. 维持MHC II-肽复合物在APC表面有足够的存在时间供CD4T细胞识别。 D. 酸性蛋白酶： 半胱氨酸蛋白酶，catherpsins B、D、S和L 。,64,精制课件,65,精制课

21、件,二、APC与T细胞的相互作用,T细胞进行抗原识别的部位 TCR与P-MHC结合的分子结构 T细胞与APC的非特异结合 T细胞与APC的特异性结合 T细胞突触,66,精制课件,T细胞进行抗原识别的部位,一般来说免疫应答发生在外周淋巴组织，如淋巴结、脾、皮肤或粘膜相关的淋巴组织。 所有上述外周淋巴组织中都有能捕获这些抗原的APC，它们携带经过处理的抗原至淋巴结的副皮质区及脾的小动脉周围淋巴鞘处，与T细胞结合，提呈抗原，进而活化T细胞。,67,精制课件,T细胞与APC的非特异结合,表面粘附分子的结合 1. 无特异性 2. 低亲和性 3. 短暂性 无相应特异抗原结合即分离，T再次进入淋巴循环,68

22、,精制课件,T细胞与APC的特异性结合,非特异结合后，TCR识别并结合p-MHC，CD3传递特异性识别信号： LFA-1构象改变，与ICAM亲和力增强（结合可达数天） CD4/CD8增强TCR-p-MHC亲和力 共刺激分子互相结合，提供协同刺激信号 T细胞突触的形成：,69,精制课件,T细胞与APC的非特异性结合,TCR搜索特异性Ag肽-MHC复合物,免疫突触,成功,失败,分离,70,精制课件,T细胞突触（T cell synapse),免疫突触：T细胞在和APC识别结合的过程中，多种跨膜分子聚集在富含神经鞘磷脂和胆固醇的“筏”状结构上，并相互靠拢成簇，形成细胞间相互结合的部位。 中心：TCR

23、-肽-MHC复合物 内层：B7-CD28；CD58-CD2 外围：IFA-1ICAM-1；CD45等,71,精制课件,免疫突触的平面模式图,72,精制课件,TCR与P-MHC结合的分子结构,和链可变区的CDR1和CDR2区：MHC分子的多态区和抗原肽的两端 CDR3区结合抗原肽中央的T细胞表位处 所以决定TCR识别抗原特异性的是CDR3区 。,73,精制课件,TCR的MHC限制性识别,74,精制课件,75,精制课件,MHC限制性,任何个体T细胞仅识别由同一个体APC表面的MHC分子提呈的抗原肽,76,精制课件,第二节 T细胞的活化、增值和分化,T细胞活化涉及的分子 T细胞活化的信号转导途径 T

24、细胞活化信号涉及的靶基因 抗原特异性T细胞克隆性增值和分化,77,精制课件,T细胞活化、增殖、分化,活化 CD4+T细胞双信号 CD8+T细胞双信号+CD4+T辅助 增殖 IL-2/IL-2R克隆性增殖 分化 CD4+T细胞Th1和Th2 CD8+T细胞CTL,78,精制课件,T细胞活化涉及的分子,T细胞活化的第一信号 T细胞活化的第二信号 细胞因子促进T细胞充分活化,79,精制课件,T细胞活化的第一信号,来自抗原与其受体的结合，即抗原识别TCR与抗原肽：MHC分子复合物的结合。CD3、CD4/CD8转导信号。,80,精制课件,T细胞活化的第二信号,T细胞表面的CD28与APC上的协同刺激分子

25、B7-1（CD80）和B7-2（CD86）的结合。促IL-2合成 无第二信号，导致T细胞无能，维持免疫耐受,81,精制课件,细胞因子促进T细胞充分活化,T细胞的充分活化还有赖于许多细胞因子的参与。 IL-1、IL-2、IL-6、IL-12等。,82,精制课件,83,精制课件,84,精制课件,协同刺激分子提供的第二信号在T细胞活化上起重要作用： 1、若缺乏协同刺激分子提供的第二信号，T细胞不能充分活化，也不能发挥效应。 2、抗原识别时没有协同刺激信号，则使抗原特异性T淋巴细胞凋亡，或被诱导呈无能状态(anergy)。,85,精制课件,抗原特异性T细胞克隆性增值和分化,抗原激活成熟的T细胞后，诱使

26、其表达多种细胞因子及其受体如IL-2、 IL-2R经自分泌或旁分泌作用，使T细胞克隆扩增，并使其子代细胞分化成效应细胞。 IL-4、IL-6、IL-7、IL-12、IL-15、IL-18等也发挥重要作用。,86,精制课件,抗原特异性T细胞克隆性增值和分化,T细胞增值后，定向分化为效应T细胞 CD4：Th0Th1、Th2、Tr、Tm CD8：Th细胞依赖性 Th细胞非依赖性,87,精制课件,活化 T细胞的转归,88,精制课件,89,精制课件,效应T细胞的应答效应,细胞免疫的重要效应细胞有两类。 其一是Th1型CD4+ Th细胞，经活化M而诱生炎症，在宿主抗胞内病原感染中起重要作用。 其二是CD8

27、+ CTL，它藉分泌细胞毒素杀伤表达抗原的靶细胞。,90,精制课件,一、Th细胞的效应,Th1对巨噬细胞的作用 Th1对淋巴细胞的作用 Th1对中性粒细胞的作用 Th2细胞的生物学活性,91,精制课件,Th1细胞对巨噬细胞的作用,活化作用： 1. 释放细胞因子(如IFN-)活化巨噬细胞； 2. 通过其表面的CD40L与巨噬细胞表面的CD40结合活化巨噬细胞，增强巨噬细胞的吞噬和杀菌能力；,92,精制课件,Th1细胞对巨噬细胞的作用,诱生和趋化作用： 1. 产生IL-3及GM-CSF，它可刺激骨髓产生新的巨噬细胞。 2. 感染部位的Th1细胞分泌TNF- 和TNF-(淋巴毒素)，它可使炎症部位的

28、血管内皮细胞粘附分子表达增加，而使吞噬细胞粘附其表面。,93,精制课件,Th1细胞对巨噬细胞的作用,与上述作用相反， M的活化也要受到严格的控制。 首先，只有提呈抗原给T细胞的M会最直接、最快速地被活化。在其周围的没有感染的M不能被活化。 另外，由于IFN- mRNA的半寿期短，大大限制其有效活性时间，藉此限制效应T细胞对M的活化。 再者，M可分泌IL-10，它可抑制IFN-产生，从而抑制M活化。,94,精制课件,95,精制课件,Th1细胞介导的细胞免疫应答,TD抗原,APC摄取、处理、提呈抗原,活化信号1,CD4+Th1细胞识别 抗原肽-MHC-II类分子复合物,Th1细胞活化增殖,活化信号

29、2,Th1细胞与APC接触,细胞因子,活化巨噬细胞,静止巨噬细胞,分泌炎性因子,迟发超敏反应（DTH）,细胞因子,96,精制课件,CD4+Th1细胞介导的细胞免疫应答,TD抗原,APC摄取、处理、提呈抗原 + Th1细胞,活化信号1,TCR/肽-MHC-II, CD4-MHC II,Th细胞活化增殖分化成Th1细胞,活化信号2,B7/CD28 协同刺激分子,分泌细胞因子,活化巨噬细胞,静止巨噬细胞,分泌炎性因子,迟发型超敏反应（DTH）,活化APC释放 细胞因子,趋化、激活淋巴细胞,促进白细胞的血管渗出,97,精制课件,Effector functions of Th1 cells,98,精制

30、课件,99,精制课件,Th1对T淋巴细胞和中性粒细胞的作用,产生IL-2等细胞因子，促进T淋巴细胞增殖而放大免疫效应 产生TNF- 和TNF-活化中性粒细胞促进其杀伤作用,100,精制课件,Th2细胞的生物学活性,辅助B细胞增值分化 参与超敏反应性炎症,101,精制课件,二、CD8+ 细胞毒性T细胞,杀伤T细胞的产生 Tc杀伤靶细胞的过程,102,精制课件,杀伤T细胞的产生,杀伤T细胞（CTL或Tc)在抗病毒感染和对癌细胞的免疫监视功能上很重要。 CTL细胞的前体(CTLp)识别细胞表面与MHC-类分子结合的抗原肽，此时它需要Th细胞的辅助。 APC处理病毒抗原，进而 既表达抗原肽：MHCI类

31、分子复合物， 也表达抗原肽：MHC类分子复合物。,103,精制课件,CTLp不能向Th提呈抗原，因此很可能Th和CTLp结合到同一个APC上，即该APC既表达抗原肽：MHC-I类分子复合物，也表达抗原肽：MHC-II类分子复合物。 其中抗原肽：MHC-I类分子活化CTLp；而抗原肽：MHC-II类分子活化Th。 Th活化后释放IL-2、IL-6等细胞因子，并在抗原肽：MHC-I类分子发出的特异活化信号作用下，CTLp增殖分化为效应CTL(Tc)。,104,精制课件,杀伤T细胞的产生,也就是抗原肽：MHC I 类分子结合TCR后，活化 CTLp，抗原肽：MHC类分子结合TCR后，活化Th。 由激

32、活的Th释放的细胞因子作用于与其密切相邻的CTLp。CTLp在IL-2、IL-6等细胞因子提供下，在抗原肽：MHC I类分子发出的特异活化信号作用下，CTLp增殖分化为效应CTL(Tc)。,105,精制课件,106,精制课件,CD8+TC细胞介导的细胞免疫应答,可溶性肿瘤或病毒抗原 APC摄取处理提呈,CTLpTCR识别抗原肽- MHC-I类分子复合物,APC/CTL粘附分子作用,CD4+Th细胞活化,CTLp活化增殖分化为效应CTL,脱颗粒释放穿孔素、颗粒酶,FasL/Fas,靶细胞死亡,活化信号,活化信号,2,1,分泌细胞因子,+ 靶细胞,或促进APC表达共刺激分子,107,精制课件,效-靶细胞结合和CTL的极化,效应T高表达粘附分子可有效结合表达相应受体的靶细胞，再识别特异性抗原后发生极化 CTL的极化：CTL内亚显微结构向效-靶细胞接触部位重新排列和分布,108,精制课件,Tc杀死靶细胞的过程,效应Tc细胞识别抗原而活化后，释放胞浆内的颗粒，其一是穿孔素(perforin)，在靶细胞膜上穿孔；其二是颗粒酶(granzyme) ，诱导靶细胞凋亡 。 此外，Tc活化后除经释放胞内颗粒杀死或促进靶细胞凋亡，还可由于活化后Tc表达FasL，它可与靶细胞上的受体Fas分子结合，促使靶细胞凋亡。,109