第12篇 T淋巴细胞Word格式.docx

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CD8+T细胞活化、增殖和分化为效应细胞后，可针对病毒感染靶细胞和肿瘤细胞等，发挥细胞毒性T细胞（cytotoxicTcell，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

在T细胞与APC的短暂结合过程中，若TCR识别相应的特异性抗原肽-MHC复合物（pMHC）后，则T细胞可与APC发生特异性结合，并由CD3分子向胞内传递特异性抗原刺激信号，导致LFA-1分子构象改变，并增强其与ICAM-1结合的亲和力，从而稳定并延长T细胞与APC间结合的时间，以便有效地诱导抗原特异性T细胞激活和增殖。

增殖的子代T细胞仍可与APC黏附，直至分化为效应细胞。

T细胞表面CD4和CD8分子是TCR识别抗原的辅助受体（co-receptor），在T细胞与APC的特异性结合中，CD4和CD8可分别识别和结合APC或靶细胞表面的MHCⅡ类分子和MHCⅠ类分子，增强TCR与pMHC结合的亲和力。

T细胞和APC表面表达多种协同刺激分子（co-stimulatorymolecule），有助于维持和加强T细胞与APC的直接接触，并为T细胞激活进一步活化提供协同刺激信号（co-stimulatorysignal），这在细胞免疫应答的启动中起着极其重要的作用。

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TCR，其周围是一圈黏附分子，这个特殊的结构称为免疫突触（immunologicalsynapse）（图12-1）。

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12-1APC通过免疫突触与T细胞相互作用

图12-2免疫突触形成的三个阶段

第二节T细胞的活化、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

APC将pMHC提呈给T细胞，TCR特异性识别结合在MHC分子槽中的抗原肽，启动抗原识别信号（即第一信号），导致CD3和辅助受体（CD4或CD8）分子的胞浆段尾部聚集，激活与胞浆段尾部相连的酪氨酸激酶，使CD3分子胞质区ITAM中的酪氨酸（Y）发生磷酸化（pY），启动激酶活化的级联反应，最终通过激活转录因子，进入核内，结合于靶基因启动子区，引起细胞增殖及分化相关基因的转录激活，发挥相应的功能。

（二）T细胞活化的第二信号

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分子，其主要作用是促进IL-2基因转录和稳定IL-2mRNA，从而有效促进IL-2合成。

如T细胞缺乏共刺激信号，抗原识别介导的第一信号非但不能有效激活特异性T细胞，反而导致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。

CTLA-4是在T细胞激活后呈诱导性表达，CTLA-4分子与B7结合的亲和力是CD28与B7结合的20倍，可竞争性地与APC细胞表达的B7结合，启动抑制性信号从而有效地调节了适度的免疫应答。

激活的专职APC上调表达协同刺激分子，触发有效的协同刺激信号，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12-3）。

图12-3T细胞活化相关信号分子

（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、IL-12、IL-15和IFN-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

T淋巴细胞抗原受体是由链或链组成，它们的胞膜外区可识别特异性pMHC，但TCR的胞质区较短，要借助于CD3分子及CD4/CD8分子和CD28等分子的辅助，才能将抗原刺激的信号传递至细胞内部，使转录因子活化，转位到核内，活化相关基因。

这一过程称为T细胞活化的信号转导（signaltransduction）。

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（proteintyrosinekinase，PTK）。

参与T细胞活化早期的PTK主要有p56Lck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ζ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12-4）。

TCR活化信号胞内转导的主要途径有两条：

PLC-γ活化途径和MAP激酶活化途径（图12-5）。

图12-4TCR及辅助受体启动T细胞活化信号

图12-5TCR复合物及其辅助受体活化信号的胞内转导途径

（一）PLC-γ活化途径

TCR介导的活化信号传向胞内时，首先使CD3分子多条链的胞质区ITAM中的酪氨酸被PTK催化而发生磷酸化，其中链ITAM磷酸化后，可结合胞内带有SH2（Srchomology2）结构域的ZAP-70分子（图12-5）。

CD4分子藕联的p56Lck使ZAP-70发生磷酸化而活化。

活化的ZAP-70使接头蛋白（LAT和SLP-76）磷酸化，它们与含有SH2结构域的磷脂酶C-γ（phospholipaseC-γ，PLC-γ）结合，并使之活化。

当PLC-γ分子内的酪氨酸被磷酸化而活化后，就可裂解细胞膜上的磷酯酰肌醇二磷酸（phosphatidylinositolbisphosphate，PIP2），产生两个重要的信息分子，即三磷酸肌醇（IP3）和甘油二酯（DAG），进而开通两个信号转导通路：

①IP3开放胞膜离子通道，使Ca2+流入胞内，并开放胞内钙储备，释放Ca2+，使胞浆Ca2+浓度的升高，活化胞浆内钙调磷酸酶（calcineurin），使转录因子NFAT（nuclearfactorofactivatedTcell）去磷酸化，并迅速由胞浆转位到核内，活化相应的靶基因（如IL-2等）。

②DAG在胞膜内面结合并活化蛋白激酶C（proteinkinaseC，PKC），活化PKC使能抑制性的亚基IκB发生磷酸化并与转录因子NF-κB（nuclearfactor-κB）解离，失去了抑制作用的IκB后，游离的NF-κB遂即转位至核内，活化相应的靶基因（如IL-2）。

（二）MAP激酶活化途径

ZAP-70活化后介导的Ras活化丝裂原激活的蛋白激酶（mitogenactivatedproteinkinase,MAPK）级联反应。

激活的ZAP-70使接头蛋白LAT和SLP-76发生磷酸化，再激活生长结合蛋白-2（Grb-2）和鸟苷酸交换因子（Sos），在鸟嘌呤核苷酸交换因子（gnaninenucleotideexchangefactor,GEF）的作用下，无活性的Ras-二磷酸鸟苷结合物（Ras-GDP）转变为有活性的Ras-三磷酸鸟苷结合物（Ras-GTP）。

激活的Ras再与丝氨酸/苏氨酸激酶Raf结合，再由Raf经级联反应激活MAP激酶，进入细胞核，使底物发生磷酸化作用。

CD28/B7分子的第二活化信号活化经MAPK及PI3-激酶途径，引起一系列级联反应，活化转录因子进入胞核，结合于靶基因调控区。

三、T细胞活化信号涉及的靶基因

T细胞活化信号通过磷酯酰肌醇代谢途径和Ras-MAP激酶途径，产生激酶磷酸化的级联反应，使T细胞内的转录因子（DNA结合蛋白）NFAT、NF-κB、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。

细胞因子基因的转录活化，使细胞分泌大量细胞因子，这些细胞因子结合于T细胞上相应受体，进一步活化与细胞增殖和分化相关的基因，细胞发生有丝分裂，使细胞克隆扩增，并向效应细胞分化。

由于T细胞活化信号转导的级联反应的复杂性，构成T细胞应答的多样性。

在T细胞活化初期约30分钟，转录因子和原癌基因表达，T细胞中的多种细胞因子及其受体基因在活化后4小时后转录水平明显升高，14小时左右表达与细胞分裂有关的转铁蛋白等分子。

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α、β、γ链组成，静止T细胞仅表达低水平的中亲和力IL-2R（由二条链组成），激活的T细胞可表达高亲和力IL-2R（由三条链组成）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-4、IL-6、IL-7、IL-10、IL-12、IL-15、IL-18、IL-23、IFN-γ等细胞因子在T细胞增殖和分化中也发挥重要作用。

T细胞经迅速增殖后，定向分化为效应性T细胞。

其中CD4+T细胞经抗原肽与MHCⅡ类分子组成的复合物激活，分化为辅助性T细胞（Th）；

而CD8+T细胞则被抗原肽与MHCⅠ类分子组成的复合物激活，分化为细胞毒T细胞（CTL）。

1．CD4+T细胞的增殖分化初始CD4+T细胞被活化后发生增殖和分化，Th0细胞在局部微环境中所存在的不同种类细胞因子的调控下分化。

IL-12和IFN-等细胞因子可促进Th0细胞向Th1细胞极化，IL-4等细胞因子可促进Th0细胞向Th2细胞极化。

Th0细胞的极化方向又决定机体免疫应答的类型，Th1细胞主要介导细胞免疫应答，Th2细胞主要介导体液免疫应答。

此外，初始CD4+T细胞还可以分化成一些不同于Th1和Th2细胞的细胞亚群，如调节性T细胞（regulatoryTcells，Tregs）和Th17细胞。

调节性T细胞（Treg）表型为CD4+CD25+Foxp3+，通过分泌细胞因子或者细胞接触两种方式发挥免疫抑制和免疫调节作用，在维持自身免疫耐受中发挥重要作用。

小鼠Th17由初始CD4+T细胞在TGF-+IL-6等细胞因子的诱导下分化而来（人Th17则由IL-1+IL-6所诱导），IL-23是Th17细胞分化过程中重要的促进因子。

Th17细胞分泌IL-17等效应因子（Th17也因此而得名），在自身免疫性疾病和感染性疾病中发挥调节作用。

此外，部分活化的CD4+T细胞还可分化为长寿命的记忆性T细胞，在再次免疫应答中起重要作用。

2．CD8+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。

这类靶细胞凋亡后，被APC吞噬处理，经加工提呈后活化T细胞。

此外，胞内产生的病毒抗原和肿瘤抗原，以及脱落的供体细胞同种异体MHC抗原以可溶性抗原的形式被APC摄取，可在细胞内分别与MHCⅠ类分子和MHCⅡ类分子结合形成复合物，表达于APC细胞表面。

抗原肽-MHCⅡ分子复合物结合TCR后，活化Th细胞；

抗原肽-MHCⅠ分子复合物结合TCR后，活化CTL前体细胞。

活化的Th细胞释放细胞因子作用于CTL前体细胞，在抗原肽-MHCⅠ类分子刺激的特异性活化信号作用下，增殖分化为CTL。

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T细胞的效应功能

一、Th细胞的效应功能

（一）Th1细胞的生物学活性

1．Th1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）。

Th1细胞可产生多种细胞因子，通过多途径作用于巨噬细胞。

①激活巨噬细胞：

Th1细胞通过其产生IFN-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MHCⅡ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。

②诱生并募集巨噬细胞：

Th1细胞产生IL-3和GM-CSF，促进骨髓造血干细胞分化为单核细胞；

Th1细胞产生TNF-α、LTα和MCP-1等，可分别诱导血管内皮细胞高表达黏附分子，促进单核细胞和淋巴细胞黏附于血管内皮细胞，继而穿越血管壁趋化到局部组织。

2．Th1细胞对淋巴细胞的作用Th1细胞产生IL-2等细胞因子，可促进Th1细胞、Th2细胞、CTL和NK细胞等细胞的活化和增殖，从而放大免疫效应；

另外，Th1细胞分泌的IFN-可促进B细胞产生具有调理作用的抗体（如IgG2a），从而进一步增强巨噬细胞对病原体的吞噬。

3．Th1细胞对中性粒细胞的作用Th1细胞产生的淋巴毒素和TNF-α，可活化中性粒细胞，促进其杀伤病原体。

表12-1不同效应T细胞亚群及其效应分子

CD4+Th1

CD4+Th2

CD4+Th17

CD8+CTL

TCR识别的配体

抗原肽-MHCⅡ

类分子复合物

抗原肽-MHCⅠ类分子复合物

诱导分化的关键

细胞因子

IL-12、IFN-

IL-4

IL-1（人）、TGF-（小鼠）

IL-6、IL-23

IL-2

产生细胞因子和

其他效应分子

IFN-、LT、TNF-

IL-2、IL-3、GM-CSF

CD40L、FasL

IL-4、IL-5

IL-10、IL-13

GM-CSF

IL-17

IFN-、TNF-

LT、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

免疫保护

胞内感染病原微生物（如结核杆菌）

清除蠕虫䓁

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）

Ⅳ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。

（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：

①分泌IL-8、MCP-1等趋化因子，趋化和募集中性粒细胞和单核细胞；

②分泌G-CSF和GM-CSF等集落刺激因子，活化中性粒细胞和单核细胞，并可刺激骨髓造血干细胞产生更多髓样细胞；

③分泌IL-1、IL-6、TNF-和PGE2等诱导局部炎症反应。

因此，Th17参与了炎症反应、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CD8+T细胞在外周淋巴组织内增殖、分化为效应性CTL，在趋化因子作用下离开淋巴组织向感染灶或肿瘤部位集聚。

效应性CTL高表达黏附分子（如LFA-1、CD2等），可有效结合表达相应配体（ICAM-1、LFA-3等）的靶细胞。

一旦TCR识别特异性抗原，TCR的激活信号可增强效-靶细胞表面黏附分子与其相应配体结合的亲和力，并在细胞接触部位形成紧密、狭小的空间，使CTL分泌的效应分子在局部形成很高的浓度，从而选择性杀伤所接触的靶细胞，而不影响邻近正常细胞。

2．CTL的极化CTL的TCR识别靶细胞表面抗原肽-MHCⅠ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，如细胞骨架系统（肌动蛋白、微管等）、高尔基复合体及胞浆颗粒等均向效-靶细胞接触部位重新排列和分布，从而保证CTL分泌的效应分子有效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。

（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16nm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-α、LT。

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。

这是因为体内存在着一群发生过克隆扩增、抗原特异性的记忆性细胞（memorycell）。

记忆性T细胞（memoryTcell，Tm）是指对特异性抗原有记忆能力、寿命较长的T淋巴细胞。

一般认为在T细胞进行克隆性扩增后，有部分细胞分化为有记忆能力的细胞，当再次遇到相同抗原后，可迅速活化、增殖，分化为效应细胞。

Tm细胞与初始T细胞表达不同的CD45异构体，Tm细胞为CD45RACD45RO+，初始T细胞是CD45RA+CD45RO。

免疫记忆可产生更快、更强、更有效的再次免疫应答。

因为Tm细胞比初始T细胞更易被激活，相对较低浓度的抗原即可激活Tm细胞；

与初始T细胞相比，Tm细胞的再活化对协同刺激信号（如CD28/B7）的依赖性较低，Tm细胞分泌更多的细胞因子，且对细胞因子作用的敏感性更高。

记忆性CD8+T细胞是一类重要的记忆细胞，其产生和维持的机制尚未完全阐明，某些研究结果提示：

①记忆性CD8+T细胞的产生无需T细胞所分泌的细胞因子参与；

②记忆性CD8+T细胞的维持无需抗原持续刺激和B细胞参与，亦无需CD4+T细胞辅助，但有赖于与MHCⅠ类分子的接触，可能需要T细胞CD28与B7结合所产生的共刺激信号持续存在；

③IFN-α及IL-15等细胞因子在维持CD8+T记忆细胞中可能发挥重要作用。

有关调节性T细胞的生物学功能见第十六章第三节。

小结

T细胞通过