第10章T细胞

1第十章：T淋巴细胞T淋巴细胞（Tlymphocyte）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。第一节T淋巴细胞的分化发育T细胞表面具有许多重要的分子，如TCR、CD3、CD4及CD8等分子，它们表达的水平与其功能密切相关，而这些分子的表达是在T细胞分化发育的不同阶段，经受复杂而严密的调节下进行的。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。目前认为，胸腺造血微环境主要通过以下机制促进胸腺细胞的存活和分化：分泌细胞因子或其他介质，如胸腺基质细胞分泌的细胞因子（如IL-7）及肽类分子如胸腺激素、胸腺素、促胸腺生成素等是胸腺中T细胞成熟的重要条件；表达的黏附分子通过与胸腺细胞上相应分子的结合，促进胸腺细胞的分化。在上述因素的影响下，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。①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（triplenegativecell,TN），进而进入CD3lowCD4CD8双阴性细胞（doublenegativecell,DN）；②双阳性阶段：DN细胞分化为CD4+CD8+双阳性细胞(doublepositivecell,DP)；③单阳性阶段：DP细胞分化为CD4+CD8或CD4CD8+的单阳性细胞（singlepositivecell）。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）。1．T细胞受体（TCR）的发育在胸腺中，T细胞（具有链、链TCR的T细胞，图10-1T细胞和B细胞的发育2见本章第二节）约占T细胞总数的95%~99%，T细胞约占1%~5%。胸腺细胞在CD4CD8双阴性阶段链基因开始重排；链表达后即与前T细胞替代链pT（preTcell）组装成一种pT:受体，表达于前T细胞（pre-T）表面，在IL-7等细胞因子的诱导下，前T细胞增殖活跃，并分化为CD4+CD8+双阳性细胞，此阶段pT:表达下调，细胞停止增殖，链基因发生重排，开始表达有功能性的TCR。2．T细胞发育过程中的阳性选择T细胞发育进入双阳性阶段时开始表达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-MHCⅠ类分子复合物或抗原肽-MHCⅡ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Ⅰ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Ⅱ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；不能与抗原肽-MHCⅠ/Ⅱ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（positiveselection）。3．T细胞发育过程中的阴性选择经阳性选择的DP细胞存活，进一步分化为SP细胞，使T细胞获得了在识别抗原过程中自身MHC限制能力。SP细胞在皮髓质交界处及髓质区，与胸腺树突状细胞、巨噬细胞表面自身抗原肽-MHCⅠ类或Ⅱ类分子复合物发生高亲和力结合者，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的T细胞，此过程称为胸腺的阴性选择（negativeselection），也是T细胞获得中枢免疫耐受（centraltolerance）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，成为能特异性识别抗原肽-MHCⅡ类或-MHCⅠ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（naiveTcell），主要定位于外周淋巴器官的胸腺依赖区。T细胞的定位与它在胸腺发育中获得相应的淋巴细胞归巢受体（LHR）如L-选择素和LFA-1等黏附分子有关。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、调节性T细胞或记忆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-CD3复合物1．TCR的结构和功能T细胞（抗原）受体（Tcellreceptor,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。与B细胞抗原受体不同，TCR不能直接识别蛋白质抗原表面的表位，只能特异性识别抗原提呈细胞或靶细胞表面的抗原肽-MHC分子复合物（pMHC）。而且，TCR3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识别自身MHC分子的多态性部位也是T细胞识别抗原具有自身MHC限制性的原因。TCR是由两条不同肽链构成的异二聚体，构成TCR的肽链有α、β、、δ四种类型。根据所含肽链的不同，TCR分为TCR和TCRδ两种类型。体内大多数T细胞表达TCR（亦称T细胞），仅少数T细胞表达TCRδ（δT细胞）。构成TCR的两条肽链均是跨膜蛋白，由二硫键相连。每条肽链的胞膜外区各含1个可变（V）区和1个恒定（C）区。两条肽链的V区是TCR识别抗原肽-MHC复合物的功能区。两条肽链的跨膜区具有带正电荷的氨基酸残基（赖氨酸或精氨酸），通过盐桥与CD3分子的跨膜区连接，形成TCR/CD3复合体。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。2．CD3分子的结构和功能CD3分子具有五种肽链，即、δ、ε、ζ及η链，均为跨膜蛋白，跨膜区具有带负电荷的氨基酸残基（天冬氨酸），与TCR跨膜区带有正电荷的氨基酸残基形成盐桥。、δ和ε链的胞膜外区各有一个形成Ig样折叠的结域区。通过这些结域区之间的相互作用，链与ε链、δ链与ε链结合，分别形成ε和δε二聚体。与、δ和ε链不同，ζ和η链的胞膜外区很短，并以二硫键连接，形成ζζ二聚体或ζη二聚体。、δ、ε、ζ和η肽链的胞质区较长，均含有免疫受体酪氨酸活化模体（immunoreceptortyrosine-basedactivationmotif，ITAM）。ITAM由18个氨基酸残基组成，其中含有2个YxxL/V（x代表任意氨基酸，即酪氨酸-2个任意氨基酸-亮氨酸或缬氨酸）保守序列。该保守序列的酪氨酸残基（Y）被T细胞内的酪氨酸蛋白激酶p56lck磷酸化后，可募集其他含有SH2结构域的酪氨酸蛋白激酶（例如ZAP-70）。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MHCⅡ类分子链的2结构域结合。CD8分子由和肽链组成，2条肽链均为跨膜蛋白，由二硫键连接。CD8分子的和肽链的胞膜外区各含1个Ig样结构域，能够与MHCⅠ类分子重链的3结构域区结合。CD4和CD8分子分别与MHCⅡ类和Ⅰ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）。另外，CD4和CD8分子分别与MHCⅡ类和Ⅰ类分子的结合也是CD4+T细胞和CD8+T细胞识别抗原时分别具有自身MHCⅡ类和Ⅰ类限制性的原因。CD4和CD8分子的胞质区可结合酪氨酸蛋白激酶p56lck。p56lck激活后，可催化使CD3分子ITAM中的酪氨酸残基发生磷酸化。所以，CD4和CD8分子的作用除了辅助TCR识别抗原外，还参与TCR识别抗原所产生的活化信号转导过程。CD4分子还是人类免疫缺陷病毒（HIV）囊膜糖蛋白gp120受体。与CD4分子结合是图10-2TCR-CD3复合物结构模式图4HIV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。需要指出的是协同刺激信号的性质可因T细胞所处的分化阶段以及接触细胞的不同而有所不同（图10-3）。许多协同刺激分子是属于免疫球蛋白超家族（IgSF）成员，如CD28家族成员CD28、CTLA-4、ICOS和PD-1以及CD2和ICAM等，它们相应的配体B7-1（CD80）、B7-2（CD86）、ICOSL、PD-L1和PD-L2属于B7家族，也是IgSF成员；此外，还有肿瘤坏死因子超家族（TNFSF）成员（如CD40L和FasL）和整合素家族成员（如LFA-1）等。１．CD28是由两条相同肽链组成的同源二聚体，表达于90%CD4+T细胞和50%CD8+T细胞。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。2．CTLA-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-basedinhibitionmotif，ITIM）。ITIM中的酪氨酸残基被磷酸化后，可募集蛋白质酪氨酸磷酸酶SHP-1和SHIP并与之结合，这些磷酸酶通过对T细胞活化途经中重要信号分子的去酸化，从而抑制T细胞活化信号的转导。3．ICOSICOS（induciblecostimulator）表达于活化的T细胞，人的ICOS配体为ICOSL/B7-H2。初始T细胞的活化主要依赖CD28提供协同刺激信号；而ICOS则在CD28之后起作用，