第3篇免疫应答及免疫调节

第３篇免疫应答及免疫调节免疫应答是指机体对抗原物质的反应过程，包括机体先天具有的固有免疫应答和因抗原刺激而诱生的抗原特异性的适应性免疫应答。本章所介绍的免疫应答特指适应性免疫应答，是机体受抗原刺激后，特异性淋巴细胞识别抗原，发生活化、增殖、分化或失能、凋亡，进而表现出效应生物学活性的全过程。免疫应答最基本的生物学意义是识别“自己”与“非己”抗原的质和量，以及机体的免疫状态和反应性，均可决定免疫应答的类型和强度。正常情况下机体产生生理性免疫应答（免疫保护）表现为：1）对“非己”抗原产生正应答，以抵御外源性抗原的侵害；2）对自身抗原原则产生负应答（即免疫耐受），以保护自身组织不受免疫攻击而被损伤。异常情况下机体产生病理性免疫应答（免疫损伤）表现为：1）对“非己”抗原应答过强，导致超敏反应；2）对“非己”抗原应答过弱，导致免疫功能低下或缺失，引发严重感染或肿瘤；3)对自身抗原产生正应答，导致自身免疫病。根据参与免疫应答的细胞种类和介导免疫效应的组分不同，适应性免疫应答可分为体液免疫和细胞免疫应答。免疫应答通常发生于外周免疫器官（淋巴结和脾脏）其过程可分为三个阶段，即抗原识别阶段、淋巴细胞活化和增殖分化阶段、效应阶段。第11章T细胞介导的细胞免疫应答胸腺内发育成熟的初始T细胞进入血循环，穿越淋巴结的高内皮小静脉到达外周淋巴器官，若遭遇并识别APC所提呈的特异性抗原、即产生免疫应答；若未遭遇由APC所提呈的特异性抗原，则离开淋巴组织而重新进入血液循环，如此周而复始地在血液和外周淋巴组织间再循环。本章主要以病原体抗原为例，介绍T细胞介导的细胞免疫应答。第1节T细胞对抗原的识别（一）APC向T细胞提呈抗原未成熟的DC在感染灶局部摄取抗原（病原体及其代谢产物）并进行加工处理（见第10章）已摄取抗原的DC向外周淋巴组织（主要是局部淋巴结）迁移，并在此过程中逐渐发育、成熟，高表达共刺激分子和黏附分子。进入淋巴组织的DC主要分布于淋巴结T细胞区，其具有强大的提呈抗原和激活初始T细胞的能力。另外，血循环中某些可溶性抗原被脾脏的APC捕获，并在脾脏中诱导应答。外源性抗原被APC摄取，通过溶酶体系统将可以降解成肽段，与MHCⅡ类分子结合成复合物，提呈给特异性ＣＤ+Ｔｈ细胞识别。内源性抗原（如肿瘤和病毒感染细胞表达的抗原）则被宿主细胞胞质内的蛋白酶体系统降解为肽段，继而与MHCⅠ类分子结合成复合物，提呈给特异性ＣＤ８+Ｔ细胞识别。（二）ＴＣＲ特异性识别APC所提呈的肽＝MHC分子复合物ＴＣＲ特异性识别抗原，涉及Ｔ细胞和APC表面多种分子间的相互作用。１、Ｔ细胞与APC的非特异性结合进入淋巴结皮质区深部的初始Ｔ细胞（主要是ＤＣ）随即接触，通过二者表面某些黏附分子的相互作用，使Ｔ细胞与APC发生短暂、可逆性结合。此过程有利于ＴＣＲ从APC表面大量肽－MHC复合物（Ｐ－MHC）中筛选特异性抗原肽。２、Ｔ细胞与APC特异性稳定结合若Ｔ细胞遭遇并识别由APC提呈的特异性Ｐ－MHC，经ＣＤ３分子向胞内传递特异性识别信号，导致ＬＦＡ－１变构并增强与其ＩＣＡＭ亲和力，从而稳定并延长Ｔ细胞与APC间的特异性结合，直至Ｔ细胞增殖分化为效应细胞。３、Ｔ细胞共受体参与Ｔ细胞的抗原识别Ｔ细胞表面ＣＤ４或ＣＤ８分子是ＴＣＲ识别抗原的共受体。二者分别与APC表面MHCⅡ类或Ⅰ类分子结合，可提高ＴＣＲ与特异性Ｐ－MHC的亲和力，从而明显增强Ｔ细胞对可以刺激的敏感性。第２节Ｔ细胞活化、增殖和分化通常情况下，体内表达某一特异性ＴＣＲ的Ｔ细胞克隆数仅占总细胞库的１/１０万～１/百万。特异性Ｔ细胞只有被抗原激活后，通过克隆扩增而产生大量效应细胞，才能发挥有效作用。（一）Ｔ细胞活化接受抗原刺激后，Ｔ细胞完全活化有赖于双信号和细胞因子。１、Ｔ细胞活化的双信号（１）第一信号：ＴＣＲ特异性识别APC所提呈的Ｐ－MHC，由此提供Ｔ细胞活化的第一信号；共受体（ＣＤ４或ＣＤ８分子）与ＭＨＣⅡ或Ⅰ分子结合，使共受体尾部相连的酪氨酸激酶与ＣＤ３胞质段的ＩＴＡＭ靠近，并使之发生酪氨酸磷酸化，启动激酶活化的级联反应，最终导致一系列转录因子、细胞因子及其受体等基因转录和产物合成。２、第二信号：单独第一信号尚不足以活化Ｔ细胞，APC表面共刺激分子（如Ｂ７）与Ｔ细胞表面相应受体（如ＣＤ２８）结合，可向Ｔ细胞提供第二活化信号，即共刺激信号。在双信号的作用下，通过ＰＬＣ－ＰＫＣ、ＩＰ、及Ｐ１－３ｋ－Ｒａｓ－ＭＡＰＫ信号传导途径，导致多种转录因子活化，诱导某些可促进Ｔ细胞生长和分化的细胞因子及受体表达。Ｔ细胞应答过程中，若仅有第一信号而缺失第二信号，可导致失能。正常组织表达自身抗原而不表达共刺激分子，故自身反应性Ｔ细胞可识别自身抗原，但由于缺乏第二信号而“失能”。根据此原理，诱导或阻断Ｔ细胞失能成为干预某些免疫病理过程（如肿瘤、移植排斥反应、自身免疫疾病等）策略。２、细胞因子参与Ｔ细胞活化除上述双信号外，Ｔ细胞充分活化还有赖于多种细胞因子参与。例如：活化的APC分泌ＩＬ－１和ＩＬ－６，可促进静止Ｔ细胞表达ＩＬ－２受体；活化的Ｔ细胞分泌ＩＬ－２，是Ｔ细胞充分活化所必须的细胞因子；ＩＬ－２等细胞因子也在Ｔ细胞活化中发挥重要作用。３、Ｔ细胞活化的调控（１）APC对Ｔ细胞活化的调节：Ｔ细胞应答过程中，APC可通过表达共刺激分子和共印制分子，精确调控Ｔ细胞的适度活化，从而即发挥免疫效应，又防止应答过强可能造成的组织损伤。其机制为：１）正向调节作用：活化的Ｔ细胞表达某些共刺激分子（如ＣＤ４０Ｌ等）可与APC表面相应受体（如ＣＤ４０）结合从而促进APC活化并表达更多的共刺激分子（如Ｂ７、ＩＣＯＳＬ等），后者与Ｔ细胞表面相应受体（ＣＤ２８、ＩＣＯＳ等）结合进一步促进Ｔ细胞活化与增殖。２）负向调节作用：活化的Ｔ细胞可表达某些共抑制分子（如ＣＴＬＡ－４），通过与APC表面相应配体（如Ｂ７）高亲和力结合而启动抑制性信号，从而有效限制Ｔ细胞增殖。（２）Ｔ细胞活化的自身调控：活化的Ｔ细胞可高表达死亡受体Ｆａｓ及其配体（ＦａｓＬ），从而相互诱导凋亡，即活化诱导的细胞死亡（ＡＩＣＤ）该效应有助于控制特异性Ｔ细胞克隆的扩增水平和清除自身反应细胞，并在应答晚期及时终止免疫应答。４、Ｔ细胞与其他免疫细胞间相互作用的结构基础Ｔ细胞－Ｂ细胞、Ｔ细胞－APC、Ｔ细胞－靶细胞相互作用中，细胞表面膜分子可定向聚集在免疫细胞彼此接触的部位，形成超分子黏附复合物（SMAC）即：“免疫突触”。ＴＣＲ－抗原肽－MHC、共受体、共刺激分子等位于突触中心。外周由Ｔ细胞和其他免疫细胞或靶细胞表面的某些粘附分子对（如ＬＦＡ/ＩＣＡＭ等）积聚而成，形成一个密闭的空间，其内容纳Ｔ细胞所分泌的效应分子（如细胞因子和颗粒内容物等）。免疫突触是Ｔ细胞与其他免疫细胞或靶细胞间稳定、紧密结合并相互作用的结构基础，其生物学意义为：１）保证各种信号有序转到并相互协同；２）形成相对密封的狭窄空间有利于非特异性效应分子（如细胞因子穿孔素等）在局部形成有效浓度，并选择性作用于表达特异性抗原的靶细胞，以确保免疫应答和免疫效应的特异性。（二）Ｔ细胞增殖和分化激活的Ｔ细胞迅速通过有丝分裂而大量增殖，并分化为效应Ｔ细胞，然后离开淋巴器官，随血循环到达感染部位并发挥效应。３、细胞因子参与T细胞增殖和分化多种细胞因子参与T细胞增殖和分化过程，尤以ＩＬ－２最为重要。静止Ｔ细胞仅表达低亲和力ＩＬ－２受体（βγ），激活的Ｔ细胞可表达高亲和力ＩＬ－２受体（αβγ）并分泌ＩＬ－２.ＩＬ－２以自分泌方式与Ｔ细胞表面ＩＬ－２受体结合，介导Ｔ细胞增殖和分化。４、除IL-2外，IL-4、IL-12、IL-15等细胞因子在T细胞增殖、分化中（尤其在Th1和Th2细胞分化的调控中）起重要作用。2、效应T细胞的形成T细胞迅速增殖4—5天即分化为效应T细胞（Th细胞或CTL），部分活化的T细胞可分化为长寿命记忆性T细胞。（1）CD4+T细胞增殖和分化：初始CD4+T细胞被激活、增殖、分化为Th0，继而向Th1或Th2细胞分化。局部微循环中细胞因子种类是影响Th0细胞分化方向的重要因素（见6、9章）IL-12可促进Th1细胞分化；IL-4可促进Th2细胞分化。（2）CD8+T细胞增殖和分化：成熟DC高表达共刺激分子，可直接向CD8+T细胞提供双信号，刺激其合成IL-2，并增殖分化为CTL，此为直接激活。在APC不表达或低表达共刺激分子的情况下，初始CD8+T细胞活化有赖于CD4+Th细胞的辅助，此为间接激活。（3）记忆性T细胞分化:T细胞应答过程中，部分分化的T细胞可分化为长寿命记忆性T细胞，在再次免疫应答中起重要作用。第3节效应T细胞的作用及其机制效应T细胞由初始T细胞增殖、分化而来，但二者表面标志及功能各异。效应T细胞可合成多种效应分子，如细胞毒素（穿孔素、颗粒酶等）、各种酶蛋白、细胞因子等，且表面膜分子的表达也发生改变。不同类型效应T细胞作用于不同靶细胞，其生物学效应及机制各异。本节重点介绍CD8+T细胞和CD4+Th1细胞介导的细胞免疫应答。（一）CTL介导的细胞毒效应多数CTL为CD8+T细胞，其识别MHCⅠ类分子提呈的抗原；约10%为CD4+CTL，其识别NHCⅡ类分子提呈的抗原。本节重点介绍CD8+CTL的细胞毒效应。1、CTL杀伤作用的特异性CD8+CTL（效应细胞）在淋巴组织内增殖分化而成，在趋化因子作用下离开淋巴组织想感染灶集聚。CTL的TCR与靶细胞表面特异性P-MHCⅠ结合，并发挥特异性杀伤作用，其机制为：1）CTL与靶细胞接触部位形成紧密、狭小的空间（即免疫突触）CTL分泌的非特异性效应分子积聚于其内，选择性杀伤所接触的靶细胞；2）TCR及共受体向效-靶细胞接触部位聚集，导致CTL极化，即细胞骨架系统（如即蛋白、微管）、高尔基复合体及胞质颗粒等均向效-靶细胞接触部位重新排列和分布，从而保证CTL释放的非特异性效应分子定向作用于所接触的靶细胞。2、CTL胞毒作用的机制CTL作用通过两条途径发挥杀伤作用：（1）脱颗粒途径：CTL与靶细胞直接接触，可启动脱颗粒过程，通过释放多种具有胞毒作用的颗粒物质，快速（5分钟内）杀伤表达特异性抗原的靶细胞，穿孔素与靶细胞膜磷酸胆碱结合，聚合成孔道，使水钠迅速进入胞内，导致靶细胞崩解，其效应机制类似于补体激活所形成的膜攻击复合物（MAC）颗粒酶属丝氨酸蛋白酶，其随脱颗粒而由CTL释出，循穿孔素在靶细胞膜所形成的孔道进入靶细胞，可激活凋亡相关的级联反应，导致靶细胞凋亡。其中颗粒酶B的作用尤为重要。（2）死亡受体途径：CTL表面可表达FasL,并分泌细胞因子TNF-α和TNF-β，它们分别与靶细胞表面相应死亡受体（Fas、TNF受体）结合，可启动凋亡相关的信号转到，介导靶细胞凋亡。其意义为：1）清除感染细胞;2)靶细胞凋亡过程中，激活的内源性核酸酶可降解病毒DNA，从而阻止靶细胞死亡所释放的病毒再度感染旁邻正常组织细胞。CTL杀死靶细胞后即与之脱离，可再次结合并攻击表达相同特异性抗原的靶细胞，从而高效、连续、特异性地杀伤靶细胞，但不损伤正常组织细胞。（二）Th1细胞介导的细胞免疫效应某些胞内寄生病原体（如结核杆菌、麻风杆菌）主要存在于Mφ的吞噬小体内，其可抑制吞噬体与溶酶体融合或干扰吞噬小体酸化，是溶酶体激活受阻，从而得以在宿主细胞内存活和生长，并逃避特异性抗体和CTL的攻击。Th1细胞介导的炎症反应对清除此类胞内寄生病原体发挥重要作用，其机制为：1、Th1细胞Mφ的作用Th1细胞可产生多种细胞因子并表达某些膜分子，通过多种途径作用于Mφ。（1）激活Mφ;活化的Th1细胞可分泌IFN-γ并表达CD40L，从而激活Mφ，激活的Mφ其杀伤病原体的能力明显增强。另外，激活的Mφ高表达B7、MHCⅡ类分子并分泌IL-12，具有更强的促进T细胞激活以及促进Th0细胞向Th1细胞分化的能力。（2）清除慢性感染的Mφ：慢性感染胞内寄生虫的Mφ丧失活化能力，并成为寄生虫的庇护所。Th1细胞可通过FasL/Fas途径杀伤这些慢性感染的Mφ。（3）诱生并募集Mφ至感染部位：Th1细胞产生IL-3和GM-