第12章T淋巴细胞

1第十二章T淋巴细胞介导的细胞免疫应答T淋巴细胞介导的免疫应答也称细胞免疫应答。细胞免疫应答是一个连续的过程，可分为三个阶段：①T细胞特异性识别抗原阶段；②T细胞活化、增殖和分化阶段；③效应性T细胞的产生及效应阶段。未与特异性抗原接触的成熟T细胞一般被称之为初始T细胞（naiveTcell）。这些在胸腺内发育成熟的初始T细胞随血液循环到达外周淋巴器官，并周而复始地在体内循环，以便随时识别进入机体的抗原。初始T细胞通过其细胞膜表面的TCR与抗原提呈细胞（APC）表面的抗原肽-MHC分子复合物特异结合后，在其他辅助因素作用下，活化、增殖并分化为效应T细胞，进而完成对抗原的清除，以及对免疫应答的调节。在免疫应答过程中，还有部分活化T细胞分化为记忆T细胞（memoryTcell）。第一节T细胞对抗原的识别初始T细胞膜表面抗原识别的受体TCR与APC表面的抗原肽-MHC分子复合物特异结合的过程称为抗原识别（antigenrecognition），这是T细胞特异活化的第一步。TCR在特异性识别APC所提呈的抗原多肽的过程中，必须同时识别与抗原多肽形成复合物的MHC分子，这种特性称为MHC限制性（MHCrestriction）。MHC限制性决定了任何T细胞仅识别由同一个体APC表面的MHC分子提呈抗原肽。一、APC向T细胞提呈抗原的过程根据蛋白质抗原的来源不同，可分为外源性抗原和内源性抗原。外源性抗原和内源性抗原的提呈过程及机制不同。外源性抗原可在局部或局部引流至淋巴组织，首先被这些部位的APC摄取、加工和处理，以抗原肽-MHCⅡ类分子复合物的形式表达于APC表面，再将抗原有效地提呈给CD4+Th细胞识别。Th细胞通过细胞因子的产生与分泌，发挥不同的功能，从而调节细胞和体液免疫应答。内源性抗原如病毒感染细胞所合成的病毒蛋白和肿瘤细胞所合成的肿瘤抗原，主要被宿主的APC加工处理及提呈，以抗原肽-MHCⅠ类分子复合物的形式表达于细胞表面，供特异性CD8+T细胞识别。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APC2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。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。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3（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）。（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存在图12-3T细胞活化相关信号分子4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）。（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，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5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，