人民卫生出版社：《医学免疫学》课程教学资源（电子教材）第十二章 T淋巴细胞介导的适应性免疫应答

第十二章重丁淋巴细胞介导的适应性免疫应答胸腺中发育成熟的初始T细胞（naiveTcell)迁出胸腺后进人血液循环，归巢定居于外周淋巴器官，并在体内再循环。初始T细胞通过其TCR与APC表面的抗原肽-MHC分子复合物（pMHC）特异性结合，在共刺激信号以及细胞因子共同作用下活化、增殖，进而分化为效应T细胞，完成对抗原的清除和对免疫应答的调节。T细胞介导的免疫应答也称细胞免疫应答，是一个连续的过程，可分为三个阶段：T细胞特异性识别抗原阶段；T细胞活化、增殖和分化阶段；效应性T细胞的产生及效应阶段。第一节T细胞对抗原的识别初始T细胞的TCR与APC提呈的pMHC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。这一过程遵循MHC限制性（MHCrestriction），即TCR在特异性识别APC所提呈抗原肽的同时，也必须识别pMHC复合物中的自身MHC分子。MHC限制性决定了任何T细胞仅识别由同一个体APC提呈的pMHC。（一）T细胞与APC的非特异性结合从各器官组织摄取抗原并加工和表达pMHC的APC进人外周免疫器官，与定居于胸腺依赖区的初始T细胞相遇，两者通过表面的黏附分子对发生短暂的可逆性结合。未能特异性识别相应抗原肽的T细胞与APC分离，仍定居于胸腺依赖区或进人淋巴细胞再循环。能特异性识别pMHC的T细胞则进人特异性结合阶段。（二）T细胞与APC的特异结合TCR特异性识别相应的pMHC后，LFA-1构象改变,增强与ICAM-1的亲和力，从而稳定并延长T细胞与APC间结合的时间。此时，T细胞与APC的结合面形成一种称为免疫突触（immunological syn-apse）的特殊结构（图12-1）。免疫突触形成是一种主动的过程（图12-2）：形成初期，TCR-pMHC分散APCLFA-3CD80CD8MHC1或CD48ICAM-1(CD54)CD28CD2TCR户LFA-1CD8*T细胞(CD11a/CD18)图12-1APC与T细胞形成免疫突触100

101第十二章丁淋巴细胞介导的适应性免疫应答APCAPCCD80/CD80/86BICAM-1ICAM-1PMHC0DM2IM-0TCRCD4FA上面观T细胞T细胞图12-2免疫突触的形成过程在周围，然后向中央移动，最终形成以一组中央为TCR-pMHC、外围为CD80/86-CD28等共刺激分子对、最外围为LFA-1-ICAM-1等黏附分子对的免疫突触。（动画12-1“免疫突触的形成过程”）免疫突触不仅进一步增强T细胞与APC的结合，还引发细胞膜相关分子的一系列重要变化，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结构和功能的变化，从而参与T细胞的活化和生物学效应。T细胞表面CD4和CD8是TCR的共受体（co-receptor），在T细胞与APC的特异性结合后，CD4或CD8可分别识别和结合APC（或靶细胞）表面的MHCⅡ类分子或MHCI类分子，增强TCR与pMHC结合的亲和力和TCR信号的转导。第二节T细胞的活化、增殖和分化、工细胞的活化信号T细胞的完全活化有赖于抗原信号和共刺激信号的双信号激活以及细胞因子的作用，是T细胞增殖和分化的基础。（动画12-2“T细胞的双信号激活过程”）（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，导致CD3与共受体（CD4或CD8）的胞浆段相互作用，激活与胞浆段尾部相连的蛋白酪氨酸激酶，使CD3胞浆区ITAM中的酪氨酸磷酸化，启动激酶活化的信号转导分子级联反应，最终通过激活转录因子引起多种膜分子和细胞活化相关分子基因的转录，使得T细胞初步活化。这是T细胞活化的第一信号（抗原刺激信号），同时与T细胞接触的APC也被活化，并上调共刺激分子等活化相关分子的表达。（二）T细胞活化的第二信号T细胞与APC细胞表面多对共刺激分子（例如CD28、CTLA-4和CD80、CD86，4-1BB和4-1BBL，ICOS和ICOSL，CD40和CD40L，PD-1和PD-L1等）相互作用产生T细胞活化所需的第二信号（共刺激信号），导致T细胞完全活化。活化T细胞诱导性表达一系列细胞因子和细胞因子受体，而活化的APC也产生多种细胞因子，这些均为T细胞增殖和分化奠定基础。如缺乏共刺激信号，第一信号非但不能有效激活特异性T细胞，反而导致T细胞失能（anergy）（图12-3）。根据效应不同，可将共刺激分子分为正性共刺激分子和负性共刺激分子（共抑制分子）。CD28是最重要的共刺激分子，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

102第十二章T淋巴纸胞介导的适应性免疫应答成。与CD28高度同源的CTLA-4APCT细胞Ag（其配体也是CD80和CD86）则是重MHC要的共抑制分子。CTLA-4在T细TCR应答胞活化后诱导性表达，与CD80和(活化)CD86的亲和力是CD28的20倍，可CD80/86CD28竞争抑制CD28的作用并启动抑制性信号，从而有效调节T细胞的适度免疫应答。共刺激分子和共抑制分子的相互作用，使免疫应答的不无应答(失能、忽视）同阶段有序进行，实现了免疫应答的有效启动、适度效应和适时终止。（三）细胞因子促进细胞的增殖和分化T细胞完全活化后，还有赖于多无应答种细胞因子（IL-1、IL-2、IL-4、IL-6、IL-10、IL-12、IL-15和IFN-%等）的作用才能进一步增殖和分化。其中IL-1和IL-2对T细胞增殖至关重要；其他细胞因子参与T细胞的分化。如果没有细胞因子，活化T细胞不能增共刺激信号应答（活化）殖和分化，导致T细胞活化后凋亡。TCR抗原信号无应答（耐受）二、T细胞活化的信号转共抑制信号导途径BTCR活化信号转导的途径主要有PLC-活化途径和Ras-MAP激酶图12-3T细胞双信号激活过程活化途径（图12-4）。经过一系列信号转导分子的级联反应，最终导致转录因子（NFAT、NFkB、AP-1等）的活化并进人核内调节相关靶基因的转录。在T细胞活化早期（约30分钟），第一信号诱导转录因子和膜相关的共刺激分子和黏附分子基因表达；T细胞活化后4小时，多种细胞因子及其受体基因的转录水平明显升高；12小时左右表达T细Lck和Fyn蛋白活化→CD3C链酪氨酸磷酸化+ZAP-70激活磷脂酶C(PLC链磷酸化生长因子受体结合蛋白-2(GRB-2)活化*1磷酰肌醇代谢途径MAP激酶活化基因转录图12-4TCR复合物及其辅助受体活化信号的胞内转导途径

103第十二章T淋出细胞介导的适应性免疫应答胞自分泌生长因子IL-2等。IL-2对T细胞的增殖和分化是必需的。增殖的T细胞进一步分化成为具有不同功能的效应细胞，其中的部分细胞则分化成为记忆T细胞。三、抗原特异性T细胞增殖和分化初始T细胞经双信号活化后，在局部微环境细胞因子等因素作用下增殖、分化成为效应细胞并形成不同的功能亚群，然后发挥辅助功能（Th）或随血液循环到达特异性抗原部位发挥效应功能(CTL)。1.CD4*T细胞的分化初始CD4*T细胞（ThO）经活化后发生增殖和分化。ThO受不同细胞因子的调控向不同方向分化，介导不同的免疫应答类型。IL-12和IFN-等可诱导ThO向Th1分化。Th1主要介导细胞免疫应答。IL-4等可诱导ThO向Th2分化。Th2主要介导体液免疫应答。TCF-β和IL-2可诱导ThO向Treg分化。Treg主要通过分泌细胞因子或者细胞接触等方式发挥负性免疫调节作用，在维持自身免疫耐受中发挥重要作用。TCF-β和IL-6诱导小鼠ThO向Th17分化，而IL-1β、IL-23和IL-6则在诱导人ThO向Th17分化过程中发挥关键作用。经树突状细胞活化的CD4*T细胞表达ICOS，活化B细胞通过表面ICOSL与之结合诱导其进一步分化为高表达CXCR5的Tfh，在CX-CL13（CXCR5的配体）的趋化作用下迁人淋巴滤泡。2.CD8*T细胞的分化初始CD8*T细胞的激活和分化主要有两种方式。第一种方式为Th细胞依赖性的，当靶细胞低表达或不表达共刺激分子，不能有效激活初始CD8*T细胞，需要APC和Th的辅助。胞内产生的病毒抗原和肿瘤抗原，以及脱落的移植供者同种异体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MHCI类分子结合形成复合物，表达于APC细胞表面。pMHCⅡ结合TCR后，激活Th；而pMHCI结合TCR后，活化CD8*T细胞。CD8+T细胞在pMHCI的特异性活化信号和Th细胞释放的细胞因子共同作用下，增殖分化为CTL。第二种方式为Th细胞非依赖性的，主要是高表达共刺激分子的病毒感染DC，可不依赖Th细胞的辅助而直接刺激CD8*T细胞产生IL-2,诱导CD8T细胞增殖并分化为CTL。第三节T细胞的免疫效应和转归不同效应T细胞亚群具有不同的特点和效应（表12-1）。发挥免疫效应后，大部分效应T细胞发生调亡被清除，少量效应T细胞则成为长寿命的免疫记忆T细胞。表12-1不同效应T细胞亚群及其效应分子CD4Th1CD4*Th2CD4*Th17CD4*TfhCD4TregCD8*CTLTCR识别抗原肽-MHCⅡ抗原肽-MHCIⅡI抗原肽-MHCⅡ类抗原肽-MHC抗原肽-MHC的配体类分子复合物类分子复合物分子复合物Ⅱ类分子复类分子复合物合物诱导分化IL-4IL-12、IFN-IL-1 β(人)TGF-IL-21、IL-6TGF-β、IL-2IL-2、IL-6的关键细β（小鼠）、IL-6、胞因子IL-23产生细胞IFN-、LTα、TNF-IL-4、IL-5、IL-10、IL-17IL-4、IL-21、IL-10、IL-35、IFN-、TNF-因子和其α、IL-2、IL3、GM-IL-13,GM-CSFIFN-TGF-βα、LTα、穿孔他效应分CSF素、颗粒酶、子FasL介导免疫参与和辅助细胞辅助体液免疫固有免疫辅助体液免负性免疫调多参与细胞免应答类型免疫疫控疫

104第十二章T淋巴纸胞介导的适应性免疫应答续表CD4*Th1CD4*Th2CD4*Th17CD4*TfhCD4*TregCD8*CTL免疫保护清除胞内感染清除螨虫等抗细菌、真菌和自身免疫维持免疫应杀伤病毒感病毒病原微生物（如答适度性、染细胞和肿结核杆菌)防止自身免瘤细疫病胞参与病理IV型超敏反应、哮喘等变态反银屑病、炎症性肠自身免疫性肿瘤免疫逃IV型变态反应答EAE、类风应性疾病病、多发性硬化损伤和疾病逸应、移植排湿关节炎、炎症症、类风湿性关斥反应性肠炎节炎一、Th和Treg的免疫效应（一）Th1的效应Th1的效应主要有两种：一是通过直接接触诱导CTL分化；二是通过释放的细胞因子募集和活化单核/巨噬细胞和淋巴细胞，诱导细胞免疫反应，又称为单个核细胞浸润为主的炎症反应或迟发型炎症反应。1.Th1对巨噬细胞的作用Th1在宿主抗胞内病原体感染中发挥重要作用。Th1可通过活化巨噬细胞及释放各种活性因子增强巨噬细胞清除胞内寄生病原体的能力。Th1产生的细胞因子可通过多途径作用于巨噬细胞：（1）活化巨噬细胞：Th1通过表达CD40L等膜分子和分泌IFN-等细胞因子，向巨噬细胞提供活化信号；而活化的巨噬细胞也可通过上调CD80、CD86和MHCⅡ等免疫分子和分泌IL-12等细胞因子，进一步增强Th1的效应。（2）诱生并募集巨噬细胞：Th1产生IL-3和GM-CSF，促进骨髓造血干细胞分化为单核细胞；Thl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对淋巴细胞的作用Th1产生IL-2等细胞因子，可促进Th1、Th2、CTL和NK等细胞的活化和增殖，从而放大免疫效应：Th1分泌的IFN-Y可促进B细胞产生具有调理作用的抗体，从而进一步增强巨噬细胞对病原体的吞噬。3.Th1对中性粒细胞的作用Th1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。（二）Th2的效应1.辅助体液免疫应答Th2通过直接接触辅助B细胞活化，还通过产生IL-4、IL-5、IL-10和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分泌IL-5等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的效应Th17通过分泌IL-17、IL-21和IL-22等细胞因子发挥效应：①IL-17刺激局部组织细胞产生趋化因子和G-CSF等细胞因子，募集中性粒细胞和单核细胞，刺激中性粒细胞增生和活化；IL-17也可刺激局部组织细胞产生防御素等抗菌肽。②IL-22可刺激组织细胞分泌抗菌肽、提高上皮组织的免疫屏障功能和促进免疫屏障修复功能。IL-22还通过刺激上皮细胞分泌趋化因子和其他细胞因子参与组织损伤和炎症性疾病。③IL-21可通过自分泌方式刺激和放大Th17功能，可刺激CD8*T细胞和NK细胞增殖、分化和发挥效应，并参与B细胞的免疫应答。因此，Th17的主要功能是通过诱导中性粒细胞为主的炎症反应，吞噬和杀伤细菌和真菌等病原，以及维持消化道等上皮免疫屏障的完整性，在固有免疫应答中发挥重要作用。Th17也是参与炎症和

105第十二草丁淋卫细胞介导的适应性免疫应签自身免疫病的重要成分。（四）Tfh的效应Tfh分泌IL-21和表达CD4OL等膜分子作用于B细胞，在生发中心发育和浆细胞形成过程中发挥关键作用。Tfh通过表达CD40L、分泌IL-21、IL-4或IFN-，参与抗体的类别转换。CD40L可刺激B细胞，参与高亲和力B细胞的选择过程。Tfh还可调节记忆B细胞的功能，促进其长期生存和保持免疫应答的能力。Tfh功能异常时，可增强TIh和B细胞之间的相互作用，导致在清除外来抗原的同时诱导自身反应性抗体的产生，从而引发抗体介导的自身免疫病。而Tfh功能异常导致CD40/CD4OL.信号缺失，可引起生发中心形成缺陷。（五）Treg的效应Treg细胞可通过多种机制发挥负性免疫调控作用。①分泌IL-35、IL-10和TGF-β等可溶性负性免疫分子发挥免疫抑制作用；②高表达IL-2的高亲和力受体，竞争性掠夺邻近活化T细胞生存所需的IL-2，导致活化T细胞的增殖抑制和凋亡；③通过颗粒酶A、颗粒酶B以穿孔素依赖方式使CTL和NK等细胞凋亡；④通过表达CTLA-4等膜分子和分泌IL-35等分子抑制DC成熟和削弱其抗原提呈功能，并促进抑制性DC产生。二、CTL的免疫效应口张结CTL可高效、特异性地杀伤感染胞内寄生病原体（病毒和某些胞内寄生菌）的细胞、肿瘤细胞等靶细胞，而不损害正常细胞。CTL的效应过程包括识别与结合靶细胞、胞内细胞器重新定向、颗粒胞吐和靶细胞崩解。CTL也能产生细胞因子调节免疫应答。（动画12-3“CTL识别和杀伤过程及机制”）台（一）CTL杀伤靶细胞的过程1.效-靶细胞结合CD8*T细胞在外周免疫器官内活化、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。CTL高表达黏附分子（如LFA-1、CD2等），可有效结合表达相应配体（如ICAM-1、LFA-3等）的靶细胞。TCR识别靶细胞提呈的pMHCI后形成免疫突触，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，而不影响邻近的正常细胞。2.CTL的极化极化是指细胞膜分子或胞内成分聚集于细胞一端的现象。CTL识别靶细胞表面pMHCI后，TCR和共受体向效-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向效-靶细胞接触部位重新排列和分布，从而保证CTL胞浆颗粒中的效应分子释放后能有效作用于所接触的靶细胞。3.致死性攻击CTL胞浆颗粒中的效应分子释放到效-靶结合面，效应分子对靶细胞进行致死性攻击。随后，CTL脱离靶细胞，寻找下一个目标；而靶细胞在多种杀伤机制的作用下调亡。（二）CTL杀伤靶细胞的机制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）和颗粒酶（granzyme）均存于胞浆颗粒中。穿孔素结构类似于补体C9，单体可插人靶细胞膜，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，使颗粒酶等细胞毒蛋白迅速进人细胞。颗粒酶是一类丝氨酸蛋白酶，进人靶细胞后通过激活凋亡相关的酶系统而诱导靶细胞凋亡。2.死亡受体途径效应CTL可表达膜型FasL，产生可溶性FasL(sFasL），或分泌TNF-α等分子。这些效应分子可分别与靶细胞表面的Fas和TNF受体结合，通过激活胞内半胱天冬蛋白酶参与的信号转导途径，诱导靶细胞调亡。三、T细胞介导免疫应答的生物学意义1.抗感染Th1和CTL细胞介导的细胞免疫效应主要是针对胞内病原体感染，例如胞内寄生细菌、病毒等；而Th2和Th17介导的细胞免疫效应则主要针对胞外菌、真菌及寄生虫感染。2.抗肿瘤特异性细胞免疫是主要的抗肿瘤因素，包括CTL对肿瘤细胞的杀伤、T细胞分泌细胞

106第十二章T淋巴纸胞介导的适应性免疫应答因子的直接抗肿瘤作用、激活巨噬细胞或NK细胞的细胞毒作用以及细胞因子的其他抗肿瘤作用等。3.免疫病理作用T细胞介导的细胞免疫效应在迟发型超敏反应和移植排斥的病理过程中发挥重要作用，还可以直接作用或通过调节B细胞功能等间接效应参与某些自身免疫病的发生和发展。4.免疫调节作用CD4*Th亚群之间的平衡有助于调控机体产生合适类型和强度的免疫应答；Treg则通过多种机制抑制过度免疫应答和及时终止免疫应答，从而在清除抗原的同时保持机体的免疫平衡状态，并预防自身免疫病的发生。四、活化T细胞的转归通常，机体对特定抗原的免疫应答和免疫效应不会持久进行。一旦抗原被清除，免疫系统须恢复平衡。因此效应细胞也需要被抑制或清除，仅余少数记忆细胞维持免疫记忆，以便再次接触抗原时能迅速发生应答。（一）效应T细胞的抑制或清除1.Treg的免疫抑制作用Treg通常在免疫应答的晚期被诱导产生，它们通过多种机制负性调控免疫应答。2.活化诱导的细胞死亡活化诱导的细胞死亡（activation-induced celldeath，AICD）指免疫细胞活化并发挥免疫效应后诱导的一种自发的细胞凋亡。活化T细胞表达Fas增加，多种细胞表达的FasL与之结合，启动活化T细胞的调亡信号，诱导细胞调亡。凋亡的T细胞被巨噬细胞清除。AICD对于机体清除可能由抗原交叉反应而产生的自身反应性T细胞克隆，从而防止自身免疫病和维持自身免疫耐受至关重要。（二）记忆T细胞的形成和作用免疫记忆是适应性免疫应答的重要特征之一，表现为免疫系统对曾接触的抗原能启动更为迅速和有效的免疫应答。记忆T细胞（memoryTcell,Tm）是对特异性抗原有记忆能力的长寿T细胞。一般认为Tm由初始T细胞或由效应T细胞分化而来，但分化机制未知。1.Tm的表型人Tm为CD45RA~CD45RO*，初始T细胞则是CD45RA*CD45RO。2.Tm的作用特点与初始T细胞相比，Tm更易被激活，相对较低浓度的抗原即可激活Tm；Tm的活化对共刺激信号（如CD28/B7）依赖性较低；Tm分泌更多细胞因子，且对细胞因子作用的敏感性更高。本章小结T细胞和APC首先通过黏附分子的相互作用发生可逆的非特异性结合，能特异性识别pMHC的T细胞与APC接触部位形成免疫突触。TCR识别pMHC之后，经CD3和共受体CD4或CD8传递T细胞活化的第一信号，启动T细胞的激活。共刺激分子提供第二信号诱导T细胞完全活化。多种细胞因子促进T细胞增殖和分化。共抑制分子能下调或中止免疫应答，防止因应答过度造成的组织损伤，维持内环境的稳定性。适应性细胞免疫应签的效应细胞是Th和CTL。Th通过不同亚群及相互作用活化巨噬细胞和其他免疫细胞吞噬和清除抗原；CTL通过分泌穿孔素/颗粒酶及诱导细胞凋亡途径杀伤病原体感染细胞和肿瘤细胞思考题1.简述免疫突触的形成过程。2.试述T细胞活化的双信号及其生物学意义。3.试述效应T细胞的亚群及功能。4.简述CTL的效应过程和杀伤靶细胞的机制。5.简述活化T细胞的转归。（张学光）