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第二节T淋巴细胞及其亚群

来源:细胞和分子免疫学 作者: 2006-1-13
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摘要: 第二节T淋巴细胞及其亚群 应用抗T淋巴细胞分化抗原背地里克隆抗体、流式细胞仪(folw cytometry)和免疫组织化学技术以及功能性实验,已对T淋巴细胞群和亚群进行了较为详尽的研究。 一、T淋巴细胞在胸腺中的分化 (一)T细胞在胸腺分化过程中的表型改变 淋巴干细胞早其即在胸腺内开始分化,应用小鼠胸腺细胞实验模型研究......


第二节 T淋巴细胞及其亚群

  应用抗T淋巴细胞分化抗原背地里克隆抗体、流式细胞仪(folw cytometry)和免疫组织化学技术以及功能性实验,已对T淋巴细胞群和亚群进行了较为详尽的研究。

  一、T淋巴细胞在胸腺中的分化

  (一)T细胞在胸腺分化过程中的表型改变

  淋巴干细胞早其即在胸腺内开始分化,应用小鼠胸腺细胞实验模型研究表明,在胚胎11-12天淋巴干细胞已进入胸腺,在胸腺微环境的影响下胸腺细胞迅速发生增殖和分化。

  目前已知,诱导T淋巴细胞在胸腺内分化、成熟的主要因素包括:(1)胸腺基质细胞(thymus stromal cell,TSC)通过细胞表面的粘附分子直接与胸腺细胞相互作用,其中胸腺中的“抚育细胞”(nurse cell)对于T细胞的成熟和分化可能超着重要的调节作用;(2)胸腺基质细胞分泌多种细胞因子(如IL-1、IL-6和IL-7)和胸腺激素(如胸腺素、胸腺生成素)诱导胸腺细胞分化;(3)胸腺细胞自身分泌多种细胞因子(如IL-2、IL-4)对胸腺细胞本身的分化和成熟也起重要的调节作用。此外,胸腺内上皮细胞、巨噬细胞和树突状细胞对于胸腺细胞分化过程中的自身耐受、MHC限制以及T细胞功能性亚群的形成起着决定性作用。最近研究表明,胸腺中的T细胞对于胸腺基质细胞的发育和功能同样是必不可少的。

  1.功能性TCR的表达 应用胚胎小鼠实验系统研究发现,胚胎发育后期的胸腺细胞才有完整的TCRα链和β甸宾基因重排,并转录为功能性的α链和β链。功能性和TCDR表达使T细胞具有识别抗原多肽片段/MHC复合物的功能,并形成克隆分布T细胞抗原识别受体库。

  2.TCR/CD3复合体的表达 胸腺内的前胸腺细胞(prethymocytes,pre-T)多数表现为CD3阴隆,在胸腺皮质中只有部分T细胞为CD3阳性,而胸腺髓质细胞均为CD3阳性。随着胸腺细胞的逐渐分化和成熟,TCRα和β链(或γ和δ链)以及CD3分别得到表达,并组成TCR/CD3复合体,其中TCR能特异性识别抗原,CD3分子与信号转导(signal transduction)有关。

  3.功能性T细胞亚群的 胸腺中不同功能性T细胞亚群是经过一定的发育顺序而形成的。目前认为人T细胞在胸腺中的发育顺序见表7-1。

表7-1 人T细胞在胸腺内的化化和T细胞亚群的形成

部位 表   型 占胸腺细胞%
胸腺皮质 CD2+CD3-CD4-CD8-TCR-  双阴性细胞 2~4

 
CD2+CD3+CD4-CD8-TCR+ 双阴性细胞

   
CD1+CD2+CD3+CD4+CD8+TCR+ 双阴性细胞 81

   
胸腺髓质 CD2+CD3+CD4+ CD2+CD3+CD4- 单阳性细胞 15
CD8-TCR+ CD8+TCR+    

   

迁移到外周血和外周淋巴器官

  小鼠胸腺细胞还具有Thy-1抗原和胸腺白血病抗原,与胸腺细胞的分化有关。

  Thy-1抗原是1964年用血清学方法鉴定的小鼠T淋巴细胞的同种异体抗原,是小鼠全T细胞标志,但与CD2和CD3的结构不同,为GPI连接分子,25-35kDa,已命名为CDw90。不同T细胞亚群Thy-1抗原密度不同。外周神经组织、脑组织、成纤维细胞、上皮细胞和胎鼠骨骼肌表面也有Thy-1抗原,但膜表面Ig阳性的B细胞缺乏之种抗原。用抗Thy-1加补体除去Thy-1阳性细胞可使T细胞应答完全丧失。在T细胞分化过程中,调节Thy-1分子的表达可能与细胞与细胞之间相互作用有关。Thy-1与神经细胞粘附有关,并可能在免疫系统与神经系统的联系中起作用。在T细胞分化过程中,Thy-1首先表达在小鼠胸腺皮质区迅速分裂的考地松敏感细胞,皮质胸腺细胞Thy-1密度高,在髓质区具有免疫潜能T细胞的Thy-1密度降低,外周血T细胞表面此抗原密度相对较低。裸鼠少部分脾细胞也有低密度Thy-1,提示T细胞前体具有Thy-1抗原,可能相当于成鼠骨髓中低密度Thy-1阳性细胞。小鼠Thy-1有112个氨基酸残基。Thy-1有2个等位基因,所编码的抗原分别命名为Thy-1,1和Thy-1,2,两者仅在第89位氨基酸有差别:Thy-1.1是精氨Thy-1.2是谷氨酰胺。Thy-1氨基酸组成与免疫球蛋白恒定区和β微球蛋白有高度的同源性同属于免疫球蛋白超家族。

  胸腺白血病抗原(thymus-leukemia antigen,TL或TLa)是一类同种异体抗原,仅表达于某些白血病和不成熟的Thy-1阳性胸腺细胞,为早期分化抗原。TL抗原与小鼠H-2K、H-2D和H-2L抗原的结构相似。正常不成熟的胸腺细胞表面只出现TL1、TL2、TL3、TL5和TL6等5个表型,TL4仅出现在白血病胸腺细胞上。TL与人的T6/Leu6是类同物,属CD1。

  (二) T细胞在胸腺中的选择

  成熟的、有功能的T细胞必须经过在胸腺中阳性选择和阴性选择。主要组织相容性复合体(MHC)抗原在这两种选择中起着关键的作用。

  1.阳性选择过程(positive selection) 早期的胸腺细胞前体(prothymocyte)不足胸腺细胞总数的3%,其表型为CD4-CD8-双阴性细胞(double negative cells),随后发育为CD4+CD8+双阳性细胞(double positive cells),并受到严格的选择。假如一个双阳性细胞表面能与胸腺皮质上皮细胞表面MHc I类或Ⅱ类分子发生有效结合,就可能被选择而继续发育,否则会发生程序性的细胞死亡(programmed cell death)。MHC I类分子选择CD8复合受体(coreceptor),而使同一个双阳性细胞表面CD4复合受体减少;MHc Ⅱ类分子选择CD4复合受体,而使CD8受体减少。这种选择过程赋于成熟CD8+CD4-T细胞具有识别抗原多肽片段与自身MHc I类分子复合物的能力,CD4+CD8-T细胞具有识别抗原多肽片段与自身MHc Ⅱ类分子复合物的能力,成为T细胞MHC限制现象的基础。

  2.阴性选择过程(negative selection)  经过阳性选择后的T细胞还必须经过一个阴性选择过程,才能成为成熟的、具有识别外来抗原的T细胞。位于皮质与髓质交界处的树突状细胞(dendritic cell,DC)和巨噬细胞表达高水平的MHc I类抗原和Ⅱ类抗原,自身抗原成分与DC或巨噬细胞表面MHC I类或Ⅱ类抗原形成复合物。经过阳性选择后的胸腺细胞如能识别DC或巨噬细胞表面自身抗原与MHC抗原复合物,即发生自身耐受(self tolerance)而停止发育,而不发生结合的胸腺细胞才能继续发育为CD4+CD8-或CD4-CD8+单阳性细胞,离开胸腺迁移到外周血液中去。

  机体的某些自身抗原可通过以下几种方式来躲避免疫系统的识别,从而在胚胎期和出生后避免应答:(1)以一种免疫学上特免位置隐蔽起来,包括免疫屏障(immunologicalbarrier)和隐蔽抗原(inaccessible antigens);(2)自身抗原暴露在不表达MHC分子的细胞表面;(3)自身抗原浓度过低,不足于被T细胞所识别;(4)自身抗原与TCR、分子结合的亲合力(avidity)还达不到T细胞有效刺激的水平。

  (3)T细胞在胸腺中获得MHC限制的能力

  T细胞识别外来抗原时,需要运用自身MHC抗原分子,这种能力是T细胞在胸腺中通过与胸腺上皮细胞的接触而获得的。来自(H-2kx H-2b)F1小鼠的T细胞能够识别KLH与H-2k或H-2b单体型抗原提呈细胞表面MHC抗原结合的复合物。如果来自(H-2kXH-2b)F1小鼠骨髓细胞移植到切除自身胸腺(H-2bxkF1)移植有H-2k小鼠胸腺又进行照射的小鼠,从这种小鼠发育成熟的T细胞只能识别KLH与H-2k单体型APC细胞MHC结合的复合物,而不能识别KLH与H-2bAPC细胞MHC结合的复合物(表7-2)。

 表7-2 T细胞在胸腺中获得MHC限制能力

切除胸腺小鼠的单体型

移植胸腺供体小鼠的单体型 动物照射后移植骨髓的供体小鼠单体型

致敏抗原

致敏动物T细胞对KLH+下列不同单体型APC的增殖反应
H-2b  H-2k
H-2bxkF1 H-2bxk H-2bxkF1 KLH ++ ++
H-2bxkF1 H-2b H-2bxkF1 KLH ++ -
H-2bxkF1 H-2k H-2bxkF1 KLH - ++

  (四)成熟T细胞的膜表面分子

  T细胞表面有多种膜表面分子,这是T细胞识别抗原,与其它免疫细胞相互作用,接受信号刺激等的分子基因,也是鉴别和分离T细胞和T细胞亚群的重要依据。T细胞膜表面分子主要有白细胞分化抗原(CD)、主要组织相容性抗原(MHC)以及各种膜表面的受体。

  1.主要的分化抗原群  T细胞的分化抗原群和T细胞膜表面分子和受体的结构和功能参见第一章“人白细胞分化抗原”,有关T细胞膜表面分子和TCR介导的信号转导参见第八章“淋巴细胞活化过程中信号转导的分子基础”。

  (1)CD2分子:表达于全部人T细胞以及NK细胞表面。人T细胞表面的CD2分子即为绵羊红细胞受体(erythrocyte receptor ,ER),在一定的体外实验条件下,绵羊红细胞可与T细胞CD2分子结合,形成玫瑰花,称E花环形成试验(rosette formation test),为一种细胞免疫功能的检测方法。用单克隆抗体研究证明CD2分子上存在着功能不同的表位:T111、T112和T113。T111为与绵羊红细胞结合的表位,抗T111McAb可以E花环的形成。T111与一种称为淋巴细胞功能相关抗原3(lymphocyte function associated antigen-3,LFA-3)结合,可能与早期胸腺细胞的增殖和分化有关,也参与细胞间相互识别和粘附作用。T112与绵羊红细胞结合无关,表达在静止T细胞上。T113是T细胞活化CD2分子构型变化暴露出来的表位。

  (2)CD3分子:CD3分子表达在人全部T细胞上,是鉴定T细胞的重要标记。CD3分了是由γ、δ、ε和η等几种多肽链组成,并与T细胞识别抗原受体形成TCR/CD3复合物。其中TCR特异性识别抗原,而TCR与抗原结合后所产生的活化信号是由CD3分子传递到T细胞内部。

  (3)CD42分子:CD4分子分布在T细胞的辅助细胞诱导亚群和抑制细胞诱导亚群(helper inducer/suppressor inducer)表面,在T细胞亚群的鉴别中具有重要意义。CD4分子在胞膜外有4个结构域,其中第一结构域是人类免疫缺陷病毒(HIV)外壳蛋白gp120识别的部位,因此CD4分子是引起人类爱滋病HIV的受体。由于CD4阳性T细胞具有重要的免疫功能,HIV感染CD4阳性T细胞后细胞数量明显减少,功能降低,是发生获得性免疫缺陷综合征(acquired immunodeficiency syndrome,AIDS)的主要原因。CD4分子可与抗原提呈细胞表面的MHCⅡ类抗原非多态部分相结合,协助Th细胞识别APC细胞表面外来抗原与MHCⅡ类抗原的复合物。

表7-3 用于测定T细胞表面分子的常用单克隆抗体

分化抗原群 分子量 OKT Leu

分布特点

(CD) (kDa) McAb McAb
CD1a 49 T6 Leu6 皮质胸腺细胞
CD2 50 T11 Leu5b 绵羊红细胞受体,全T细胞和NK细胞
CD3 16/19/20/21/26 T3 Leu4 成熟的全T细胞
CD4 55 T4 Leu3a 辅助细胞诱导亚群/抑制细胞诱导亚群
CD8 32/36 T8 Leu2a 杀伤/抑制性T细胞,少部分NK细胞
CD5 67 T1 leu1 全T细胞,部分B细胞
CD25 55 Tac   IL-2受体α链,活化T细胞,部分活化B细胞
CD7 40   Leu9 部分T细胞和NK细胞
CD28 44     CD8+CD28+与CTL有关,活化B细胞

  (4)CD8分子:由α、β两条链组成,常用的CD8单克隆抗体如OKT8、Leu2等是识别CD8分子的α链。CD8分子分布在抑制性T淋巴细胞(suppressor T lymphocyte,Ts)和杀伤性T淋巴细胞(cytotoxic T lymphocyte,CTL或Tc)表面,在鉴别T细胞亚群中有重量要作用。CD8分子可与MHc I类抗原非多态部分相结合。Tc杀伤病毒感染靶细胞时,Tc必须同时识别外来抗原(如病毒抗原)和靶细胞上MHc I类抗原的复合物。

  2.主要组织相容性复合体抗原(MHC)  T细胞胞膜上表达的MHC抗原I类和Ⅱ类抗原,其中MHc I类抗原表达在所有发育阶段的T细胞表面,静止T细胞无MHc Ⅱ类抗原,但T细胞活化后即可表达。

  3.膜表面受体(suface receptor) T细胞表面具有多种受体,主要有以下几类。

  (1)T细胞受体(T cell receptor,TCR) 为T细胞特异性识别抗原的受体。成熟T细胞功能性的TCR大多由α和β两条肽链所组成,称为TCRαβ,少部分为TCRγδ。与免疫球蛋白轻链和重链的结构相类似,TCR的α和β链各有一个靠近N端和可变区(V区)和靠近胞膜的恒定区(C区)。由于α和β链是由V-J-C及V-D-J-C基因片段重排后所编码的,因此不同的T细胞克隆TCR的氨基酸组成和排列不同,所识别抗原的特异性也不同,形成了T细胞识别抗原的多样性。

  (2)补体受体:已发现T细胞表面有CR1(CD35),但生物学功能尚不明了。

  (3)病毒受体:CD4分子胞膜外第一个结构区是HIV包膜gp120的受体,因此HIV具有选择性感染CD4阳性T细胞,导致获得性免疫缺陷综合征。此外,人类嗜T淋巴细胞逆转录病毒(human T lymphotropic retrovirus,HTLV)或称人T细胞白血病毒(human T cell leukemia virus,HTLV)主要感染人T细胞,与人类T细胞白血病发病有关。

表7-4 人T、B淋巴细胞表面分子的比较

  T细胞 B细胞
PBMC中% 65~80 10~15
表面抗原    
  MHC I类抗原 ++ ++
  MHCⅡ类抗原 激活的T细胞 ++
  CD19、CD20、CD21 - ++
  CD4或CD8 T细胞亚群 -
表面受体    
  mIg - ++
  TCR ++ -
  CD3 ++ -
  绵羊红细胞受体(CD2) ++ -
  PHA ++ -
  onA ++ -
  PWM ++ ++
  LPS - ++(小鼠)
  SAC - ++
  HIV受体(CD4) ++(CD4+亚群) -
  EB病毒受体(CR2,CD21) - ++

  (4)致有丝分裂原受体:致有丝分裂原(mitohen)是指能刺激细胞发生有丝分裂的物质。在免疫学中,主要是指刺激多克隆淋巴细胞增殖的物质。不同的致有丝分裂原对T细胞和B细胞有作用有很大差别。常用的诱导T细胞发生增殖的致有丝分裂原有刀豆素A(concanavalinA,ConA),植物血凝素(phytohemagglutinin,PHA)和PWM。在临床上常用PHA来刺激人外周血的T细胞,观察T细胞增殖的程度,称为淋巴细胞转化试验(lymphocyte transformation test),是一种细胞免疫功能的体外检测方法。被转化的淋巴细胞表现为细胞体积增大,胞浆增多,细胞核着色变浅,疏松,可见到核仁。

  外源凝集素(lectin)是指来自植物种子中可与某些糖和寡糖特异性结合的蛋白质,大多数外源凝集素分子含有2个或4个同源亚单位,可与细胞膜表面的糖或寡糖结合而凝集细胞。许多外源凝集素如PHA、ConA和PWM等可作为致有丝分裂原,在免疫学中广泛用于刺激淋巴细胞的增殖。

  (5)细胞因子受体(cytokine receptor,CKP):多种细胞因子可作用于T细胞,这是由于T细胞表面表达有多种细胞因子的受体,如白细胞介素-1受体(IL-1R)、IL-2R、IL-3R、IL-4R、IL-6R、IL-7R、IL-8R、IL-9R、IL-12R、IL-αR、G-CSFR和TGF-βR等。静止和活化T细胞表面细胞因子受体的数目以及亲和力可有很大差别,如静止T细胞IL-2R表达β链,T细胞活化后可同时表达IL-2R的α链,并与β链、γ链组成与IL-2结合的高亲和力受体。

表7-5 常用具有促有丝分裂原作用外源凝集素的特征

名  称 来 源 分子量(kDa) 糖特异性

特性及应用

刀豆素A 刀 豆 102 α-D-mannosyl- T细胞促有丝分裂原,
(ConA) (jackbean) α-D-glucose 分离细胞膜糖蛋白
植物血凝素 肾 豆 120 N-acetyl-D- T细胞促有丝分裂原
(PHA) (kidney bean) galactosamine
美洲商陆丝 美洲商陆 32 β-N-acetyl-D- B细胞、T细胞促有丝
裂原(PWM) (pokeweed) glucosamine 分裂原
花生凝集素 花 生 110 D-glalctosyl- 分离胸腺细胞亚群
(PNA) (peanut) (β1-3)-N-acetyl (皮质不成熟胸腺细胞PNA+)
-D-galactosamine 凝集免疫活性B细胞,
大豆凝集素 大 豆 120 N-acetyl-D-galac- 净化人骨髓,用于骨髓移植
(SBA) (soybean) tosamine D-galactose

  T细胞表面还具有多种内分泌激素、神经递质和神经肽等受体,如生长激素、雌激素、甲状腺素、肾上腺皮质激素、肾上腺素,前列腺素E、胰岛素等激素受体,内啡肽、脑啡肽、P物质等神经肽受体,5-羟色胺、多巴胺等神经递质受体。免疫细胞表面的激素、神经肽和神经递质受体是机体神经内分泌免疫网络中的一个重要环节。


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