T细胞发育

T细胞发育,报告人：华江舟指导教师：林影 教授,2007年7月,1. T细胞成熟2. T细胞活化3. T细胞分化,1.T细胞成熟,T淋巴细胞(T lymphocyte)简称T细胞，其介导细胞免疫应答，并在机体针对TD抗原（胸腺依赖性抗原）的体液免疫应答中发挥重要的辅助作用。骨髓中的淋巴样前体细胞进入胸腺，经历一系列有序的分化过程，才能发育为成熟的T细胞。,胸腺是T细胞分化、发育的场所。来自骨髓的祖T细胞在胸腺微环境中发育成熟后到外周淋巴器官定居。,胸腺微环境是诱导并调控T细胞分化发育的关键因素，它包括如下组分：1.胸腺基质细胞（TSC)2.细胞因子（IL-1，IL-2，IL-4，IL-6，IL-7等）3.胸腺激素（胸腺素，胸腺生成素等）,（一） 胸腺的结构胸腺 被膜 实质 胸腺小叶 皮质 (基本结构单位) 髓质胸腺实质 ：胸腺细胞和基质细胞胸腺细胞： 未成熟T细胞处在不同发育阶段 胸腺上皮细胞基质细胞： 巨噬细胞 树突状细胞等,（二） 胸腺的功能1. 培育和输出成熟的T细胞,前T细胞,进入胸腺,大部分凋亡,趋化因子,髓质（5%）,外周免疫器官特定的胸腺依赖区,T细胞亚群（具不同功能）,1%,皮质 （95%）,胸腺细胞,经阳性选择,成为识别自身MHC-抗原肽复合体的T细胞,经阴性选择,胸腺细胞,产生对自身成分耐受的T细胞群体（禁忌细胞株）,诱导胸腺细胞分化成熟,胸腺上皮细胞其他基质细胞,胸腺激素细胞因子,构成了T细胞分化、增殖和选择性发育的胸腺微环境。,2. 产生胸腺激素包括胸腺血清因子、胸腺素、胸腺生成素和胸腺体液因子等。作用： 前T细胞分化为成熟的T细胞 增强或调节外周成熟T细胞的功能,骨髓中的淋巴样前体细胞进入胸腺之初被称为前胸腺细胞，尚未表达T细胞特征性表面标志。前胸腺细胞在胸腺微环境中逐渐分化为成熟T细胞。在此过程中，T细胞获得功能性TCR，表达成熟T细胞的表型（如CD4或CD8等），并获得MHC限制性识别能力和自身耐受性。,T细胞上的辅助分子,CD4和CD8是T细胞表面糖蛋白，在不同型MHC限制的成熟T细胞特有亚型上表达。它们作为CD3-TCR复合物识别抗原时的辅助分子（共受体） ，促进T细胞与APCs或CTLs的靶细胞相互作用，是参与MHC限制的T细胞活化的辅助分子，都属于Ig基因超家族成员。其中大约65%外周阳性T细胞表达CD4，35%表达CD8。在临床上常把CD4+:CD8+的比例变化作为免疫功能障碍的参数。,CD4+ 亚 群和CD8+ 亚 群,CD3+CD4+CD8-,CD3+CD4-CD8+,TCR ,TCR ,辅助受体,辅助受体,CD4、CD8与临床应用：1. CD4分子是HIV的主要受体，HIV感染CD4阳性 T细胞，导致AIDS2. 检测HIV患者外周血CD4/CD8比值，对辅助诊断和判断病情有重要作用,T细胞在胸腺内的发育,T细胞库：在一个体内能特异性识别各种抗原的T细胞克隆的总数。 T细胞库特征： 1. 识别抗原时的自身MHC分子限制性 2. 对自身抗原的耐受性,T细胞在胸腺内的发育过程,双阴性细胞( double negative ,DN) 阶段: CD4- CD8- 双阳性细胞(double positive, DP) 阶段: CD4+ CD8+单阳性细胞(single positive, SP)阶段: CD4+ CD8- 或 CD8+ CD4-,早期T细胞发育阶段,Pro-T经Pre-T细胞发育为DN细胞， 表达TCR 诱导CD4和CD8的表达发育为DP细胞 （TCR基因重排, 形成TCR-CD3复合体） 胸腺内选择发育为成熟的SP细胞库,T细胞发育的阳性选择,早期胸腺细胞位于胸腺皮质，不表达CD4和CD8，其表型为CD4-、CD8-，称为双阴性细胞（double negative cell,DN）。随着胸腺细胞逐渐向皮质深层迁移，双阴性细胞先后发生TCR基因和TCR基因重排，并逐渐表达功能性TCR。与此同时，双阴性细胞逐渐转变为CD4+CD8+双阳性细胞（ double positive cell,DP）。,DP细胞继而经历阳性选择。若DP细胞TCR能与胸腺皮质上皮细胞表面MHC-类或MHC-类分子以适当亲和力结合，则继续分化为CD4+或CD8+单阳性细胞。若DP细胞不能与MHC分子结合或亲和力过高，则在胸腺皮质中发生凋亡（apoptosis)。仅有约5%DP细胞经历阳性选择而存活。,结果: 1. 排除所有非己MHC限制性T细胞克隆； 2. 保存自身MHC限制性和自身反应性T细胞克隆。通过阳性选择，赋予成熟的CD4-CD8+T细胞和CD4+CD8-T细胞分别具有识别自身MHC-类或MHC-类分子的能力，这是T细胞获得MHC限制性的分子基础。,T细胞发育的阴性选择,经历阳性选择后的T细胞若能与自身肽/MHC分子复合物高亲和力结合，即被删除，或成为失能(anergy)；而不能识别该复合物的T细胞则能继续发育。,过程: DP及SP细胞的TCR与胸腺巨噬细胞表达的 自身肽+自身MHC分子有高亲和性结合,导 致细胞克隆死亡或受抑制不能活化。结果: 1. 排除自身反应性T细胞克隆, 产生自身耐受； 2. 识别非己抗原与自身MHC分子结合的T细胞克隆存活。,Burnet：克隆选择学说,1、胚胎期体内有许多免疫活性细胞克隆 2、每一细胞克隆都具有其抗原特异性受体3、胚胎期或新生期未成熟T与B细胞接触抗原，TCR/BCR分别与抗原肽：MHC分子呈高亲和力结合时，则引发阴性选择，启动细胞程序性死亡，导致克隆缺失。,CD4和CD8单阳性细胞（CD4 and CD8 single positive cells）,胸腺细胞经过阳性选择和阴性选择之后，T细胞发育成熟，离开胸腺进入外周淋巴器官。,成熟T细胞获得功能性TCR表达、MHC限制性和自身免疫耐受性,阳性和阴性选择的差异,阳性选择发生在皮质，而阴性选择发生在髓质。未成熟T细胞被阳性选择，清除其受体不能识别自身MHC分子的那些胸腺细胞，从而产生自身MHC限制的胸腺细胞群。而阴性选择清除其受体识别自身MHC-自身肽复合物的那些T细胞，产生自身耐受胸腺细胞群。,阳性和阴性选择中的悖论,相同受体与相同胸腺MHC分子相互作用如何导致两种相反的作用阳性选择过程中细胞进一步成熟和阴性选择过程中细胞的死亡？ 如果阳性和阴性选择的特异性相同，那么阳性选择幸存的T细胞都将在阴性选择的过程中被删除。只有特异性存在差异，胸腺细胞才能成熟为T细胞。,亲和力假说认为，阴性选择中TCR与肽段的亲和力较强，导致识别自身肽段的T细胞发生克隆缺失或失能（anergy);而阳性选择中TCR与肽段的亲和力相对较弱（中等）。,两种假说,利用生物传感器检测TCR与MHC/自身肽段相互作用的亲和力，证实低亲和力导致阳性选择，高亲和力导致克隆删除。另外，过低的亲和力产生忽略作用，也会导致胸腺细胞凋亡。,亲和性高,亲和性低,传导强信号，诱导细胞凋亡,不参与阳性选择，直接凋亡,亲和性适中,传导适当信号，细胞得以生存,阳性选择,在T细胞生存和成熟过程中，T细胞受体的表达水平提高。在该阶段，具有中等亲和性受体的一些T细胞还将接收诱导凋亡的足够信号，使这些细胞被阴性选择而凋亡。而对于受体对自身MHC结合的自身肽有较低亲和性的其他细胞，这种信号的强度仍不足以诱导凋亡，所以这些胸腺细胞将进一步成熟为T细胞而离开胸腺。,信号差异假说认为在阳性选择和阴性选择中存在两种不同的信号，从而导致了选择的结果不同。一些MHC-自身肽复合物只能传递一种部分激活的弱信号，而其他MHC-自身肽复合物则传递完整的信号。在该模型中， 阳性选择发生在TCR结合传递部分激活信号的MHC-自身肽复合物时，而阴性选择发生在TCR结合传递完整信号的MHC-自身肽复合物时。,Thy-1,双阴细胞CD4-8-/gdTCR,CD3,Pro-Ta,TCR b 链基因重排,TCR a 链基因重排,Pre-T,abTCR,双阴细胞CD4-8-,双阳细胞CD4+8+,双阳细胞CD4+8+,CD8+单阳细胞,不发生 b 链基因重排的细胞凋亡,阳性和阴性选择，失败的细胞凋亡(95%),信号通道,CD4+单阳细胞,进入外周,T 细 胞 发 育,Pro-T,Positive & Negative selection,2.T细胞活化,静止T细胞在活化信号作用后发生活化、增殖，并产生免疫应答的过程称为T细胞活化。经TCR启动的信号传导是T细胞活化过程的核心。相关步骤：1.早期膜变化和信号传导2.一些相关基因的转录活化3.新细胞表面分子的表达4.细胞因子的分泌5.有丝分裂活性的诱导,2.1 细胞内信号传导,CD4+T细胞激活是特异性免疫应答的开始，其激活过程需要两个信号：1.第一信号，由APCs呈递的MHC类结合的抗原肽与CD4+T细胞表面的TCRs-CD3复合体交联所产生的，具有抗原特异性；2.第二信号，由APCs表面分子如B7与CD4+T细胞表面相应受体如CD28结合所提供，即共刺激信号，具有非抗原特异性。,第二刺激信号是CD4+T细胞抗原特异性激活所必需的，它决定抗原刺激的T细胞是进入增殖、分化过程，成为效应细胞，还是进入无反应状态（或死亡）。除上述双信号外，T细胞的充分活化还有赖于细胞因子参与，如IL-1、 IL-2 、IL-6、 IL-12等，它们在激活T细胞中发挥重要作用。,3.T细胞分化,激活的T细胞迅速进入细胞周期，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管循环到达感染部位。在参与T细胞增殖和分化过程的多种细胞因子中，IL-2最为重要，它通过自分泌与旁分泌作用，与T细胞表面IL-2R结合，介导T细胞增殖和分化。T细胞经迅速增殖45天后，可分化为高表达效应分子的效应T细胞（Th细胞或CTL）。同时，部分活化的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。,Notch信号途径是广泛存在于多种动物体内、在进化过程中高度保守、主要调控细胞分化方向的一种信号途径。在Notch信号作用下，淋巴干细胞更倾向于分化为T细胞前体，并表达功能性TCR而非TCR，并使CD4+CD8+T细胞倾向于向CD4-CD8-T细胞分化。,3.1 Notch信号途径与T细胞分化,1.Notch信号的传导方式当Notch与其相应配体结合后， Notch的胞内段（NICD）可能在蛋白酶作用下裂解出来并转移至核内，与一种DNA结合蛋白CBF1结合，激活HES等分化拮抗基因的表达，HES等表达产物与其相应的分化效应基因的启动子特异性结合，并募集TLE等转录共抑制因子，阻碍分化效应基因的表达，最终影响细胞的分化、增殖与凋亡。,2. Notch信号途径介导的基本功能旁侧特化/抑制效应；通过某种细胞调控另一种细胞的分化方向；细胞自主调控，即细胞的分化方向由自身通过Notch信号途径调控。,3.2 T细胞亚群的分类,一、根据CD分子不同： 1.CD4+ T细胞： 主要是Th细胞和TDTH细胞，识别抗原受自身MHCII类分子的限制。 2.CD8+T细胞 主要是Tc细胞和Ts细胞，识别抗原受自身MHCI类分子的限制。,二、根据TCR分为:1.TCRT细胞: 多为单阳性细胞,识别与MHC分子结合的多肽2. TCRT细胞: 多数为CD4-CD8-双阴性T细胞， 表面的抗原识别受体缺乏多样性，抗原识别谱狭窄 三、根据功能分为： 1. Th细胞：Th0、Th1、Th2 2. Tc细胞：Tc1、Tc2 3. Ts细胞 4. TDTH细胞,3.3 T细胞的功能,一、 CD4+辅助性T细胞:1. TCR识别抗原是MHCII类分子限制2. Th细胞辅助B,T及其它免疫细胞的增殖分化3. 根据产生细胞因子的种类不同分为: Th0细胞：分化为Th1和Th2细胞 Th1: 与细胞免疫有关 Th2: 与体液免疫有关,二、CD8+杀伤性T细胞(CTL): 1.TCR识别抗原是MHCI类分子限制 2.识别存在于靶细胞表面上的MHCI类分子与抗原复合物,杀伤靶细胞 杀伤机制： 细胞裂解、细胞凋亡,三、抑制性T细胞 1. 具有免疫抑制功能； 2. 作为一个非独立群体既可表达CD4又可表达CD8； 3. Th1、Th2细胞可通过细胞因子相互抑制。四、迟发型超敏反应性T细胞1.介导迟发型超敏反应2.主要为Th1细胞，CTL细胞也发挥作用3.Th1细胞分泌细胞因子，引起炎症反应 CTL细胞直接杀伤靶细胞,五、NK1.1+ T细胞1. 细胞毒作用 分泌穿孔素，通过FasL/Fas途径诱导CD4CD8双阳性胸腺细胞凋亡。2. 免疫调节1）抗原刺激后分泌大量IL-4, 诱导Th0细胞分化为Th2细胞，参与体液免疫，诱导Ig类别转换、产生IgE；2）病毒抗原作用下，产生IFN-r，使Th0细胞分化为Th1细胞，增强细胞免疫。,六、效应T细胞1.效应T细胞的表面标志与效应T细胞归巢或趋化有关的膜分子：如表达整合素家族中4、1、2和7分子，上调E选择素和P选择素的配体表达水平；与杀伤或负调控有关的膜分子：如活化T细胞和效应T细胞表达CTLA-4（CD152），通过与B-7家族的结合，对T细胞的活化和效应具有负调节作用。,2.分泌细胞因子效应T细胞发挥直接效应和免疫调节的方式之一是分泌大量的细胞因子，不同的CD4+效应细胞分泌细胞因子的格局有所不同，即Th1样和Th2样细胞因子，从而发挥不同的免疫调节作用。,七、记忆T细胞1.记忆T细胞的表面标志记忆T细胞膜表面标记是CD45RO+CD45RA-，此外表达较高水平的CD44以及较低水平的CD25