第二节  T细胞介导的细胞免疫应答

    1. TCR识别抗原的特点

    2. APC与T细胞的相互作用

    3. T细胞活化的双信号

    4. 抗原特异性T细胞克隆增殖

    5. Th细胞的效应

    6. Tc细胞的效应

    7. T细胞的转归

    8. 细胞免疫应答的过程及规律

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第二节  T细胞介导的细胞免疫应答

如果抗原入侵数量少，则机体固有免疫应答就能将其清除，但是当抗原在短时间内大量迅速入侵时，固有免疫应答不能及时将其清除，则启动适应性免疫应答。适应性免疫应答包括细胞免疫和体液免疫，通常发生于外周免疫器官（淋巴结和脾脏）。

细胞免疫应答即T 淋巴细胞介导的免疫应答。在胸腺内发育成熟的初始T细胞（naïve T cell）随血液循环到达外周淋巴器官，并周而复始地在体内再循环，以便随时识别特异性抗原。初始T细胞通过其细胞膜表面的TCR与APC表面的抗原肽-MHC分子复合物特异结合后，在抗原和其他辅助因素作用下，进行活化、增殖，分化成为能清除病原体的细胞，称效应T细胞，进而完成对抗原的清除，以及对免疫应答的调节。细胞免疫应答可分为三个阶段：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。

一、T细胞对抗原的识别

初始T细胞的抗原识别受体（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称为抗原识别（antigen recognition），这是T细胞活化的第一步。TCR在特异性识别APC提呈的抗原肽过程中，必须同时识别与抗原肽形成复合物的自身MHC分子，这种特性称为MHC限制性（MHCrestriction）。

（一）APC向T细胞提呈抗原的过程 

APC将加工处理后的抗原以抗原肽-MHCⅠ类分子复合物或抗原肽-MHCⅡ类分子复合物的形式提呈给CD8⁺T细胞或CD4⁺T细胞，被T细胞的TCR所识别。（详见第七章第三节）

（二）APC与T细胞的相互作用

包括APC与T细胞的非特异结合和特异结合。

1. APC与T细胞的非特异结合  由高内皮静脉进入淋巴结深皮质区的初始T细胞，利用细胞表面的黏附分子（LFA-1、CD2）与APC（主要是DC）表面相应配体（ICAM-1、LFA-3）结合。这种结合是可逆而短暂的，仅是为TCR提供特异性识别和结合抗原肽的机会，即由T 细胞从APC表面大量抗原肽-MHC分子复合物中筛选相应的特异性抗原肽。未能识别相应特异性抗原肽的T细胞随即与APC分离，定居于胸腺依赖区或进入淋巴细胞再循环。

2. APC与T细胞的特异结合  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识别信号，导致LFA-1分子构象改变，并增强其与ICAM的亲和力，从而稳定并延长APC与T细胞结合的时间（可持续数天），以便有效地诱导抗原特异性T细胞活化和增殖。增殖的子代T细胞仍与APC黏附，直至分化为效应细胞。APC和T细胞相互作用过程中，在细胞与细胞接触部位形成了一个特殊的结构，称为免疫突触（immunological synapse）。免疫突触指的是T细胞与APC相互作用过程中，由TCR和抗原肽-MHC复合物及聚集的黏附分子有序排列形成的圆柱状结构，中心是TCR-抗原肽-MHC复合物，内层为B7-CD28、CD58-CD2，外围是LFA-1-ICAM-1等黏附分子（图8-1）。免疫突触的形成不仅可增强TCR与抗原肽-MHC复合物相互作用的亲和力，还可以促进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细胞的活化和细胞效应的有效发挥。

T细胞表面CD4和CD8分子是TCR识别抗原的共受体（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和MHCⅠ类分子，增强TCR与特异性抗原肽-MHC分子复合物结合的亲和力。APC和T细胞表面还表达参与细胞相互作用的多种免疫分子对，其中一些免疫分子又称为共刺激分子（co-stimulatory molecule）。共刺激分子以受体和配体的形式相互结合，有助于维持和加强APC与T细胞的直接接触，并为T细胞进一步活化提供共刺激信号（co-stimulatorysignal），这在细胞免疫应答的启动中起着极其重要的作用。

二、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共同作用。T细胞活化的第一信号来自其受体TCR与抗原的特异性结合，即T细胞对抗原识别；T细胞活化的第二信号来自共刺激分子，即APC上的共刺激分子与T细胞表面的相应受体的相互作用。这两个信号的转导涉及到一系列免疫分子。

1．T细胞活化的第一信号  APC将抗原肽-MHC复合物提呈给T细胞，TCR特异性识别结合在MHC分子槽中的抗原肽，导致CD3和共受体（CD4 或CD8）分子的胞浆段尾部聚集，激活蛋白酪氨酸激酶，使CD3分子胞浆区免疫受体酪氨酸激活基序（immunoreceptor tyrosine-based activation motif，ITAM）中的酪氨酸磷酸化，启动激酶活化的级联反应，最终通过激活转录因子，调控细胞增殖及活化相关基因，使T细胞初步活化，此即T 细胞活化的第一信号（特异抗原识别信号）。相应的APC同时活化，上调表达共刺激分子。

2．T细胞活化的第二信号  T细胞与APC细胞表面的多对免疫分子互相作用，如B7/CD28、B7/CTLA-4、LFA-1/ICAM-1、CD2/LFA-3等，共同产生了T 细胞活化的第二信号（共刺激信号），导致T细胞完全活化。活化T细胞中一系列信号诱导细胞表达多种细胞因子和细胞因子受体，促进T细胞增殖分化。CD28/B7是最重要的共刺激分子，其主要作用是促进IL-2合成。T细胞在缺乏共刺激信号的情况下，TCR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）。激活的专职APC高表达共刺激分子，而正常组织及静止的APC则不表达或仅低表达共刺激分子。缺乏或阻断共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耐受。除了发挥正性激活作用的共刺激分子外，还有一些共刺激分子介导负性调节作用，例如与CD28分子具有高度同源性的CTLA-4，其配体也是B7，当T细胞激活后呈上调性表达，该分子与B7结合的亲和力是CD28分子的20倍，从而竞争性地与APC细胞表面的B7结合，启动抑制性信号，从而有效地调节适度的免疫应答。 

3．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许多细胞因子的参与。活化的APC和T细胞可分泌IL-1、IL-2、IL-4、IL-6、IL-12、IFN-γ等多种细胞因子，它们在T细胞激活中发挥重要作用。如果缺乏细胞因子，会导致T细胞活化后凋亡。

（二）抗原特异性T细胞克隆增殖和分化 

活化的T细胞迅速进入细胞周期，通过有丝分裂而大量增殖，并进一步分化成为效应细胞，然后发挥辅助作用（Th）或随血液循环到达特异性抗原聚集部位发挥效应（CTL）。多种细胞因子参与T细胞增殖和分化过程，其中最重要的是IL-2。由于IL-2R在静止T细胞的表达量很少，亲和力又很低，而活化后的T细胞大量表达高亲和性的IL-2R，所以IL-2可选择性促进经抗原活化的T细胞增殖。IL-4、IL-6、IL-7、IL-12、IL-15、IL-18等细胞因子也在T细胞增殖和分化中发挥重要作用。T细胞经迅速增殖后，定向分化为效应性T细胞。

1．CD4⁺T细胞的增殖分化  初始CD4⁺T细胞（Th0）活化后在局部微环境中存在的不同种类细胞因子的调控下增殖分化。IL-12、IFN-γ等细胞因子可促进Th0细胞向Th1细胞分化，IL-4等细胞因子可促进Th0细胞向Th2细胞分化。Th0细胞的分化方向决定机体免疫应答的类型，Th1细胞主要介导细胞免疫应答，Th2细胞主要介导体液免疫应答。此外，CD4⁺T细胞还可以分化为调节性T细胞和Th17细胞等。调节性T细胞（Treg）表型为CD4⁺CD25⁺foxp3⁺，通过分泌细胞因子或细胞接触两种方式发挥免疫抑制和免疫调节作用，在维持自身免疫耐受中发挥重要作用。人Th17细胞在IL-1β和IL-6共同诱导下由初始CD4⁺T细胞分化而来，IL-23是Th17细胞分化过程中重要的促进因子。Th17细胞分泌IL-17等效应因子（Th17因此而得名），在自身免疫性疾病和感染性疾病中发挥调节作用。此外，部分活化的CD4⁺T细胞可分化为长寿记忆性T细胞，在再次免疫应答中起重要作用。

2．CD8⁺T细胞的增殖分化  初始CD8⁺T细胞的激活主要有两种方式。第一种方式是Th 细胞依赖性的，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，而需要APC和Th细胞的辅助。病毒抗原、肿瘤抗原、从宿主细胞表面脱落的同种异体MHC抗原，以可溶性抗原的形式被APC摄取，并在细胞内分别与MHCⅠ类分子或MHCⅡ类分子结合形成复合物，表达于APC细胞表面。抗原肽-MHCⅡ类分子复合物结合TCR后，活化Th细胞；抗原肽-MHCⅠ分子复合物结合TCR后，活化CTL前体细胞。活化的Th细胞释放细胞因子作用于CTL前体细胞，在抗原肽-MHCⅠ类分子刺激的特异性活化信号作用下，增殖分化为CTL。第二种方式为非Th细胞依赖性的，主要是高表达共刺激分子的病毒感染DC，可无需Th 细胞的辅助而直接刺激CD8⁺T 细胞合成IL-2，诱导CD8⁺T细胞自身增殖并分化为CTL。

三、T细胞的效应功能

（一）Th细胞的效应功能

1．Th1细胞的效应  Th1细胞既可以通过直接接触诱导CTL分化，也可以通过释放细胞因子诱导细胞免疫应答。①Th1细胞对巨噬细胞的作用：Th1细胞在宿主抗胞内病原体感染中起重要作用。通常情况下，巨噬细胞直接吞噬杀伤病原体，无需进一步活化。但是某些胞内寄生的病原体可以干扰吞噬溶酶体激活，并进而逃避特异性抗体和CTL的攻击。Th1对胞内寄生病原体可通过活化巨噬细胞及释放各种活性因子而加以清除。Th1细胞可产生多种细胞因子，通过多途径作用于巨噬细胞。首先可以激活巨噬细胞，Th1细胞通过诱生IFN-γ等巨噬细胞活化因子，Th1细胞表面CD40L与巨噬细胞表面CD40结合，向巨噬细胞提供激活信号。另一方面，活化的巨噬细胞也可通过上调表达一些免疫分子和分泌细胞因子增强Th1细胞的效应，如激活的巨噬细胞高表达B7和MHCⅡ类分子，从而具有更强的提呈抗原和激活CD4⁺T 细胞的能力，激活的巨噬细胞分泌IL-12，可促进Th0细胞向Th1细胞分化，进一步扩大Th1细胞应答的效应。其次可以诱生并募集巨噬细胞，Th1 细胞产生IL-3和GM-CSF，促进骨髓造血干细胞分化为新的巨噬细胞；Th1细胞产生TNF-α、LT-α和MCP-1等，可分别诱导血管内皮细胞高表达黏附分子，促进巨噬细胞和淋巴细胞黏附于血管内皮，继而穿越血管壁，并通过趋化运动被募集到感染灶。②Th1细胞对中性粒细胞的作用：Th1细胞产生的淋巴毒素和TNF-α，可活化中性粒细胞，促进其杀伤病原体。③Th1细胞对淋巴细胞的作用：Th1细胞产生IL-2等细胞因子，可促进Th1细胞、Th2细胞、CTL和NK细胞等的活化和增殖，从而放大免疫效应。Th1细胞也具有辅助B细胞的作用，如IFN-γ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。

2．Th2细胞的生物学活性  ①辅助体液免疫应答：Th2细胞通过产生IL-4、IL-5、IL-10、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细胞分泌的细胞因子可激活肥大细胞、嗜碱性粒细胞和嗜酸性粒细胞，参与超敏反应和抗寄生虫感染。

3．Th17细胞的生物学活性  Th17细胞分泌IL-17，刺激上皮细胞、内皮细胞、成纤维细胞和巨噬细胞等分泌多种细胞因子；分泌IL-8、MCP-1等趋化因子，趋化和募集中性粒细胞和单核细胞；分泌G-CSF和GM-CSF等集落刺激因子，活化中性粒细胞和单核细胞，并可刺激骨髓造血干细胞产生更多髓样细胞；分泌IL-1β、IL-6、TNF-α和PGE-2等诱导局部炎症反应。因此，Th17参与了炎症反应、感染性疾病以及自身免疫性疾病的发生。另外，IL-17刺激上皮细胞等分泌防御素等抗菌物质，以及募集和活化中性粒细胞等，在固有免疫中发挥重要作用。

（二）CTL的效应功能 

CTL可高效、特异性地杀伤胞内寄生病原体（病毒、某些胞内寄生菌等）感染细胞、肿瘤细胞等靶细胞，而不损害正常组织细胞。其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。

1. 效-靶细胞结合  CD8⁺T细胞在外周免疫器官内增殖、分化为效应性CTL，在趋化因子作用下离开淋巴组织向感染或肿瘤部位聚集。效应性CTL 高表达黏附分子（如LFA-1、CD2等），可有效结合表达相应受体（ICAM、LFA-3等）的靶细胞。一旦TCR识别特异性抗原，TCR的激活信号可增强效-靶细胞表面黏附分子对的亲和力，并在细胞接触部位形成免疫突触，使CTL分泌的非特异性效应分子集中于此，从而选择性杀伤所接触的靶细胞，但不影响邻近正常细胞。

2．CTL的极化  极化指细胞膜分子或胞内成分聚集于细胞一端的现象。CTL的TCR识别靶细胞表面抗原肽-MHCⅠ类分子复合物后，TCR及辅助受体向效-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（如肌动蛋白、微管）、高尔基复合体及胞浆颗粒等均向效-靶细胞接触部位重新排列和分布，从而保证CTL分泌的效应分子有效作用于所接触的靶细胞。

3. 致死性攻击  CTL分泌的效应分子对靶细胞进行致死性攻击。然后CTL脱离靶细胞，寻找下一个目标；而靶细胞则凋亡。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）是储存于胞浆颗粒中的细胞毒素，其生物学效应类似于补体激活所形成的膜攻击复合物（MAC）。穿孔素单体可插入靶细胞膜，在钙离子存在的情况下，聚合成内径为16nm 的孔道，使水、电解质迅速进入细胞，导致靶细胞崩解。颗粒酶（granzyme）也是一类重要的细胞毒素，属丝氨酸蛋白酶。颗粒酶随CTL脱颗粒而出胞，循穿孔素在靶细胞膜所形成的孔道进入靶细胞，通过激活凋亡相关的酶系统而介导靶细胞凋亡。②Fas/FasL途径：效应CTL可表达膜型FasL以及可溶型FasL，并分泌TNF-α、TNF-β。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（caspase）参与的信号转导途径，诱导靶细胞凋亡。

（三）记忆性T细胞的形成 

免疫记忆是适应性免疫应答的重要特征之一，表现为免疫系统针对已接触过的抗原能启动更为迅速和有效的免疫应答。这是因为体内存在一群发生过克隆扩增、具有抗原特异性的记忆细胞。记忆性T细胞（memory T cell，Tm）是指对特异性抗原有记忆能力、寿命较长的T淋巴细胞。一般认为在T细胞进行克隆性扩增后，有部分细胞分化为有记忆能力的细胞，当再次遇到相同抗原后，可迅速活化、增殖、分化为效应细胞。Tm细胞与初始T细胞表达不同的CD45异构体，Tm细胞为CD45RA^-CD45RO⁺，初始T细胞是CD45RA⁺CD45RO^-。

免疫记忆可产生更快、更强、更有效的再次免疫应答。因为Tm细胞比初始T细胞更易被激活，相对较低浓度的抗原即可激活Tm 细胞；与初始T 细胞相比，Tm细胞的再活化对共刺激信号（如B7/CD28）的依赖性较低，Tm细胞分泌更多的细胞因子，且对细胞因子作用的敏感性更强。

记忆性CD8⁺T细胞是一类重要的记忆细胞，其产生和维持的机制尚未完全阐明，某些研究结果提示：①记忆性CD8⁺T细胞的产生无需T细胞所分泌的细胞因子参与；②记忆性CD8⁺T细胞的维持无需抗原持续刺激和B细胞参与，亦无需CD4⁺T细胞辅助，但有赖于与MHCⅠ类分子相互接触，可能也需要T细胞共刺激信号（B7/CD28）持续存在；③IFN-α及IL-15等细胞因子在维持记忆性CD8⁺T细胞的记忆性时发挥重要作用。