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LECTURE 5 5.1 T 细胞和细胞因子. Feng Zhang ( Ph.D ) Office ： Biological Building Room 402 Email ： zhangfeng@imau.edu.cn. 5.1.1 T 细胞受体. T 细胞受体有两种 ——αβ 和 γδ 。每一型受体由两种蛋白组成，即 α 和 β 或 γ 和 δ 。 每 一个 T 细胞都只包含一个 αβ 或一个 γδ 受体，而不会两者兼备。 T 细胞上的所有 TCR 都应该是一样的，尽管有时这个规则也会出现 例外。
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LECTURE 55.1 T细胞和细胞因子 Feng Zhang(Ph.D) Office：Biological BuildingRoom 402 Email：zhangfeng@imau.edu.cn
5.1.1 T细胞受体 • T细胞受体有两种——αβ和γδ。每一型受体由两种蛋白组成，即α和β或γ和δ。 • 每一个T细胞都只包含一个αβ或一个γδ受体，而不会两者兼备。 • T细胞上的所有TCR都应该是一样的，尽管有时这个规则也会出现例外。 • Αβ-T Cell还表达一个CD4或CD8共刺激分子。与之相对，绝大多数γδ型T细胞不表达CD4或CD8。
尽管αβTCR可以认为和BCR一样具有多态性，然而γδ型受体却要少一些。尽管αβTCR可以认为和BCR一样具有多态性，然而γδ型受体却要少一些。 • γδ型T细胞站在“前线”守望，它们的受体识别由特定位点入侵的侵略者。 • αβ型T细胞在胸腺中受训，被“告知”不要与我们的自身肽段发生反应。 • αβ型受体识别细胞表面肽和MHC分子的复合物。
CD3的蛋白复合物——给TCR加了铃和哨 • 由4个不同蛋白质组成，γ δ ε和ζ。 • CD3复合物组成部分的γ和δ蛋白与组成γδ型T细胞受体的γ和δ蛋白是不一样的。 • 与BCR一样，TCR的信号传递包括将这些受体在T细胞表面的某个区域簇集在一起。而后，一定数量的激酶通过CD3蛋白的胞质尾部被募集，激活的信号就这样被传递入核。
TCR——六蛋白复合物 • 整个复合物蛋白（α β、γ δ、ε和ζ）是作为一个单元被转运至细胞表面。 • 相同的TCR，根据不同的情况，可以产生死亡信号、导致无反应性或导致被激活： • 当在胸腺中受训时，如果TCR识别的是MHC及自身肽的复合物，此时T细胞受体通常就引发自杀（通过凋亡而死亡）； • 如果TCR识别的是MHC分子提呈的同源抗原，但T细胞又没有接收到所需的共刺激信号，则T细胞就会变成中性（无反应性）而不能行使其功能； • 如果保证了TCR所需的同源抗原和共刺激分子，则TCR信号途径就被激活。
5.1.3 CD4和CD8共受体 • 通常CTL表达CD8，而Th细胞表达CD4。 • 这类共受体分子的作用是“钳”住MHCⅠ类（CD8）或MHCⅡ类（CD4）分子。 • 这些“钳子”可加强T细胞和APC之间的附着力。 • CD4和CD8分子同样也是信号分子。 • 由于CD4是一个单体蛋白，而CD8则是由两个不同蛋白所组成，因此，由这两个共受体分子所传递的信号可能完全不同，也就是可以用“辅助”和“杀伤”区分两者。 • 一旦TCR识别了由MHC分子提呈的同源抗原，CD4或CD8 共受体分子就钳住TCR-MHC-肽复合物，并使其间相互作用稳定，从而加强了由TCR进行的信号传递。
T细胞是怎样“决定”在它成熟以后，表达CD4还是CD8呢？T细胞是怎样“决定”在它成熟以后，表达CD4还是CD8呢？ • 当T细胞在胸腺中开始成熟时，在它们的细胞表面均表达两种类型的共受体分子，免疫学家称它们为CD4+CD8+细胞。 • 有观点认为T细胞下调其中一型共受体分子的表达只是一个随机过程，也有观点认为，如果TCR恰好结合至胸腺细胞表面的MHCⅠ类分子，就会传递出下调CD4表达的信号（指令模型）。
5.1.4 共刺激 • 在激活前，除了原初T细胞的受体应与MHC-肽结合外，还必须接收到共刺激信号。共刺激就好像一个“扩增器”，可以用来放大由TCR发出的“我参战了”的信号，从而降低必须与MHC-肽复合物交联的TCR阈值。 • 细胞膜的组成成分并不是完全均一的，一些特定的蛋白和特定类型的脂质分子形成了一个可称为“橡皮船（rafts）”的聚集体。 • 一旦T细胞受体结合其同源抗原，TCR就与橡皮船联系起来，这使得TCR与下游信号分子紧密相连，从而可以完成向核内的信号传递。 • 如果原初T细胞的受体结合其同源抗原，并且由APC提供适当的共刺激，细胞内部储藏的脂质橡皮船就会涌至细胞表面。
有经验T细胞对共刺激的需求较低。 • 有经验的T细胞较原初T细胞在细胞表面有更多的“橡皮船”。 • 因此可以预测，因为有经验的T细胞的“橡皮船”已经位于细胞表面，随时等待运载信号，故其重新激活并不需要像初始激活原初T细胞那样强烈的共刺激。
T细胞共刺激分子 • 表达于APC表面的B7蛋白（B7-1和B7-2） • B7蛋白可以通过插入T细胞表面的受体而对T细胞提供共刺激 • 迄今为止已分离出了这类受体中的两种——CD28和CTLA-4 • 大部分T细胞表达CD28蛋白，而CTLA-4分子只在激活的T细胞中表达 • APC上的B7蛋白通过与原初T细胞的CD28受体结合，而提供激活所必需的共刺激信号 • 一旦细胞被激活，B7蛋白与CTLA-4受体结合就可促使关掉或“去活化”T细胞。
5.1.5 辅助T细胞激活的缩时影像 • 原初辅助T细胞的激活需要数小时： • 首先，树突状细胞表面的黏附分子结合到其在T细胞上的粘附伴侣上，从而将两个细胞连在一起。 • 如果辅助T细胞的TCR找到了与之相匹配的分子，T细胞表面的CD4共受体分子就会钳住树突状细胞上的MHCⅡ类分子，从而加强了两个细胞间的相互作用。 • TCR的参与上调了Th细胞表面的黏附分子表达，因此会有更多的黏附分子参与连接，从而加强了APC和T细胞之间的黏合。
原初T细胞可以分泌一些IL-2，但在其表面没有IL-2受体，所以它们自身不能与这种细胞因子反应。原初T细胞可以分泌一些IL-2，但在其表面没有IL-2受体，所以它们自身不能与这种细胞因子反应。 • 然而，当Th细胞被激活后，其表面就会出现生长因子受体，这些细胞开始分泌更多的IL-2。 • 结果，新激活的辅助T细胞可以刺激自身的增殖，大概每6小时就可使自身群体的数量倍增。 • 对于克隆选择来说，这种伴随生长因子受体上调的激活是必需的：被选择激活的Th细胞（由其TCR识别入侵者）上调其细胞因子受体，并增殖形成克隆。
5.1.6 Th细胞分泌的细胞因子 • 原初辅助T细胞首先被激活后，它们分泌的主要细胞因子是IL-2。 • 一旦Th细胞增殖，形成由同样的细胞聚集成的克隆，它们必须被APC重新激活，分泌其他细胞因子如IFN-γ IL-4、IL-5、IL-10和TNF。 • Th细胞更趋向于分泌可能的细胞因子亚型，这些细胞因子亚型可以归为两类：Th1亚型，包括IL-2、IFN-γ和TNF；Th2亚型，包括IL-4、IL-5δ和IL-10。
Th1型细胞因子 • IFN-γ是一种可以致敏巨噬细胞、并在可以类别转换时影响B细胞分泌IgG3抗体的细胞因子，而IgG3对于调理病毒和细菌及固定补体分泌极为有益。 • TNF可以激活致敏巨噬细胞和自然杀伤细胞， • IL-2则是刺激CTL和NK细胞增生的细胞因子。 • Th1型细胞因子因其可以引导先天免疫系统和获得性免疫系统产生对抗病毒和细菌特别有效的细胞和抗体，故可以作为血液和组织中抵抗病毒和细菌感染一组完美的成分。
Th2型细胞因子 • IL-4是B细胞生长因子，同样也可影响B细胞的抗体类别转换，从而诱导其分泌IgE抗体。 • IL-5可以促进B细胞分泌IgA抗体。 • Th2型细胞因子可作为一种许可证，在机体需要它们是可以促使产生大量的抗体抵抗寄生虫（所产生的抗体为IgE）或黏膜感染（所产生的抗体为IgA）。
5.1.7 树突状细胞作为免疫系统球队的“教练” • 不只是激活辅助T细胞和杀伤细胞，它们实际的功能是作为免疫系统的“大脑”，加工处理所有关于入侵的信息，并制定一个作战计划。 • 第一类型的输入是通过直接或间接识别各种入侵者的特有的分子模式，由树突状细胞表面受体教授的。其中目前研究最仔细的是Toll样受体（Toll-like receptor, TLR）
TLR • 例如TLR4对LPS的提呈敏感，（LPS是革兰氏阴性菌的胞壁组分），TLR4还可以识别一些病毒蛋白。 • TLR2同样也可识别某些特定的LPS，但该受体更擅长于识别那些作为革兰氏阴性菌“标记”的蛋白。 • TLR3识别在大多数病毒感染过程中产生的双链RNA。 • TLR9则识别细菌DNA所特有的非甲基化DNA二核苷酸——CpG。
第二类型的输入 • 在感染发生时，不同的病原体诱生不同的细胞因子，故树突状细胞可通过不同的细胞因子环境了解入侵者。 • 身体的不同部位（如皮肤和黏膜）在抵抗入侵者时，也会产生不同的细胞因子混合物，这有助于树突状细胞分清是机体的哪一部位遭受了侵袭。 • 树突状细胞“倾听”的第二类型的输入是通过表面受体对不同细胞因子应答而收集的。
5.1.8 激活后辅助T细胞的生命周期 • 被激活的原初辅助T细胞在几天内即快速增殖至足够多，就会成熟为被免疫学家称作“效应器”的细胞。 • 效应器辅助T细胞有两个主要职责： • 首先，它们存在于血液和淋巴循环中，并可在淋巴结之间迁移，为B细胞和CTL提供帮助。 • 其次，在发生“战场”的部位离开血管，为先天免疫系统和获得性免疫系统的“士兵们”提供帮助。
5.1.9 延迟型超敏反应 • 19世纪后期Robert Koch在研究结核病复发时首次观察到的。 • Koch从引起结核病的细菌中纯化出结核菌素这一蛋白，并应用这一蛋白发明了著名的“结核菌素皮试”方法。 • 当你皮肤下的树突状细胞（称为朗罕氏细胞）摄入了结核菌素，它们就将之降解为片段，并利用MHCⅡ类分子提呈这些蛋白片段。 • 组织中的树突状细胞表达足够的MHC和B7分子来重新刺激记忆细胞（有经验的）T细胞，但却没有足够这些分子激活原初T细胞。
Th细胞开始分泌IFN-γ和TNF，这些Th1型细胞因子激活了临近注射位点的组织巨噬细胞，从而显著募集中性粒细胞和其他巨噬细胞至该区域，结果导致了以发红肿胀为表现形式的局部炎症反应，这样，你的结核杆菌检测就是阳性的。Th细胞开始分泌IFN-γ和TNF，这些Th1型细胞因子激活了临近注射位点的组织巨噬细胞，从而显著募集中性粒细胞和其他巨噬细胞至该区域，结果导致了以发红肿胀为表现形式的局部炎症反应，这样，你的结核杆菌检测就是阳性的。 • 你需要观察几天才能得到结果的原因是记忆辅助T细胞需要被再次激活、增殖并产生这些绝对重要的细胞因子，从而引发炎症反应。 • 另一方面，如果你从来没有接触过结核杆菌，你就不会有记忆性辅助T细胞被再次激活，没有这些活化的Th细胞提供细胞因子，就不会有针对结核菌素蛋白的炎症反应，这样你的皮肤测试就是阴性的。
5.1.12 记忆T细胞 • 大多数T细胞在被激活并完成自己的使命后，就通过凋亡而进入程序化死亡，免疫学家称之为激活诱导的细胞死亡。 • 这一点非常有意义，因为机体不需要免疫系统四处遍布已被激活只能抗击“已故”侵袭者的辅助T细胞和杀伤性T细胞。 • 另一方面，体内也有一些老队员存在，防止同样入侵者的再次侵袭。 • 幸运的是，每次我们遇袭时，免疫系统都留下一些激活的T细胞作为“记忆细胞”。 • 这些细胞处于极其兴奋的状态，使得激活信号可以非常有效地从细胞膜传递入核。
思 考 题 • 1， 一般说来，先天免疫系统和获得性免疫系统“球队”的所有队员在赛前必须被激活，请给出始于含LPS的革兰氏阴性菌侵入伤口，止于能识别该细菌的抗体产生这一“”激活级联过程的所有步骤。 • 2， 树突状细胞和辅助T细胞“跳舞”时，都有什么事发生？ • 3， 辅助T细胞是如何知道该产生哪种型别的细胞因子？ • 4， 辅助T细胞是如何为B细胞“召集球员”的？ • 5， 辅助T细胞是如何为杀伤性T细胞“召集球员”的？ • 6， 为什么某些人有“好”的免疫系统（也就是说，他们从不生病），而另一些人却对入侵的每一种微生物敏感？也就是说，这两种个体的免疫系统有什么差别？
