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第三节 T 细胞的成熟、激活和免疫功能. T 淋巴细胞肩负着细胞免疫功能，其中包括激活 T 、 B 细胞的辅助功能、直接杀伤靶细胞的细胞毒作用、释放各种淋巴因子诱导和激活周围细胞和组织发挥免疫效应的迟发性超敏反应以及免疫调节功能等。 T 细胞在发挥上述免疫功能之前，要经过一个在胸腺组织内的分化成熟过程和抗原及辅助分子的激活过程。. 一、 T 细胞在胸腺中的成熟.
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T淋巴细胞肩负着细胞免疫功能，其中包括激活T、B细胞的辅助功能、直接杀伤靶细胞的细胞毒作用、释放各种淋巴因子诱导和激活周围细胞和组织发挥免疫效应的迟发性超敏反应以及免疫调节功能等。T淋巴细胞肩负着细胞免疫功能，其中包括激活T、B细胞的辅助功能、直接杀伤靶细胞的细胞毒作用、释放各种淋巴因子诱导和激活周围细胞和组织发挥免疫效应的迟发性超敏反应以及免疫调节功能等。 • T细胞在发挥上述免疫功能之前，要经过一个在胸腺组织内的分化成熟过程和抗原及辅助分子的激活过程。
一、T细胞在胸腺中的成熟 • 胸腺是T细胞分化成熟的主要场所。由于在一些无胸腺的个体中也发现存在少量成熟的T细胞，因此怀疑机体存在除胸腺外的其他组织，只是直到现在尚未搞清楚它的具体位置。另外，随着年龄的老化，胸腺逐渐退化，功能也大为降低，这可能是由于记忆细胞有较长的存活时间（在人体内存活可达20年），以致对机体来说只需分化成熟少量的T细胞便可以维持，而退化的胸腺是足以胜任的。
T细胞的分化成熟要经过迁移和繁殖、分化和选择的过程。在机体的T细胞库中，除具有不同抗原特异性外，还有两个基本特点：一是T细胞识别抗原要受到自身MHC分子的限制；二是成熟T细胞库是自我耐受的，即它不能单独识别自身MHC分子以及和自身MHC分子结合的自身抗原，因此不会对自身抗原产生应答。T细胞的分化成熟要经过迁移和繁殖、分化和选择的过程。在机体的T细胞库中，除具有不同抗原特异性外，还有两个基本特点：一是T细胞识别抗原要受到自身MHC分子的限制；二是成熟T细胞库是自我耐受的，即它不能单独识别自身MHC分子以及和自身MHC分子结合的自身抗原，因此不会对自身抗原产生应答。
1．T细胞的迁移和繁殖 • 前T细胞是从骨髓中产生的，迁移到胸腺后，有些细胞受到刺激而生长，其他的死亡。这些存活下来的细胞发育成熟后，又迁移到血液和外周淋巴组织中去，成为有功能的T细胞。
随着胸腺细胞的成熟，它们与胸腺中的非淋巴细胞的联系越来越紧密。随着胸腺细胞的成熟，它们与胸腺中的非淋巴细胞的联系越来越紧密。 这些细胞是：胸腺上皮细胞、从骨髓而来的巨噬细胞以及树突状细胞。最外层的胸腺皮质上皮细胞是护理细胞，它们在膜的内褶处，围绕淋巴细胞，随后便与深层皮质中的上皮细胞形成一个网状结构，其周围的淋巴细胞必须通过这个网状结构才能达到髓质。树突状细胞存在于皮质和髓质交接处和髓质中，巨噬细胞主要存在于髓质。淋巴细胞通过与这些细胞的相互作用达到成熟和迁移。
非淋巴细胞产生的两种类型的分子，对T细胞的成熟是至关重要的。非淋巴细胞产生的两种类型的分子，对T细胞的成熟是至关重要的。 一种是MHC分子，在皮质的巨噬细胞、上皮细胞以及树突状细胞表达高水平的Ⅱ类MHC分子，在骨髓的上皮细胞和树突状细胞表达Ⅰ类和Ⅱ类MHC分子，其中的巨噬细胞表达高水平的Ⅰ类MHC分子。另一种是由上皮细胞产生的胸腺激素，如胸腺素、胸腺蛋白、胸腺九肽和胸腺体液因子等，这些激素促进T细胞的繁殖和成熟。目前临床上已应用胸腺激素以提高T细胞的应答能力，改善机体的细胞免疫功能，治疗免疫缺陷疾病
2．T细胞的分化和选择 • T细胞在胸腺中发育成熟的早期就表达TCR：CD3复合物，随后表达其他辅助分子（包括CD4和CD8）。同时，T细胞逐渐分化为具有辅助化和细胞毒功能的不同亚群。
（1）T细胞受体（TCR）的表达 • 在研究T细胞的个体发育中，根据胚胎的不同发育阶段，利用表面表达分子的不同来了解T细胞的不同发育阶段和T细胞的不同亚群，在这方面的成果多来自对胎鼠胸腺的研究。 人的胎儿也有类似的过程。
在鼠胎发育的第11天，可首次在其胸腺中检测到T细胞前体。它们表达CD44、Thy-1（小鼠特有的）、CD1（类似于Ⅰ类MHC分子），这些分子的功能还不了解，CD44可能在T细胞前体在胸腺迁移中起作用。在鼠胎发育的第11天，可首次在其胸腺中检测到T细胞前体。它们表达CD44、Thy-1（小鼠特有的）、CD1（类似于Ⅰ类MHC分子），这些分子的功能还不了解，CD44可能在T细胞前体在胸腺迁移中起作用。 • 在细胞上尚未表达TCR：CD3复合物时，它是各种不同亚群的T细胞的前体。
小鼠胚胎发育的第13~14天时（与人胎儿发育的第8~9周相对应）可测到TCR基因的第一次重排，并有γ和δ基因的参与。第14天出现γ、δ基因的全长mRNA转录产物，第14天或15天表面有CD3和γδ受体的复合物出现。编码CD3的基因最初与γδ基因协同表达，并与γδ异二聚体结合，所以γδ受体在T细胞发育中是首先出现的TCR。小鼠胚胎发育的第13~14天时（与人胎儿发育的第8~9周相对应）可测到TCR基因的第一次重排，并有γ和δ基因的参与。第14天出现γ、δ基因的全长mRNA转录产物，第14天或15天表面有CD3和γδ受体的复合物出现。编码CD3的基因最初与γδ基因协同表达，并与γδ异二聚体结合，所以γδ受体在T细胞发育中是首先出现的TCR。
β链在第13或14天就出现D-J的无功能重排，但β链有功能的V-D-J重排及全长1.3kb的转录产物在第16天才检测到。α链基因是在β链重排后的刺激下开始重排的，到第17天才产生有功能的转录产物。CD3和αβ受体的复合物于第17天首次发现，比γδ表达晚2天。继而αβ受体的表达很快超过γδ受体，所以出生时，大多数表达TCR：CD3复合物的胸腺细胞都是αβ受体，90%的外周T细胞只表达αβ受体。β链在第13或14天就出现D-J的无功能重排，但β链有功能的V-D-J重排及全长1.3kb的转录产物在第16天才检测到。α链基因是在β链重排后的刺激下开始重排的，到第17天才产生有功能的转录产物。CD3和αβ受体的复合物于第17天首次发现，比γδ表达晚2天。继而αβ受体的表达很快超过γδ受体，所以出生时，大多数表达TCR：CD3复合物的胸腺细胞都是αβ受体，90%的外周T细胞只表达αβ受体。
（2）CD4和CD8的表达 • CD4和CD8分子通常用于淋巴细胞分类及表示淋巴细胞的成熟次序。另外，这些分子可能在T细胞库定型的选择过程中起重要作用。根据CD4和CD8可把淋巴细胞分为四个类型：CD4-CD8-（双负细胞）、CD4+CD8+（双正细胞）、CD4+CD8-（单正细胞）和CD4-CD8+（单正细胞）。
胸腺皮质中最不成熟的细胞不表达CD4和CD8（这些双负细胞在成体全部淋巴细胞中占5%）大部分（80%）迅速分裂，出现TCR基因重排 CD2分子也出现在大多数双负细胞上。
双负细胞的成熟是沿两条路径发展的，大多数开始表达CD4+和CD8+，形成双正细胞，随后形成两个亚群的CD4+或CD8+的单正细胞。 • αβTCR基因的重排发生在双正细胞由胸腺皮质到髓质的过程中，并形成TCR：CD3复合物。
鼠胎发育到第19天，出现CD4-CD8+的单正细胞，它在成体占3%，具有裂解靶细胞的活性。从胸腺迁移到外周时，形成Ⅰ类MHC限制细胞毒T细胞（TC）。单正细胞表达TCRαβ异二聚体的水平高于双正细胞。
（3）T细胞的选择 • 所有的个体在它们的基因组中都含有全套TCR基因，这些基因可编码识别许多不同的、与MHC分子结合在一起的抗原受体。。
每个个体都具有识别任何一种抗原的潜能，不同的TCR在不同克隆的T细胞表面表达之后，T细胞库就会由两个相互联系的过程来修饰：T细胞库受自身MHC限制，这种选择称为正选择（positive selection），又称为胸腺教育（thymic education）。而负选择（negative selection）是除掉或钝化与自身成分应答的克隆，以保证成熟的T细胞是自我耐受的。 这些选择是针对全部发育的T细胞群的，是通过生长或死亡来实现的。胸腺细胞表达TCR以后，才能进入选择阶段，并且正选择可能先于负选择
在正选择过程中，要求TCR对外来抗原和MHC分子的双重识别，这样选择的结果，那些不能结合外来抗原或不能与自身MHC结合（即自身MHC限制）的T细胞克隆死亡除去。在负选择过程中是把TCR能与自身抗原-MHC复合物结合的胸腺细胞克隆除去，称克隆删除（clonal deletion）或称钝化、克隆脱敏（clonal anergy）。经过负选择，只有对外来抗原特异性的T细胞保留下来，形成了自我耐受。
一个胸腺细胞一旦表达了T细胞受体，它就再也不会改变其特异性，因此在T细胞个体发生中，MHC限制应该是作用于一群细胞，而不是单个细胞，这是外周T细胞存活及扩增的重要特点。正选择可能是MHC分子与胸腺细胞上的TCR结合后激活细胞的结果。 • 所有的T细胞必须表达可与MHC分子结合的TCR才能存活，T细胞在胸腺中的正选择过程受MHC分子的限制，且不需外来抗原的存在。
胸腺中的负选择过程产生了自我耐受。自我耐受对于机体的健康是极为重要的。机体对自身抗原的耐受性是由于体内缺少对于这些自身抗原特异性的T、B淋巴细胞，或是它们不对自身抗原作出应答所致。现在了解到对自身蛋白质的耐受性在很大程度上归因于T细胞的耐受，而其主要机制是对自身抗原应答的T细胞在胸腺中成熟时被删除或被钝化的负选择结果。胸腺中的负选择过程产生了自我耐受。自我耐受对于机体的健康是极为重要的。机体对自身抗原的耐受性是由于体内缺少对于这些自身抗原特异性的T、B淋巴细胞，或是它们不对自身抗原作出应答所致。现在了解到对自身蛋白质的耐受性在很大程度上归因于T细胞的耐受，而其主要机制是对自身抗原应答的T细胞在胸腺中成熟时被删除或被钝化的负选择结果。
最近的研究表明，有的自身抗原不是诱发特定的T细胞克隆的删除，而是使这些T细胞永远无反应或脱敏。但克隆删除和克隆脱敏的效果是相同的，都是使机体不对自身抗原作出应答。最近的研究表明，有的自身抗原不是诱发特定的T细胞克隆的删除，而是使这些T细胞永远无反应或脱敏。但克隆删除和克隆脱敏的效果是相同的，都是使机体不对自身抗原作出应答。
T细胞对抗原-MHC复合物的应答包括一系列细胞生理生化过程，称为“T细胞激活”过程。T细胞对抗原-MHC复合物的应答包括一系列细胞生理生化过程，称为“T细胞激活”过程。 抗原-MHC复合物与TCR：CD3复合物结合后，产生胞内信号，可瞬时提高未受刺激T细胞中多个基因的转录水平，导致T细胞分裂和发挥免疫效应功能所必需的蛋白质暂时性的表达。T细胞对抗原刺激作出的功能性和分裂应答只持续很短一段时间，当抗原物质被消除后，这种应答迅速减弱。
T细胞的激活的特点： 1、受MHC的限制，如前所述，CD4T细胞识别Ⅱ类MHC分子，CD8+细胞识别I类MHC分子。 2、辅助分子在T细胞识别激活中起着重要作用。这些辅助分子是在T细胞表面存在一些跨膜蛋白，从不同途径来调节免疫应答的，它们分布在靶细胞或抗原呈递细胞的表面，与配基结合后，就加强了T细胞与靶细胞或抗原呈递细胞的粘连作用，保证了TCR：CD3与多肽-MHC复合物结合的稳定性，从而促使T细胞的激活。还有些辅助分子把调节免疫功能的生化信号传递到T细胞的内部，发挥阻断或激活T细胞的免疫应答。这些辅助分子包括：CD4、CD8、LFA-1、LVA、CD28、CD44、CD45、CD5、Thy-1、Ly-6等，
3、 T细胞有效地激活还需要一个附加信号，它们作用于T细胞，称为“共刺激信号”，或称“共刺激分子”（costimulator molecular） 。单核细胞、巨噬细胞、树突状细胞等附属细胞除作为抗原呈递细胞外，还可以提供这种共刺激信号。此外，某些分裂素，如白细胞介素-1（IL-1）、肿瘤坏死因子（TNF）、白细胞介素-6（IL-6）等，也都显示出共刺激活性。
共刺激分子的调节功能： A、当T细胞和MHC结合的抗原多肽相互作用时，共刺激信号可决定这种作用最终导致激活还是耐受。当TCR和抗原多肽结合时，若缺少共刺激信号，可引起T细胞对生长因子的作用呈现无反应性或随后的抗原呈递产生的脱敏作用。 B、共刺激分子可以决定被抗原激活的T细胞分泌的细胞分裂素的性质，从而决定免疫应答的类型
T细胞的激活过程可以概括为以下相互联系的几个步骤：T细胞的激活过程可以概括为以下相互联系的几个步骤： （1）早期的信号传递过程； （2）一系列不同基因的激活、转录和表达； （3）新的细胞表面分子的表达； （4）细胞分裂素的分泌； （5）诱导分裂活动。 • T细胞早期激活过程包括：产生胞内二级信使——激活蛋白质激酶——合成核的调控因子或使调控因子磷酸化——因子被激活——刺激基因转录等程序。
1．T细胞激活的早期信号传递 当抗原被呈递给T细胞，并与TCR：CD3结合后，膜和胞质会产生一系列反应，这些早期的信号反应与以后的T细胞激活效应——细胞分裂素的产生和细胞分裂是随机地相关联的。这些早期信号反应和其他非淋巴细胞（如肥大细胞、血小板、内分泌内皮细胞以及肌肉细胞等）受刺激原刺激而产生的反应极其相似。许多离子和生化物质的浓度在细胞内的增加，对于信号反应极为关键。这些离子和生化物质通常称之为“二级信使”。早期激活的过程包括：质膜上的肌醇磷酯水解；胞内Ca2+浓度增加；膜上和胞质蛋白的磷酸化。
2．T细胞基因的转录活化及表达 TCR：CD3复合物与其配基结合后的几分钟之内，T细胞便开始一系列不同基因的转录和表达。这些基因的表达产物对继发的激活过程是所必需的。这些基因的数量在70个以上，依照它们被激活的时间不同，可分为瞬时、早期和晚期基因。瞬时基因的转录无需蛋白质的合成，而早期和晚期基因需要蛋白质的合成。瞬时和早期基因在分裂前转录，而晚期基因在分裂后转录。激活T细胞的基因又可根据其蛋白质产物的功能分类，早期表达的基因有三类：细胞原癌基因、细胞分裂素基因和细胞分裂素受体基因。
（1）细胞原癌基因 细胞原癌基因是细胞的正常基因，它的产物可分布于细胞的不同部位，调节细胞的生长和分化。它们之所以这样命名，是因为如果这些基因过量表达或者基因发生突变以及病毒中的同源基因表达都会导致细胞的恶性转化。TCR：CD3复合物与配基结合后，T细胞中许多原癌基因的转录子都会大大增加。
（2）细胞分裂素基因 T细胞分裂素基因的转录在TCR：CD3被刺激后4h之内大大增加，如IL-2基因的转录便是一例。IL-2对于大多数正常T细胞来说，是一种自体分泌的生长因子，所以其基因的转录调控对T细胞激活过程的细胞分裂是至关重要的。人类IL-2以及其他一些细胞分裂素（如γ-干扰素）的转录，在TCR受刺激后1h开始，它们转录水平的提高。
（3）细胞分裂素受体基因 IL-2受体基因的转录是T细胞活化过程中的又一步骤，它对于由自身T细胞分泌的IL-2引发的应答反应是很重要的。IL-2和两个膜上整合的受体蛋白（相对分子质量分别为55000和70000-750000）结合形成三分子复合物后，才能诱导T细胞的生长。
T细胞的增殖和分化过程： 休止T细胞是处于G0期，当抗原-MHC和TCR：CD3结合后，细胞膜上磷酯酰肌醇的分解产物作为第二信使活化蛋白质激酶C和钙依赖性的调钙蛋白的蛋白激酶，催化蛋白质及酶的磷酸化，进而活化IL-2和IL-2受体基因，使细胞周期自G0期进入G1期，同时表达IL-2和IL-2R，促进细胞从G1后期经S期、G2期至M期，从而完成增殖周期。与此同时，分化出一部分T细胞，它们不再继续增殖分化，而是成为免疫记忆性T细胞（TM）。这些记忆细胞一旦再次遇到相同的抗原，无须经过上述冗长的诱导期，很快地进入S、G2和M期，产生效应细胞，释放淋巴因子，发挥细胞免疫效应。
机体的特异免疫应答是一个极为复杂的生物学过程，由淋巴细胞系统和单核吞噬细胞系统协同完成。这一过程人为地分为三个阶段，即感应阶段（inductive stage）、增殖分化阶段（proliferative and differentiation stage）和效应阶段（effective stage），也可将前二阶段统称为淋巴细胞的活化阶段。
1．T细胞免疫应答的三个阶段 （1）感应阶段 感应阶段是指抗原呈递细胞（包括巨噬细胞、树突状细胞、并指状细胞、朗罕细胞和B淋巴细胞等）捕获抗原，经胞内加工处理后，将抗原信息呈递给淋巴细胞的阶段。这个阶段的特点是：
1、由抗原呈递细胞（antigen presenting cell, APC）摄取、加工和呈递抗原 。 2、MHC分子的自身限制。 3、T细胞受体具有双重识别特性。 4、共刺激信号的协同作用。 5、外周淋巴组织是诱导免疫应答形成的场地 。
（2）增殖和分化阶段 休止的成熟的TH细胞的受体在识别抗原呈递细胞呈递的抗原、辅助分子和共刺激分子的协同作用下，接受抗原呈递细胞分泌的细胞分裂素IL-1的刺激作用而开始活化，继而IL-2基因和IL-2受体基因活化和表达，自体细胞分泌的IL-2与其受体结合，TH细胞达到完全活化，开始分裂和大量增殖。TH在此又分化出一部分记忆细胞。大部分分化成具有免疫效应的效应细胞。
（3）效应阶段 细胞免疫的免疫效应分别由两个不同亚群来执行，即CD4细胞和CD8细胞。其中TH、TS细胞行使免疫调节功能，TH细胞可直接杀伤靶细胞，TDTH（迟发性超敏T细胞）产生迟发性超敏反应。 T细胞免疫的特点：它是以细胞形态（而非分布在全身的抗体分子）为标志去寻找入侵的病原微生物，一旦遇到，就在局部位置诱导炎症反应，就地动员单核－巨噬细胞等周围杀菌的吞噬细胞和改变血管通透性，使血液中的杀菌细胞和成分渗出，共同、迅速地消灭这些病原微生物。
2．T细胞的免疫功能 • 机体免疫应答过程涉及多种免疫细胞和它们之间的相互作用，如M-TH、TH-B、TH-TC 。当巨噬细胞等抗原呈递细胞呈递给TH细胞、激活TH细胞时，便是免疫细胞调节的启动和免疫应答的开始。
活化的T细胞作用于吞噬细胞，便大大提高了巨噬细胞的游走吞噬和消化能力。当吞噬了不易被消化分解的胞内寄生的病原微生物（如结核杆菌）时，病原微生物便被有效地清除。
由此可见，免疫细胞之间的关系是极为密切的。从功能的系统发生和个体发育来看，由非特异免疫进化发展到特异免疫，特异免疫的细胞免疫早于体液免疫发生。这种现象也许表明细胞免疫的核心地位，它既完善和强化了非特异免疫功能，又发展和控制了特异免疫有效性，使机体的免疫功能更为完善和有效。在免疫调节中，TH和TS细胞是一对关键性的调节细胞。免疫应答过程是处在这一对细胞的正负调节的动态平衡的控制下，使机体在抗感染、自我稳定和免疫监视等诸方面，始终处于正常的、稳定的和有效的状态由此可见，免疫细胞之间的关系是极为密切的。从功能的系统发生和个体发育来看，由非特异免疫进化发展到特异免疫，特异免疫的细胞免疫早于体液免疫发生。这种现象也许表明细胞免疫的核心地位，它既完善和强化了非特异免疫功能，又发展和控制了特异免疫有效性，使机体的免疫功能更为完善和有效。在免疫调节中，TH和TS细胞是一对关键性的调节细胞。免疫应答过程是处在这一对细胞的正负调节的动态平衡的控制下，使机体在抗感染、自我稳定和免疫监视等诸方面，始终处于正常的、稳定的和有效的状态
