醫(yī)學免疫學課件：T細胞及介導的細胞免疫應答

1、 T細胞及介導的細胞免疫應答T細胞發(fā)育 ( T cell development )陽性選擇（positive selection) - MHC限制性：TCR識別并結合MHC分子，具有低親和力的T細胞克隆被選擇, 不能與自身MHC結合的T細胞在發(fā)育過程中被誘導凋亡。陰性選擇 (negative selection) -自身耐受：TCR識別胸腺基質(zhì)細胞表面MHC分子-自身抗原肽并具高親和力的T細胞克隆發(fā)生細胞凋亡而被克隆清除；與自身抗原呈低中等親和力及不能識別自身抗原肽的T細胞克隆被留下。 ETP （骨髓）外周T細胞庫T細胞亞群根據(jù)分化狀態(tài)不同初始T細胞（Native T cells）：在胸腺中

2、發(fā)育成熟遷移至外周淋巴組織中（如脾臟、淋巴結）。其未接觸抗原刺激前處于相對靜止狀態(tài)。效應T細胞（Effector T cells, Te）：具有殺傷或釋放免疫活性物質(zhì)如淋巴因子的功能。記憶T細胞（Memory T cell, Tm）：有記憶特異性抗原刺激的作用。在體內(nèi)存活的時間可數(shù)年或更長。Native T cellsMemory T cell,CD45分子型別歸巢受體表達黏附分子表達壽命對抗原再次刺激的反應CD45RA高低短（數(shù)日）無CD45RO低高長（數(shù)月/年）有根據(jù)TCR分子的不同 T cells T cellsTCR分布表型特征CD2+CD3+CD4+CD8-CD4-CD8+識別抗原M

3、HC限制性提呈抗原輔助細胞殺傷細胞高度多肽性外周血60-70%100%60-65%30-35%多肽有MHCTh細胞CTL細胞較少多肽性外周血1-10%表皮及粘膜上皮100%1%20-50%多肽，HSP，脂質(zhì)，多肽無MHC類似分子無 T殺傷活性 根據(jù)功能分類細胞毒T細胞（cytotoxic T cell， CTL, Tc）：可以對產(chǎn)生特殊抗原反應的目標細胞進行殺滅，消滅受感染的細胞， 細胞毒T細胞的主要表面標志是CD8。輔助T細胞（helper T cell, Th）：在免疫反應中扮演中間過程的角色，T細胞調(diào)控或“輔助”其它淋巴細胞發(fā)揮功能，輔助T細胞的主要表面標志是CD4。 調(diào)節(jié)/抑制T細胞（

4、regulatory/suppressor T cell , Treg, Tr）：負責調(diào)節(jié)機體免疫反應，通常起著維持自身耐受和避免免疫反應過度損傷機體的重要作用。目前研究最活躍的是CD25+ CD4+ T細胞。記憶T細胞 (memory T cell， Tm)：在再次免疫應答中起重要作用，主要表面標志CD45RO。TH細胞亞群 免疫應答（Immune Response) 機體接受抗原刺激，APC細胞對抗原進行加工、處理和呈遞，淋巴細胞對呈遞的抗原進行識別后，發(fā)生活化、增殖和分化, 進而表現(xiàn)出一定的生物學效應,將入侵的抗原進行排除的整個生理過程，稱為免疫應答。 Body receive stim

5、ulation from Ag，Specific lymphocytes recognize Ag，they activate, proliferate and differentiate ，exert biological effect.AgAPCBCTC 免疫應答 ( Immune response ) Basic process of Immue response Basic Process of Immune responseThree stages： 細胞活化，增殖與分化 Activation, proliferation, differentiation 效應細胞發(fā)揮效應 Prod

6、uction of effector cells or Antibody 細胞特異性抗原識別 Recognition 抗原識別 (Antigen Recognition) T細胞識別抗原的部位外周淋巴組織(Peripheral Immune Organ) - 脾 臟 Spleen - 淋巴結 Lymph node特異性T細胞介導的細胞免疫應答免疫突觸 (Immunological Synapse) 免疫突觸形成是T細胞抗原識別的結構基礎, T細胞通過免疫突觸與APC相互作用。 T細胞與APC表面之間黏附分子的受體-配體相互作用使兩者得以緊密接觸，并且形成了一個瞬時性的結構。APC CD8+ T

7、細胞 TCRMHC-抗原肽CD8B7CD28ICAM-1（CD54） LFA-1（CD11a/CD18） CD2 CD48- 免疫突觸以TCR-MHC-抗原肽三元結構為簇中心，周圍環(huán)形分布粘附分子相互結合的結構。- 這一結構的形成有助于TC分辨潛在的抗原，提高了TCR與MHC-抗原肽復合物之間的親和力。免疫突觸 (Immunological Snapse)雙重識別T細胞 (TCR)識別抗原的抗原特異性 - T細胞大多表達 TCR，由鏈和鏈的可變區(qū)識別特異抗原。它們識別APC的MHC分子復合物提呈的抗原肽。MHC限制性 （MHC restriction） -具有同一MHC表型的免疫細胞才能有效地

8、相互作用。 TCR識別抗原肽的MHC限制性Zinkernigal and Doherty -1996 Nobel PriceMHC限制性（ self MHC restriction）TCR在識別APC細胞或者靶細胞上的MHC分子所提呈的抗原肽時，不僅識別抗原肽，還要識別與抗原肽結合的MHC分子類型。ActivationT cellAPC抗原識別過程Co-receptorAdhesion moleculesCD4+ 和 CD8+ 識別不同MHC分子決定不同的效應格局CD8+ T細胞識別MHC-I類相關抗原 - 病毒，胞內(nèi)感染細菌所 感染的組織細胞- 腫瘤細胞 CD4+ T細胞識別MHC-II類分

9、子相關抗原 - 細菌感染等內(nèi)源性抗原 (endogenous Ag)MHC-I降解為肽段CD8+ T cell細胞免疫外源性抗原(exogenous Ag)MHC-IICD4+ T cell分泌細胞因子，協(xié)同體液和細胞免疫第二活化信號（Co-stimulator）第一活化信號（Antigen）CytokinesIL-1;2;12;6Nave TCActive TCT細胞活化T cell activation雙信號活化假說 Two-signal hypothesisCo stimulatory molecules in specific immune responsePD-1PDL1/PDL2

10、( - )LFA-1/ICAM-1LFA-3AdhesionLFA-1/ICAM-1CD-2T cellAPCB7-1(CD80) CD28B7-2(CD86)CTLA-4(CD152)( - ) （+）ICOSB7RP-1（+）4-1BB(CD8) 4-1BBL （+）OX40 (CD4)OX40L （+）CD40CD40L （+）CD95LCD95 ( - )CTLA-4表達可下調(diào)T細胞應答T cell co-stimulation and co-inhibitionAPCTH/CSignal 1Signal 2IL-2IL-2RSummary: Two-signal hypothesis

11、Signal 0: PAMPs DAMPsSignal 1: AntigenSignal 2: Co stimulatory molecules Immunological Reviews 2012,249: 159T細胞活化的信號轉(zhuǎn)導 通過TCR-CD3復合物及輔助受體與蛋白酪氨酸激酶（PTK）相互作用啟動T細胞的信號轉(zhuǎn)導 TCR 識別抗原后，導致TCR與輔助受體（CD4，CD8）的構象發(fā)生改變，由分散狀態(tài)存在的受體呈現(xiàn)出多聚現(xiàn)象。 受體交聯(lián)導致胞內(nèi)與信號轉(zhuǎn)導有關的酶和信號轉(zhuǎn)接蛋白活化，啟動和轉(zhuǎn)導T細胞活化的信號。受體交聯(lián) (分子簇化, Molecular Clustering）Signal

12、 transductionT cellAPCCD4/CD8CD3 專一地催化酪氨酸殘基磷酸化的一類激酶，底物為ITAM。 主要作用的區(qū)域為信號轉(zhuǎn)導的起始和上游階段，分受體型（跨膜型）和非受體型（胞內(nèi)型）兩大類。 參與T細胞活化的PTK主要有4個家族： Src家族：主要為Lck蛋白(p56lck) 和 Fyn(p59 Fyn)等； Syk家族：主要為ZAP-70蛋白 Csk家族：主要為Csk蛋白 Jak家族：主要為Jak蛋白蛋白酪氨酸激酶(Protein Tyrosine Kinase, PTK） 免疫細胞的受體含有易被PTK作用而發(fā)生磷酸化的特定序列稱為ITAM。 由4個氨基酸殘基YXXL/V

13、為基本結構的序列。不同的免疫細胞，其YXXL/V以外的序列可以不同。 參與T細胞活化信號的轉(zhuǎn)導。 免疫受體酪氨酸激活基序 (Immunoreceptor Tyrosine based Activation Motif, ITAM) CD3與T細胞受體組成TCR / CD3復合物，在TCR信號轉(zhuǎn)導過程中起關鍵作用。CD3分子由,和五種鏈組成，胞漿區(qū)有免疫受體酪氨酸活化基序(ITAM)的結構,是蛋白酪氨酸激酶的底物。CD3和鏈的ITAM與Src家族多種PTK結合。CD3的ITAM與ZAP-70 (Syk家族）結合。TCR/CD3RecognitionSignal transductionZAP-7

14、0 (Zeta-chain-Associated Protein Kinase 70) 為Zeta鏈子伴生的蛋白激酶70 (70是分子量 kDa)，是酚基乙氨酸激酶(Syk)家庭成員。 是T細胞活化信號轉(zhuǎn)導啟動的關鍵點。 適配蛋白（Adapter protein）攜帶信號分子進入到特定細胞器?？膳c其他蛋白分子的結合區(qū)域結合，如 Src家族的SH2和SH3等結構域。LAT（linker of activation of T cells)，常與其他激酶的SH2結構域結合，在連接T細胞活化的上游活化分子與下游活化分子銜接上發(fā)揮重要的作用。ITAMCD4+細胞活化的上游信號轉(zhuǎn)導途徑磷脂酶C（PLC 1

15、）Ras- MAPK激酶鈣-蛋白激酶CLATPhosphorylates ITAMActivates ZAP70Phosphorylates LAT（Adapter protein） Pho-LckTCR活化信號下游胞內(nèi)轉(zhuǎn)導的主要途徑鈣-鈣磷酸酶途徑蛋白激酶C途徑Ras-MAP激酶途徑ZAP-70/LAT激活三條主要途徑：蛋白酪氨酸激酶Lck或Fyn活化CD3鏈ITAM磷酸化基因轉(zhuǎn)錄，T細胞增殖，分化磷脂酶C (PLC) 鏈磷酸化蛋白激酶C（ PKC） NF-B活化 甘油二酯（DAG） 磷脂酰肌醇二磷酸（PIP2）水解細胞內(nèi)Ca2+濃度升高 NFAT活化 三磷酸肌醇（IP3）鈣調(diào)磷酸酶 AP-

16、1活化生長因子受體結合蛋白-2（Grb-2)活化 鳥苷酸置換因子（GEF）Raf 蛋白活化Ras-GDP（失活） MAP激酶活化Ras-GTP（ 激活）膜受體交聯(lián)T細胞活化的信號轉(zhuǎn)導途徑 ZAP-70 激活LAT 激活轉(zhuǎn)錄因子活化轉(zhuǎn)錄因子通常在胞漿中以無活性的形式存在，磷酸化作用使其活化，進入細胞核，與DNA上相應位點結合，調(diào)節(jié)基因表達。Ras/MAPK途徑調(diào)控T細胞產(chǎn)生細胞因子基因的轉(zhuǎn)錄AP-1 (c-jun、c-fos)鈣鈣磷酸酶途徑蛋白激酶C途徑NFATNF-kB 參與T細胞活化的主要轉(zhuǎn)錄因子：T細胞活化信號涉及的靶基因 NF-AT（nuclear factor of activated

17、 T cells），細胞質(zhì)中以磷酸化的非活性形式存在。在鈣調(diào)磷酸酶的作用下，經(jīng)脫磷酸化轉(zhuǎn)變?yōu)镹F-AT， 進入細胞核。參與IL-1,IL-4，TNF等細胞因子的基因表達調(diào)控。 NF-B（nuclear factor-B），其在胞質(zhì)中與抑制因子I-B結合成復合物的形式存在。在PKC的作用下發(fā)生磷酸化而激活，繼而轉(zhuǎn)位到細胞核。參與IL-2等細胞因子的基因表達調(diào)控。 AP-1（activation of protein 1)，為一轉(zhuǎn)錄因子家族。由 MAP激酶激活而進入核內(nèi)。參與IL-6,IL-10等多種細胞因子的基因表達調(diào)控。T細胞增殖IL2及其受體基因表達是T細胞克隆增殖的關鍵T細胞活化增殖的結果

18、，產(chǎn)生大量的效應細胞APCT cellT cellT cellT cellT cellT mT cellT cellT cellT cellT cellIL-2T cellT cellIL-2IL-5.IL-7TH0Th17IL-6，TGF-IL-17IL-22TregIL-10，TGF-TGF-IL-10TH亞群的分化Th1IL-2，IFN-rIFN-rTNF-aIL-2細菌，病毒等Th2IL-4，IL-13IL-10IL-4IL-6寄生蟲，變應原CD4-MIL-7 效應T細胞的分化與細胞因子類型相關Th9IL-9Th22IL-22CD8-MIL-15,IL-7應答效應CD4+TH細胞所介導

19、免疫效應TH1; TH2; TH17; TregCD8+TC細胞介導的免疫效應 CTL: - 殺傷胞內(nèi)感染細胞 - 殺傷惡變的細胞 TH1 cells通過分泌細胞因子促進CD8 T細胞和巨噬細胞殺傷活性分泌IL-2，INF-，TNF-等,促進CD8T細胞功能。通過CD40L促進M上CD40表達增加和巨噬細胞活化。促進M上B7分子和MHC II分子的表達增加，增強APC功能。IFN-IFN- RCD40LCD40TH-1 細胞活化與功能MIL-12，IL-1，TNFIL-2，TNF- TH2 cell 調(diào)節(jié)B細胞的體液免疫反應. 針對寄生蟲的免疫應答依賴TH2細胞,分泌IL-4，5，13，誘導寄

20、生蟲-特異性IgE抗體的產(chǎn)生,誘導由嗜酸性粒細胞和肥大細胞介導的炎癥反應. Natural Treg cells (nTreg)：Thymic derived。 Induced Treg cells (iTreg)：Peripherally generated。調(diào)節(jié)性T細胞 （Regulatory T cell; Treg） 表達 CD4+ CD25+ Foxp3 的T細胞亞群。 占外周血及脾臟CD4+ T cells 5-10%.。Treg cell 來源與分化Treg 亞型 根據(jù)來源不同：自然調(diào)節(jié)Treg（nTreg） 適應性調(diào)節(jié)Treg（iTreg） CD4+CD25+Tr ：主要組成。

21、 Tr1：在IL-10存在下，通過外源抗原活化的T細胞產(chǎn)生，抑制免疫反應的機制依賴于產(chǎn)生具有免疫調(diào)節(jié)功能的細胞因子如：IL-10和TGF-。 Th3：主要分泌TGF-，對Th1和Th2具有抑制作用。CD4+CD25+TrTr1Th3歸類誘導部位CD25+Foxp3+細胞因子抗原特異性作用方式功能nTreg胸腺+TGF-，IL-10， IL-35自身抗原細胞接觸，分泌細胞因子抑制自身反應性T細胞nTreg外周+TGF-，IL-10自身抗原細胞接觸，分泌細胞因子抑制炎癥性，自身免疫和移植排斥反應iTreg外周+TGF-組織特異性抗原和外來抗原分泌細胞因子口服耐受和粘膜免疫根據(jù)功能不同：Treg m

22、arkersCD25：1995年 Sakaguchi等首次提出將CD25分子作為調(diào)節(jié)性T細胞的表面標志。Foxp3：隨后又提出雙叉頭轉(zhuǎn)錄因Foxp3可作為Treg的標志。CD127：近期有研究稱CD127(II-7受體a 鏈)也可作為區(qū)分Treg的標志。Treg功能特征免疫無能性：表現(xiàn)為對IL-2，特異性抗原及抗原提呈細胞(APC)的刺激呈低反應狀態(tài)。 但高濃度IL-2存在下，通過TCR刺激，可使Treg活化并增殖。免疫抑制性：表現(xiàn)在TCR介導的信號以及高濃度IL-2刺激活化后，能夠抑制CD4+和CD8+細胞的活化和增殖。 可以通過分泌抑制性細胞因子（IL-10，TGF-）等發(fā)揮免疫調(diào)節(jié)作用.

23、Treg通過細胞與細胞的直接接觸來發(fā)揮作用。通過以下三個方面的互補作用進行免疫調(diào)節(jié)。Treg cell 作用機制Treg高表達CTIA- 4 通過與抗原提呈細胞上的B7結合 效應細胞無法得到生長信號而不能增殖 與效應 T細胞競爭結合IL-2 Treg表達CD25 殺傷很多自體來源的靶細胞 Treg表達顆粒酶A 依賴穿孔素Treg cell 與疾病自身免疫性疾?。合到y(tǒng)性紅斑狼瘡的發(fā)病機制是機體對自身抗原的免疫耐受缺失，從而導致淋巴細胞大量活化和增生、自身抗體大量產(chǎn)生和炎性介質(zhì)的大量釋放，最終摧毀多個靶器官，可能與Treg的功能缺失有關。病毒所致的慢性感染疾?。菏遣《境掷m(xù)低水平感染的結果，機體為避

24、免嚴重的炎癥和組織破壞，會在抗毒免疫和避免自身組織損傷間尋求一個平衡，Treg這類細胞在其中起了重要的負調(diào)節(jié)作用。腫瘤：患者體內(nèi)Treg水平有增高現(xiàn)象，在腫瘤的免疫逃逸中發(fā)揮重要的作用。Treg抑制機體抗腫瘤特異性T細胞的免疫應答。Treg 臨床應用炎癥性腸病： 在炎癥性腸?。↖BD）小鼠模型，同時輸入Treg細胞和致病性CD4+CD45RBhiT細胞可抑制嚴重免疫缺陷小鼠IBD的形成。 移植免疫： 誘導免疫耐受是移植成功的關鍵，Treg在移植耐受中起重要調(diào)節(jié)作用。 支氣管哮喘： 由Th2介導的炎癥性疾病，結合在肥大細胞、嗜堿粒細胞表面的抗原特異性IgE通過橋聯(lián)抗原促使上述細胞釋放炎癥介質(zhì)，在

25、速發(fā)相及遲發(fā)相哮喘反應中起重要作用。將Treg克隆轉(zhuǎn)移入OVA誘導的速發(fā)型超敏反應小鼠模型中，使抗原特異性IgE減少90%。Th17細胞的發(fā)現(xiàn) Th17細胞的發(fā)現(xiàn)源于對實驗性自身免疫性腦脊髓炎(EAE)，以及對膠原誘導的關節(jié)炎(CIA)的研究。發(fā)現(xiàn)一種與IL-23相關的能夠分泌IL-17的新Th細胞亞群，清除IL-23的功能則延緩了疾病的進程。 Th17細胞的命名主要基于其分泌的細胞因子，主要分泌IL-17 (IL-17A)，還包括IL-17F，此外還分泌IL-21、IL-22、IL-6、TNF-等細胞因子。Th17細胞的分化TGF-1、IL-6是Th17細胞分化的啟動者TGF-1可大量誘導T

26、h17細胞的產(chǎn)生, 而缺乏TGF-1的小鼠體內(nèi)Th17細胞明顯減少。缺乏IL-6時, 單獨存在的TGF-1并不能誘導初始型T細胞向Th17細胞分化，因此TGF-1和IL-6的共同存在是Th17細胞分化啟動的必要條件。IL-23是Th17細胞分化的促進者IL-23在Th17細胞數(shù)量擴增與維持過程中以及之后參與免疫應答的過程中是必需的. 研究發(fā)現(xiàn)缺乏IL-23的支持Th17不能正常擴增。Th17細胞的分化IFN-、IL-4是Th17細胞分化的抑制因子在體外細胞培養(yǎng)中發(fā)現(xiàn)，當存在抗IFN-單抗時, 大多數(shù)的初始型CD4+T細胞都向著Th17細胞分化; 阻斷IL-4的作用后也能觀察到類似的結果， 因此

27、, IFN-和IL-4可以干擾TGF-1誘導Th17 細胞分化的過程。IFN-可以抑制TGF-1 信號下游的Smad3的磷酸化作用, 從而阻斷了Smad3對TGF-1受體的影響。 Socs3是一種重要的Th17細胞分化的負向調(diào)節(jié)因子Socs (suppressor of cytokine signaling 3) 是重要的細胞因子信號調(diào)節(jié)劑，其作用是使位于活化狀態(tài)的細胞因子受體或相關的激酶上的酪氨酸殘基磷酸化,從而干擾信號的傳遞。抑制Th17細胞的生成,其機制可能是限制了STAT3的磷酸化過程。TH0IL-17IL-22Th17Th17Th17Th17IL-6 TGF-啟動IL-23促進IL-

28、4 IFN-r抑制 Socs3負調(diào)節(jié)Th17細胞與其它Th細胞的關系Th17細胞的生物學功能Th17細胞能夠分泌產(chǎn)生IL-17A、IL-17F、IL-6、IL-22以及TNF-等, 其功能主要是募集及活化中性粒細胞。IL-17細胞因子家族包括IL-17A、IL-17B、IL-17C、IL-17D、IL-17E(IL-25 )和IL-17F。IL-17具有促炎癥作用，誘導促炎細胞因子(如IL-6、TNF) 、 趨化因子(如MCP1和MIP2)和基質(zhì)金屬蛋白酶（MMP）的表達，引起組織細胞浸潤和破壞。 IL-17也參與中性粒細胞的增殖、 成熟和趨化，對T細胞的活化起協(xié)同刺激作用，并能促進樹突狀細胞的成熟?，F(xiàn)在已發(fā)現(xiàn)IL-17與抵抗多種病原體的感染有關； 如：防御肺炎桿菌或脆弱類桿菌等革蘭陰性細菌的作用；抑制結核分枝桿菌；抑制腸道炎癥性疾病等。Th17細胞的生物學功能Th17細胞與疾病Th17細胞在發(fā)現(xiàn)早期就已被證實與自身免疫病有著非常密切的關系，包括類風濕性關節(jié)炎、多發(fā)性硬化、系統(tǒng)性紅斑狼瘡(SLE)。IL-17在氣道過敏性反應中也有一定作用,比如哮喘和慢性阻塞性肺病(COPD),這兩者與大量中性粒細胞增生以及IL-17的大量表達。最近的研究又發(fā)現(xiàn)了Th17 可能與腫瘤也有密切的關系。TCR-