T淋巴细胞与特异性免疫应答课件.ppt

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1、T淋巴细胞与特异性免疫应答,T 淋巴细胞(T lymphocyte),一般概念：T淋巴细胞是一群具有免疫活性的小淋巴细胞。来源于骨髓或胚肝淋巴样干细胞分化发育的祖T细胞（pro-T），在未到达胸腺（thymus）皮质前又称前胸腺淋巴细胞（pre-T）,pre-T进入胸腺后在胸腺内微环境中多种因素的共同作用下分化、成熟，故T细胞又称胸腺依赖淋巴细胞（thymusdependent lymphocyte)。成熟的T细胞转移到淋巴结、脾等外周淋巴组织，接受APC表面特异性抗原肽及其它信号的共同刺激，成为效应性和记忆性T细胞，介导细胞免疫和免疫调节。,大颗粒淋巴细胞和淋巴细胞光镜图,T细胞电镜图,T细

2、胞在胸腺中的分化发育一、发育过程T细胞在胸腺微环境中的发育成熟(95%凋亡)1.胸腺微环境包括胸腺基质细胞(thymus stroma cell,TSC）、细胞外基质(extra-cellular matrix,ECM)和基质细胞产生的胸腺素、胸腺生成素等2.细胞因子 IL-7,SCF,CSF等3.细胞内分子 重组活化基因（recombination activating genes 1/2,RAG1/RAG2）和末端脱氧核苷转移酶（TdT）。参与TCR基因重排，重排后失活。,祖T细胞（pro-T),胸腺被膜下（pre-T),naive T cell,血液循环,高内皮静脉,外周淋巴组织,定居、

3、接受抗原信息、活化、增殖、分化成为Th、CTL或Tm,介导免疫调节和细胞免疫功能。,Tm,归巢,胸腺,Figure 7-12,二、阳性选择和阴性选择（一）特点：1.TCR基因重排并表现多样性后，才进行选择。2.选择发生在DPSP阶段。3.TCR传递选择信号，且与MHC有关。（二）意义：去除自身反应性T细胞（TCR针对自身），保留具有多样性的抗原反应性T细胞。,（三）阳性选择：1.胸腺皮质的上皮细胞介导阳性选择。2.TCR(能结合)自身MHC 细胞成活 TCR(不结合)自身MHC 细胞凋亡3.MHC-类分子选择CD8+T细胞 MHC-类分子选择CD4+T细胞意义：产生自身MHC限制性T细胞,（四

4、）阴性选择：1.胸腺髓质的巨噬细胞、树突状细胞和髓质上皮细胞介导阴性选择。2 高亲和力TCR自身Ag/MHC凋亡 低亲和力TCR自身Ag/MHC成活意义：克隆排除或克隆不应答(中枢耐受)，去除自身反应性T细胞。,T细胞的表面分子及其作用,一、TCR-CD3复合物(TCR/CD3）TCR是两条不同肽链由二硫键连接构成的异二聚体，构成TCR的肽链有四种类型:a,b,g,d，属于IgSF。TCRab:(TCR)占外周血T细胞的90%95%以上,a,b链由胞外区、跨膜区及胞浆区组成，胞外区包含一可变区（区）和一恒定区（C区），V区是识别Ag/MHC复合物的功能区，是参与特异性免疫应答的主要表面分子。T

5、CRgd:(TCR)占外周血T细胞的5%10%，识别Ag/非经典MHC，主要存在于粘膜上皮中，是粘膜上皮免疫的主要成分。,CD3分子：是由五种不同肽链组成的六聚体，五种肽链分别命名为g，d，e，z，h，该六聚体是以三个二聚体(ge,de,zz或 zh)组合的形式存在。,属IgSF C2亚家族。各肽链的胞浆区均含有可传递细胞活化信号的免疫受体酪氨酸活化基序(immunoreceptor tyrosine-based activation motif,ITAM)。该基序由18个AA残基组成(其中包括两个YxxL/V样的保守序列),各有一个,z 有三个,h有两个。在TCR复合物中，TCR识别配体后发

6、生变构，引起CD3分子变化，CD3分子主要通过ITAM传递细胞内信号。,TCRa b,CD3 zz,CD3ge de,ITAM,CD8,CD4,+,-,CD3 zh,-,complex,二、CD4和CD8分子 CD4:单链，属IgSF V亚家族，胞外有四个Ig样结 构域，V1含有CDR 功能:与MHC-分子b2结构域结合，稳定 T细胞和APC之间的相互作用(粘附分子)。参与传递细胞活化信号。CD4分子还是HIV囊膜糖蛋白gp120的受体。CD8:双链，属IgSF V亚家族，胞外各有一个Ig样 结构域。功能：与MHC-分子a3结构域结合，稳定T细胞和靶细胞之间的相互作用(粘附分子)。参与传递细胞

7、活化信号。,三、协同刺激分子 T细胞的活化需要多种信号。TCR(BCR、FcR、MHC等)传递的信号启动细胞活化，但细胞的完全活化需要其他细胞膜上信号传递分子的协同。如果没有这些协同刺激分子，T细胞进入无反应状态，导致免疫无反应性。协同刺激分子包括多种粘附分子，例如CD28、CTLA-4、CD2、CD40L、ICAM-1/LFA-1、LFA-2/LFA-3及ICOS：expressed on activated T cell(ligand:B7-H2,function:to activate T cell),（一）CD28和CTLA-4(CD152)CD28和CTLA-4:双链，属IgSF V

8、亚家族。APC表面的B7.1/B7.2(CD80/CD86)分子是其天然配体。CD28提供协同刺激信号，参与初始T细胞的活化增殖和IL-2等细胞因子的生成。CTLA-4只表达在活化的T细胞表面，与配体亲和力高。其胞浆区有I/VxYxxL基序（immunoreceptor tyrosine-based inhibition motif,ITIM)，ITIM中的酪氨酸残基被磷酸化后，可与蛋白酪氨酸磷酸酶（SHP-1)和肌醇5-磷酸酶（SHIP)结合，向活化的T细胞内传递抑制信号，避免T细胞的过度激活。同时允许Tm生成和参与CTL对靶细胞的杀伤作用。,（二）CD2分子,CD2即LFA-2（lymph

9、ocyte function associated antigen-2),又称绵羊红细胞受体(SRBCR),属IgSF。配体是LFA-3(人CD58或小鼠CD48)。胞浆区有信号传递相关的SH3(Src-homology 3)功能区。功能:1.加强T细胞与其它细胞间的粘附，促进T细胞的活化；2.旁路激活T细胞；3.形成E花结。,（三）CD40L(CD154),CD40L也称gp39、TNF相关激活蛋白（TRAP)或T细胞-B细胞活化分子（T-BAM)，是II型跨膜糖蛋白，主要表达于活化的CD4T细胞和部分活化的CD8T细胞。功能：1.与B细胞上的CD40结合，调节B细胞的活化，并促进记忆性B细

10、胞的产生，挽救凋亡的B细胞；2.CD40/CD40L交联对T细胞的功能和记忆T细胞的生成具有调节作用；3.CD40/CD40L相互作用可刺激胸腺上皮细胞、DC及其它APC表达B7，参与胸腺中T细胞的阴性选择。,（四）ICOS（inducible costimulator）,表达于活化的T细胞，人的ICOS配体为ICOS/B7-H2。初始T细胞的活化主要依赖CD28提供协同刺激信号；而ICOS则在CD28之后起作用，调节活化T细胞多种细胞因子的产生，并促进T细胞的增值。,表达于活化的T细胞，配体为PD-L1和PD-L2。PD-1与相应配体结合后，可抑制T细胞的增殖以及IL-2和IFN-等细胞因子

11、的产生，并抑制B细胞的增殖、分化和Ig的分泌。PD-1还参与外周免疫耐受的形成。,(五)PD-1（programmed death 1）,（六）LFA-1分子,LFA-1属于白细胞整合素家族的一类粘附分子，是由a和b亚单位通过二硫键连接而成的异二聚体。其配体是ICAM-1。不同状态的LFA-1在淋巴细胞表面的分布是不同的，静止淋巴细胞分布分散，而活化的外周血淋巴细胞及效应T细胞呈集中分布，在局部形成高密度的LFA-1分子区域，大大提高其与配体结合时的亲和力。LFA-1/ICAM-1的结合参与T细胞的活化、增殖、分化及归巢等多种生理过程，并促进T细胞在受到外来抗原等信号刺激后的相互凝集。,四、C

12、D45分子 CD45有多种异构体，它们细胞外长度不同，胞浆区相同。CD45的异构体是鉴定细胞类型的重要标志，例如初始T细胞为 CD45RA+，记忆T细胞为CD45RO+。CD45胞浆区有酪氨酸磷酸酶活性，对T、B细胞的活化有双向调节作用。,五、丝裂原结合分子,T细胞表面还表达多种能结合丝裂原的膜分子，其结合丝裂原的特异性由糖基特点决定。与丝裂原结合后，可直接诱导静止T细胞的活化、增殖和分化。刀豆素A（Con A）、植物血凝素（PHA）是最常用的T细胞丝裂原，常用其刺激的淋巴细胞转化实验来检测T细胞功能。,六、其它表面分子,T细胞活化后还表达许多与效应功能有关的分子，如与其活化、增殖和分化密切相

13、关的细胞因子受体（IL-1R、IL-2R、IL-4R、IL-6R、IL-7R、IL12R和IFN-gR等）及可诱导细胞凋亡的FasL（CD95L）等。T细胞也表达Fc受体（如FcgR等）和补体受体（CR1）等。,T细胞亚群,一、初始、效应和记忆性T细胞,二、abT细胞和gdT细胞,我们通常所说的T细胞都是abT细胞，成熟的abT细胞多是CD4+或CD8+T单阳性细胞，而gdT细胞多是CD4-CD8-双阴性细胞,也有部分是CD8+gdT细胞。gdT细胞具有如下特点：1.组成TCR的gd链较ab链更象Ig；2.gdT细胞对抗原识别的特异性较低，识别多肽抗原时无MHC限制性，且多肽不需要处理成小分子

14、肽断，可被整体识别；,3.gdT细胞能识别一些非多肽抗原：如脂类、多糖等，同时对HSP有特殊的亲和力；4.gdT细胞不识别抗原肽-MHC复合物,但对某些MHC-I类样分子(如CD1)所结合提呈的抗原能产生应答;5.gdT细胞可能是机体非特异性免疫防御的重要组成部分,尤其是在皮肤粘膜局部及肝的抗感染免疫中起重要作用。,三、CD4T细胞和CD8T细胞CD4细胞主要识别外源性抗原肽，受MHC II类分子的限制。活化后分化的效应细胞主要为Th和迟发型超敏反应T细胞（TDTH），也有少数CD4效应T细胞具有细胞毒作用和免疫抑制作用(Ts)。而CD8T细胞识别内源性抗原肽，受MHC I类分子的限制。活化后

15、分化的效应细胞为Tc(CTL)细胞和Ts，CTL具有细胞毒作用，可特异性杀伤靶细胞。,四、Th、CTL细胞 Th细胞：Th0：Th1和Th2前体，可产生多种细胞因子。Th1：产生IL-2、IFN-；辅助T、M；抑制Th2。Th2：产生IL-4、IL-10和IL-13；辅助B；抑制Th1。Th3:产生TGF-b,抑制Th1和Th2,对免疫应答发挥负调节作用。Tr1:多在IL-10的诱导下生成，增殖能力强，具有旁观者抑制效 应和免疫记忆力。Th17:通过分泌IL-17参与炎症的发生和自身性免疫疾病的发生。Treg,TfH,Th9，Th22等,CTL细胞：CTL细胞表达CD8，产生IL-2、TNF-

16、b、IFN-等细胞因子，主要 介导CTL的胞毒活性。而同样具有细胞毒作用的gdT细胞和NKT 细胞不属于CTL。NKT细胞：NK1.1是其主要表面标记。经典NKT一般为CD4和DN NKT细胞；非经典NKT一般为CD8NKT细胞。功能：1.免疫调节作用 分泌大量IL-4、IFN-、GM-CSF、IL-13等细胞因子，IL-4可诱导Th0向Th2分化，参与体液免疫应答或诱导B细胞发生IgE类别转换，参与速发型超敏反应；IFN-与IL-12协同作用，可使Th0向Th1分化，增强细胞免疫应答。此外还可分泌趋化因子，参与炎症反应。2.细胞毒作用 表达IL-12、IL-2和IFN-等受体。在相应抗原或细

17、胞因子作用下，NKT细胞活化，并通过分泌穿孔素使某些病毒、胞内寄生菌感染的细胞和肿瘤细胞发生溶解；也可经Fas/FasL使上述细胞发生凋亡。,CD4CD25调节性T细胞（Tr)CD4+CD25+Tr细胞是1995年由日本学者Sakaguchi等首次报道，占正常人和小鼠外周血、脾脏CD4+T细胞中的5-10，细胞表面高表达CD25（IL-2受体的链）、和转录因子foxp3及CTLA-4、CD28等分子，Tr在正常情况下可以维持机体内环境的稳定，调节炎症反应和自身免疫性应答；在肿瘤发生的过程中，抑制效应T细胞对肿瘤细胞的杀伤作用；在移植之后，抑制CD4+T和CD8+T细胞的过度活化，从而抑制机体对

18、异体移植物的排斥应答。总的来说，Tr细胞的作用是免疫负向调控。,目前认为其通过以下机制发挥抑制作用：（1）通过细胞因子如TGF-、IL-10来发挥调节作用；（2）通过其细胞上的CTLA-4与T细胞表面的CD80、CD86相结合，引发胞内信号传导途径的活化的直接接触方式改变T细胞的表型甚至功能；（3）通过下调 APC表达CD80、CD86，而导致APC无法活化效应T细胞；（4）通过穿孔素、颗粒酶直接杀伤效应性T细胞。CD4+CD25+Tr细胞作为一个具有免疫负向调节作用的T细胞亚群，在维持自身免疫耐受过程中有着不可替代的作用和应用前景。,T细胞介导的细胞免疫应答,免疫应答（immune resp

19、onse)是指机体受抗原刺激后，体内抗原特异性淋巴细胞识别抗原，发生活化、增殖、分化或失能、凋亡，进而表现出一定生物学效应的全过程。淋巴细胞对抗原的特异性识别能力是受遗传基因控制并在个体发育过程中所形成。免疫应答最基本的生物学意义是识别“自己”与“非已”，从而清除“非己”的抗原性物质，保护机体免受异己抗原的侵袭。,免疫反应(immune reaction)：效应物质（抗体和致敏淋巴细胞）与相应抗原特异性结合所发生的反应 正常：清除非己抗原、自身耐受，保护自身 异常：超敏反应过敏反应 免疫低下或缺失感染、肿瘤 对自身抗原应答自身免疫性疾病,免疫应答的特性：识别性：识别抗原性异物，这种识别是在识别

20、“自我”的基础上，对异己物质的识别；特异性：只对诱导免疫应答的抗原发生应答和结合反应，对其它抗原没有作用；获得性：只在抗原刺激后产生，不能遗传给后代。,免疫应答的可分为三个阶段：识别启动：包括APC对抗原的摄取、处理、递呈和淋巴细胞特异性识别抗原 增殖分化：指T、B细胞识别抗原后传递活化信号，自身发生活化、增殖和分化 效应：引发T细胞介导的细胞免疫效应和B细胞介导的体液免疫效应 场所：主要在外周免疫器官（淋巴结、脾脏）,T细胞特异性识别抗原,一、内源性抗原或外源性抗原的提呈(复习)二、APC与T细胞相互作用包括：非特异性结合特异性识别共刺激分子相互结合,T细胞与APC的识别与结合,非特异性粘附

21、：ICAM1/2-LFA-1LFA-3-CD2VCAM-1-VLA-4特异性识别：MHCII类分子/抗原肽与TCR/CD3复合物共刺激分子：B7-CD28,Immunologic synapse,The TCR and accessory molecules in the T cell plasma membrane move coordinately with their ligands in the APC membrane to form a transient supramolecular structure.Supramolecular activation clusterThe f

22、ormation of this immunologic synapse regulates TCR-mediated signal transduction.,L,T细胞的活化,一、T细胞活化的双信号刺激,第一信号：抗原与抗原受体的识别与结合 第二信号：APC细胞的协同刺激分子与T细胞 表面的相应受体结合 如果没有第二信号的辅助信号，T细胞表现为 以下两种情况 T细胞不能充分活化 抗原特异性T细胞的凋亡、失能（anergy),二、T细胞活化的信号传导过程,与TCRCD3复合物相连的CD4分子胞浆段与lck相连，当受体与抗原肽/MHC复合物识别后，导致lck磷酸化CD3分子ITAM磷酸化募集并

23、活化Fyn、ZAP70PLC细胞内钙增加钙调磷酸酶活化活化转录因子CD28分子活化后可激活PI3激活与Fyn、ZAP70等信号被整合活化特异性转录因子IL2基因转录,三、TCR活化信号胞内转导的途径（一）PLC活化 ZAP-70LAT（linker of activation in T cells）、SLP-76(接头蛋白）PLC-（phospholipase C-,磷脂酶C-）PIP2IP3、DAG细胞内Ca2+PKC（protein kinase C）NF-B钙调磷酸酶（calcineurin）NFAT（nuclear factor of activated T cell,活化T细胞核因子

24、）（二）MAP激酶活化 ZAP-70 GEFs（gnanike nuclectide exdcanpe factors,鸟苷酸置换因子）Ras与Rac活化MAP激酶级联反应活化c-fos、c-Jun（转录因子AP1，activator protein 1 的组成成分）,四、转录因子的活化与基因表达,（一）转录因子活化,T细胞内转录因子活化，结合到有关基因的调控区，增强了启动子的活性。IL-2基因中具有几个转录因子的结合位点：AP-1、NF-B、Oct-1（Octamer binding protein）、和NFAT。NFAT：未经活化的T细胞停留于胞浆中，活化后在细胞内Ca2+的影响下，从胞浆

25、中转移至细胞核内。与AP-1转录因子结合，作用到IL-2基因的增强子上。NF-B：在静止细胞中与IB结合，当DAG、Ca2+活化PKC后，使NF-B从抑制剂中释放出来。,（二）T细胞活化后诱导表达的重要 的活性分子,IL2：T细胞活化后的快速克隆扩增与分化CD40L：辅助B细胞及M的活化增加APC表面的B7表达水平FasL：导致靶细胞凋亡,T细胞的增殖和分化,增殖分化的机制CD4+T细胞的增殖CD8+T细胞的增殖,Figure 8-19,Figure 8-20,(一)T细胞增殖分化的机制,静息T细胞表达低亲和力的IL2受体（由两条链组成），当T细胞活化时，表达链，因此IL2受体由低亲和力转变为

26、高亲和力。同时T细胞活化时分泌IL2，就以自分泌及旁分泌的形式作用于T细胞，引起T细胞的增殖及分化。其它细胞因子如IL4、IL12、IL15起着重要的作用,(二)CD4+T细胞的增殖及分化,CD4+T细胞活化 TH0TH1（IL12）（细胞免疫）TH0TH2（IL4、IL10）（体液免疫）,(三)CD8+T细胞的增殖及分化,Th细胞非依赖性的激活Th细胞依赖性的激活抗原从宿主细胞脱落后，被APC摄取，并以MHCI类及MHCII类复合物形式递呈在APC细胞表面。CD4+T细胞与CD8+T细胞识别同一APC递呈的特异性抗原，CD4+T细胞活化后，分泌IL2；CD8+T细胞活化后表达高亲和力的IL2

27、受体，IL2以旁分泌形式作用于CD8+T细胞引起T细胞的增殖，并分化形成CTL。,T细胞应答的效应及机制,一、效应细胞的生物学特性,合成并分泌多种效应分子如细胞因子、蛋白酶、细胞毒素（穿孔素及颗粒酶）；膜分子表达及生物学活性的变化FasL，VLA4高表达CD2及LFA1CD45RO,二、Th1细胞介导的细胞免疫效应,胞内寄生的病原体（如分析杆菌属的结核杆菌和麻风杆菌）,（一）TH1细胞对巨噬细胞的作用,TH1细胞与巨噬细胞所递呈的特异性抗原结合，可诱导巨噬细胞激活 TH1细胞诱生IFN-等巨噬细胞活化因子；TH1细胞表面CD40L与巨噬细胞表面的CD40 结合，或向巨噬细胞提供活化信号。TH1

28、细胞诱生及募集巨噬细胞活化巨噬细胞或通过产生NO和超氧离子；促进溶酶体与吞噬体融合；合成释放各种抗菌肽和蛋白酶等。产生趋化因子，表达MHCII类分子及TNF-受体数量增加，增强且放大了免疫效应；产生IL-12，促进趋化单个核细胞、中性粒细胞及其它白细胞至感染局部，引起炎症反应。,Figure 8-39,Figure 8-40,Th1细胞与活化的M协同对抗胞内寄生病原,某些病原微生物可寄生在M本身，使其失去活化能力。对这些病原微生物的清除，则依赖于Th1细胞与M的协同。Th1细胞表达FasL，能杀死表达Fas分子的靶细胞，包括感染了胞内寄生病原的M。被杀死的M释放出胞内细菌，这些细菌又被新召集来

29、的M所吞噬。,Figure 8-41,(二)、Th细胞对T细胞、B细胞、中性粒 细胞的激活作用,Th1细胞对T细胞的作用产生IL2，促进Th1、Th2、CTL和NK等细胞的增殖，从而放大免疫效应。Th1细胞对B细胞的作用Th1细胞辅助B细胞的作用，使B细胞产生具有强调理作用的抗体（如IgG2a），从而进一步增强巨噬细胞对病原体的吞噬。Th1细胞对中性粒细胞的作用产生淋巴毒素和TNF-，可活化中性粒细胞，促进其杀伤病原体。,三、Th2细胞介导的细胞免疫效应,辅助体液免疫应答 Th2细胞通过产生IL4、IL5、IL10、IL13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。参与超敏反

30、应性炎症 Th2细胞分泌的细胞因子可活化肥大细胞、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。,四、CTL介导的细胞毒效应,效靶细胞结合CTL的极化(polarization)致死性打击 释放杀伤介质 诱导靶细胞凋亡 高效、连续、特异性地杀伤靶细胞而不损伤正常组织细胞，对机体清除病毒感染、肿瘤细胞及胞内感染具有重要意义。,CTL杀伤靶细胞的过程,识别与粘附其它粘附分子的协同作用下经TCR识别靶细胞上的抗原肽/MHC I类分子结合 CTL的极化向T细胞传递活化信号，使胞质内的骨架结构重排，胞内颗粒在胞质内沿微管系统快速移动，集中到与靶细胞结合部位，并释放颗粒内的细胞毒物质,致死性打击

31、杀伤介质释放：颗粒酶（granzyme）穿孔素（perforin），细胞溶解诱导靶细胞凋亡，CTL释放的效应分子可诱导靶细胞内核酸酶的活化，破坏靶细胞内的DNA及病毒DNA。活化的CTL表面表达FasL，诱导表达Fas的靶细胞凋亡。此外活化一段时间后的T细胞表面也可表达Fas,可被T细胞自身诱导凋亡,穿孔素（Perforin）溶解靶细胞,诱导凋亡,Fas/FasLTNF-a/TNF-aRGraz B,特异性、连续性、高效性,活化T细胞的转归,转变为记忆性T细胞，参与再次免疫应答活化T细胞发生凋亡 活化诱导的细胞死亡（activation-induced cell death,AICD),激活T细胞可高表达死亡受体Fas及FasL，二者结合后可启动细胞内caspase级联反应，导致细胞凋亡。被动细胞死亡：,T细胞免疫的病理生理学意义,抗肿瘤抗感染(病毒及胞内寄生菌)免疫耐受免疫损伤,