免疫系統的生物學-T細胞和細胞免疫

T細胞在胸腺中成熟,獲得其功能及學習識別自我.胸腺完成陽性選擇(讓識別抗原/MHC的克隆增殖,成熟并移行至周圍)和陰性選擇(排除能將自身抗原作為異物起反應的克隆)的雙重功能.有關這種選擇確切的細胞和分子機制還未完全闡明.

　　從骨髓衍生的T-干細胞在胚胎發育過程移行至胸腺,在胸腺經歷了成熟和學習識別自我,經胸腺的選擇,成熟的淋巴細胞才被準許離開胸腺,可見于外周血和淋巴樣組織中,所有成熟的T細胞僅表達CD4或CD8中的一種.

輔助T細胞

　　通常將表達CD4的T細胞歸屬于輔助T細胞(TH).這些細胞可根據它們的功能,對不同細胞因子的應答以及分泌細胞因子的能力可再分成兩個主要部分.現認為TH細胞起始于能分泌IL-2的前身細胞,經最初的刺激,這些細胞發育為THO細胞,它能分泌幾種細胞因子,包括IFN-γ,IL-2,IL-4,IL-5和IL-10.根據細胞因子的作用,THO細胞能發育成為TH1或TH2細胞.IFN-γ和IL-12有利于TH1的發育,而IL-4和IL-10有利于TH2的發育.TH1細胞分泌IFN-γ,TH2分泌IL-4,然而這兩種亞類均等地分泌其他幾種細胞因子(如IL-3,GM-CSF,TNF-α).一般地說,TH1有利增強細胞免疫,而TH2有利于增強體液免疫.

　　所提到的TH1和TH2應答已改變了有關免疫系統與疾病關系的看法.一種免疫應答不僅應有活力,對感染或疾病還需適度.最好的例子是麻風,現相信TH1應答導致結核樣麻風,而TH2應答引起瘤型麻風.再則,TH1應答可加重自身免疫病,而TH2應答有利于IgE的分泌和特應性疾病的發展.

T-抑制/細胞毒細胞

　　與TH亞類相比,表達CD8的T細胞還未被很好地確定.與CD4相類似；根據CD8所分泌的細胞因子,CD8也能分成兩型.已提出淋巴細胞的型別可稱為Ⅰ型和Ⅱ型(T1,T2),而不是TH1和TH2,因為CD8也可見到相同的分型.

　　細胞毒T細胞(Tc)歸屬于抗原特異性,受MHC約束的細胞毒T細胞(以下稱為CTL).CD4和CD8細胞都具有CTL的功能,可根據各自所識別的是MHCⅡ類或Ⅰ類抗原加以區分.已被識別的多種細胞毒或殺傷細胞中僅有幾種表達CD8或CD4標志.

殺傷細胞

　　根據受MHC約束,致敏的需求,靶細胞的特異性和對細胞因子的應答可對一種(幾種)殺傷細胞作出鑒定.雖然巨噬細胞能被一些細胞因子所激活并成為細胞毒性細胞,但此毒性是非特異性的.不同類型的殺傷細胞能被簡化成MHC約束(如CTL)和非MHC約束(如NK細胞).它們均不需要抗體,補體或殺傷靶細胞的吞噬作用；換言之,在細胞緊密接觸后它們可通過靶細胞膜遞送溶解的信號.

　　MHC約束的殺傷細胞　細胞毒T淋巴細胞(CTL)為殺傷細胞,僅在特異性致敏時才產生,此種致敏或可由表達異體MHC同種產物的細胞或可由病毒感染,或由化學半抗原改變了自身細胞所致.CTL一生有三個階段：一種是前身細胞,經適當的刺激成為細胞毒性細胞；一種為效應細胞,能分化并溶解適當的靶細胞；一種為靜止,較長期未受刺激的記憶細胞,經原來細胞的再次刺激容易成為效應細胞.完整的細胞是產生CTL最強的刺激,而可溶性抗原卻無效.除了在某種情況下,如以上提及的抗原經處理,其片段嵌入抗原提呈細胞的MHC凹槽內時,也可作為刺激劑.目前已有可能鑒定出一些能很好適合各種MHC單倍體的肽類.若采用這些肽刺激,它們會嵌入MHC,刺激T細胞應答.

　　異體CTL易在以下情況下產生,即將正常淋巴細胞與同位素處理的部分或全部MHC不同的異體刺激細胞一起培養.它也能通過移植一個與受者MHC產物不同的供者器官在體內產生.此種CTL可能在器官移植排斥中起著重要作用.能成功地產生CTL需兩種信號：抗原信號(刺激細胞)和擴增信號.要使這兩種信號有效地作用,需抗原提呈細胞(APC),T輔助細胞和T殺傷細胞的前身細胞.擴增信號由前后起作用的細胞因子所介導；最重要的是IL-1,IL-2和IL-4.其他的細胞因子(包括IL-6,IL-7,IL-10和IL-12)確信至少在體外參與CTL的產生.

　　其他類型的CTL稱為抗原特異性CTL(同系CTL),它在清除某些胞內致病原(特別是病毒感染的抗原)中起著重要作用.同系CTL識別的僅是一些能表達抗原并與MHC相結合的能引起致敏的靶細胞.此種所產生的CTL能對抗由病毒感染或化學半抗原所改變的自身細胞.在細胞表面所表達的病毒產物或半抗原與MHC相結合,啟動了細胞的分化和釋放細胞因子的連鎖反應,其應答類似異體CTL.這兩種CTL都采用TCR/CD3復合物識別靶細胞.

　非MHC約束的殺傷細胞　NK細胞與CTL不同,它在表達殺傷功能時不需要致敏.NK細胞占正常外周血淋巴細胞的5%~30%.NK細胞屬淋巴細胞,但它們不屬于T或B細胞系.因此,NK細胞最有特征的表面標志是CD2+ , CD3- ,CD4- 和CD56+ ,有一種亞群為CD8+ .NK細胞可殺傷一些自身,異體甚至于外源性的腫瘤細胞,不管它們是否表達MHC.事實上NK細胞優先殺傷一些很少表達或不表達MHCⅠ類產物的靶細胞.當靶細胞被誘導增加MHC的表達(如經轉染或IFN的作用)；NK的殺傷活性會降低.MHCⅠ類產物的表達會明顯抑制NK的殺傷活性,致使在NK細胞表面可鑒定出幾個MHCⅠ類產物的受體.這些受體在結構上與TCR不同,通常歸屬于殺傷細胞抑制受體(KIR).在T細胞上TCR與MHC的作用導致T細胞的激活.雖然一些KIR會導致NK細胞的激活,而絕大多數KIR與MHC的作用卻會抑制NK的活性.在T細胞上也已證實存在著KIR,這是一個有興趣的謎.T細胞有針對相同分子(MHCⅠ類產物)的不同受體(TCR/CD3和KIR).它們起著相反的作用.何種因素決定著T細胞將被激活或被抑制,還未能很好地闡明,可能取決于不同的T細胞克隆.　

　　長期以來認為在監視腫瘤中NK細胞很重要,因為它們能殺傷一些腫瘤靶細胞,而且大多數腫瘤缺少MHC的表達.NK細胞也會殺傷一些病毒感染的細胞和某些細菌(如傷寒菌).NK細胞識別抗原的結構有待闡明.　

　　除了NK細胞的殺傷特性外,NK細胞能釋放幾種細胞因子,特別是IFN-γ和GM-CSF(粒細胞,巨噬細胞集落刺激因子).NK細胞可能是IFN-γ最重要的源泉.通過分泌IFN-γ,有利于TH1的分化和抑制TH2的分化,NK細胞能影響獲得性免疫系統.

抗體依賴性細胞介導的細胞毒

　　NK細胞表達CD16,這是一種IgGFc受體(見下文抗體結構),并用此受體介導其他種非MHC約束的殺傷性.抗體依賴性細胞介導的細胞毒(ADCC)依賴于能識別靶細胞的抗體(因此ADCC的特異性取決于抗體的特異性).當抗體與它的抗原相結合時會暴露其Fc區(見下文Ig結構)并將與NK細胞上的Fc受體結合形成一個橋.一旦此橋形成,就遞送一種還未很好了解的溶解信號至靶細胞,引起它的死亡.

　　在ADCC中有一種令人感興趣的類型,稱之為逆轉型ADCC.即有些細胞包括受MHC約束的CTL,當存在抗CD3抗體時會失去其特異性.抗CD3與殺傷細胞表面的配體相結合時使抗體的Fc部分游離出再結合至能表達Fc受體的靶細胞上.再則,一旦橋形成,溶解信號就被遞送至帶有Fc受體的靶細胞.某些類型的ADCC作為免疫治療的形式證明在體內能有效地殺傷腫瘤靶細胞.

非MHC約束的T殺傷細胞

　　除CD3- ,TCR- 的NK細胞外,其他的亞類是CD3+ CD56+ 并能表達CD2,CD5和CD8.雖然已檢定出一些TCR-αβ克隆,大多數非MHC約束的T殺傷細胞呈TCR-γδ.這種亞類能介導自發性NK樣活性,并在用IL-2刺激后增加此活性.其他的T細胞亞類(CD3+ TCR-γδCD4- CD8- CD56- CD16- )雖然大多數是克隆或細胞株,能有細胞毒性.需了解是否新鮮分離的這種表型的淋巴細胞具有自發性細胞毒的活性.

淋巴因子激活的殺傷細胞

　　有些淋巴細胞與IL-2培養會發育成為有效的淋巴因子激活的殺傷細胞(LAK),它能殺傷廣譜的腫瘤靶細胞,以及經培養改變了的自身淋巴細胞,一些病毒或半抗原.LAK可看作是一種現象而不是單一的淋巴細胞亞類.LAK的前身呈異質性,但能分為兩個主要類型：NK樣和T細胞樣.普遍認為經典的NK細胞構成了周圍血中主要的LAK前身.但在血管外組織中并非如此.

細胞免疫的檢測試驗

　　最基本的定量評估細胞免疫應包括用熒光分析法計數淋巴細胞,T細胞亞類數(CD3,CD4,CD8)和NK細胞數.質的評估包括遲發型超敏反應皮膚試驗(DTH)和以下的體外試驗：(1)應答可溶性抗原,抗CD3抗體和自身抗原的增殖性；(2)NK細胞自發性和經IL-2或IFN刺激后的溶解活性,(3)產生細胞因子的能力,著重是產生IFN-γ,TNF-α,IL-2和IL-4；(4)產生MHC約束的CTL的能力.根據這些試驗的結果作進一步的分析.細胞免疫的綜合檢測限于研究室.

　　DTH皮試建立了細胞免疫系統的一些正常模式(見上文).然而此試驗并不能檢測CD8細胞,未受刺激的CD4細胞,NK細胞和除朗格漢斯細胞外的抗原提呈細胞(APC)的狀況.例如,可能一個病人完全缺少NK細胞仍可有正常的DTH.因而,一個陰性的DTH皮試可表明細胞免疫異常,但反過來說就不正確(見下文免疫網絡).

　　DTH皮試應在48小時觀察,較早期的應答可能由Arthus反應所引起(它可在試驗后4~6小時開始,一直至24小時).Arthus反應是由于所存在的抗體與注入的抗原結合形成免疫復合體,激活補體,趨化中性白細胞.在Arthus反應所浸潤的細胞大多數屬中性白細胞.而在DTH所浸潤的細胞由單個核細胞所組成.DTH應答在48小時后開始消退,如果在72小時讀取皮試驗結果,一個弱陽性反應(>5mm的硬結)可轉為陰性.

　　免疫系統在起作用時作為一個整體,而無一個成分自主地起著作用.在任何的免疫應答時這些成分相互協調地,前后地或相抑制地起著功能.此見解可通過免疫系統清除微生物的能力得以證實.細胞外的微生物(大多數有莢膜的細菌)僅在被吞噬后才被消化.細胞內微生物(如分枝桿菌)容易被吞噬,但不會被消化,僅當巨噬細胞接受了一種激活信號后才將它們消化.

　　因而排除胞外微生物的策略是直接針對吞噬作用.調理作用(用抗體或補體產物包裹微生物)有利于此作用.由于大多數吞噬細胞具有抗體Fc部分和C3產物的受體,在細菌表面所存在的這些分子有利于細菌的粘附和吞噬.這種"簡單"的免疫應答取決于抗體成功的合成,補體連鎖的激活和完整的吞噬系統.抗體由B細胞產生,然而T細胞可輔助和抑制B細胞.再則,吞噬細胞可由趨化因子的作用得到補充,這些趨化因子中的一部分由T細胞所產生.

　　清除受感染吞噬細胞內的一些微生物的策略涉及到宿主細胞的激活,然后被"武裝",以非特異性方式殺死這些微生物.使巨噬細胞激活的能力是經典遲發型超敏反應(DTH)的核心.DTH皮試是免疫應答最好的一種范例,各種不同的連鎖反應參與此應答.DTH皮試時將一種抗原皮下注射于過去曾接觸此抗原的病人,在48小時內局部產生硬結..在皮膚的朗格漢斯細胞攝取注入的抗原,處理并將它(與MHCⅡ類抗原組成復合物)提呈給CD4細胞.此細胞(即一種長壽命記憶細胞)以前曾接觸過此抗原.一旦CD4+ 細胞與抗原-MHC復合物相結合,它就表達IL-2受體,并釋放幾種細胞因子(如IFN-γ,IL-2和淋巴細胞,巨噬細胞趨化因子).IFN-γ誘導內皮細胞使它們增加表達粘附分子,因而有利于淋巴細胞和巨噬細胞通過內皮屏障.IL-2和IFN-γ也能作為增殖/分化的信號,使記憶T細胞克隆和使新近到達注射部位的T細胞擴增.當巨噬細胞到達該處,它們可由于激活的T細胞所分泌的巨噬細胞移動抑制因子的作用防止再離開.IFN-γ和GM-CSF二者均由T細胞分泌,可作為巨噬細胞的激活因子(MAF),這種激活的巨噬細胞被"武裝"起來能殺死胞內的微生物和旁立的腫瘤細胞.

　　激活的巨噬細胞所分泌的IL-1和TFN-α可潛在地使IFN-γ和GM-CSF分泌,增加內皮細胞上粘附分子的表達,并使這些細胞分泌組織因子,從而啟動凝血連鎖反應,最終使纖維蛋白沉著.同時激活的淋巴細胞分泌巨噬細胞前凝血劑誘導因子(MPIF),促使激活的巨噬細胞表達巨噬細胞前凝血劑活性(MPCA)；MP-CA也能激活凝血的連鎖反應,引起纖維蛋白沉著.繼而引起DTH皮試所見到的硬結

　　DTH途徑在清除吞噬感染細胞的微生物中起著重要作用.某些微生物(如病毒)可感染缺少溶解機構的細胞,因不能使細胞激活而不能殺死胞內的微生物.此種致病原可被CTL清除.病毒感染時,在感染細胞的表面表達病毒抗原并與MHC相結合.這種病毒-MHC復合物將刺激自體CTL的產生,然后殺死表達此種復合物的細胞.根據病毒產物與MHCⅠ類或Ⅱ類的結合,CTL將可分為CD8和CD4亞類.如上面所討論,與不同MHC種類的結合取決于抗原提呈途徑,如麻疹和單純皰疹病毒所產生的CTL屬CD4亞類.在流感病毒感染時針對核蛋白抗原的CTL為CD8,而針對血凝素抗原的是CD4.

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