T细胞激活的三大信号及调控

文摘   2024-09-28 02:19   德国  

T细胞的来源与发育

起源:T细胞起源于骨髓中的造血干细胞。
发育过程:造血干细胞首先分化为淋巴祖细胞(lymphoid progenitor),接着分化出T细胞前体。这些T细胞前体离开骨髓并迁移到胸腺。
胸腺中的筛选:T细胞在胸腺中筛选,之后拥有T细胞受体(TCR)和辅助受体(例如CD4)。
成熟的T细胞:这些T细胞仍是初始T细胞(naive T cells),它们尚未接触过抗原,处于静止状态(G0期)。这些初始T细胞主要在血液、淋巴结及次级淋巴组织之间循环。

T细胞激活的三大信号

T细胞的激活是一个复杂的过程,涉及三大信号,这些信号缺一不可,共同确保T细胞正确响应外来抗原。
信号1:TCR与MHC复合物的结合(特异性识别)
  • 抗原呈递细胞(APC):如树突状细胞,通过MHC分子展示抗原。MHC有两类:

    • MHC-I:呈递内源性抗原(病毒、癌细胞)给CD8+ T细胞(细胞毒性T细胞)。

    • MHC-II:呈递外源性抗原(细菌、寄生虫)给CD4+ T细胞(辅助性T细胞)。

  • T细胞受体(TCR):T细胞通过其TCR特异性识别并结合APC展示的MHC-抗原复合物。

    • 该结合提供了T细胞激活的第一个信号,称为特异性信号

    • 这种结合具有高度的特异性,TCR必须与MHC-抗原复合物完美匹配,否则不会触发反应。

    • CD4/CD8辅助受体帮助稳定TCR与MHC的结合:CD4与MHC-II结合,CD8与MHC-I结合。

信号2:共刺激信号(增强反应)
  • CD28和CD80/CD86

    • T细胞表面的CD28与APC上的CD80/CD86分子结合,提供了第二个信号,这个过程称为共刺激信号

    • 如果没有这个共刺激信号,T细胞即使与抗原接触,也会保持无反应状态,避免误激活。

    • 共刺激信号确保了T细胞在正确的环境中(即有抗原存在时)激活,是启动免疫反应的必要条件。

  • 其他共刺激分子

    • ICOS(诱导共刺激分子):在效应T细胞和记忆T细胞中表达,通过与APC上的ICOSL结合,维持效应T细胞的活性。

    • CTLA-4:与CD80/CD86结合时起到抑制作用,防止T细胞过度激活,是共刺激信号的负调控分子。

信号3:细胞因子信号(扩展与分化)
  • 细胞因子网络:第三个信号是由APC分泌的细胞因子(尤其是IL-2)介导的。

    • IL-2是关键的促增殖细胞因子,它与T细胞上的IL-2受体结合,启动T细胞的增殖,形成克隆扩增。这种过程产生大量特异性T细胞,能够有效清除抗原。

  • 其他细胞因子

    • IL-12:诱导T细胞向Th1细胞分化,参与细胞介导的免疫反应。

    • IL-4:促使T细胞分化为Th2细胞,参与体液免疫和过敏反应。

    • TGF-β、IL-6:共同作用促使T细胞分化为Th17细胞,参与炎症反应。

    • 不同类型的细胞因子可以影响T细胞向不同的效应T细胞亚型分化。例如:

  • 激活完成后的状态

    • T细胞接受了三个信号后,进入激活状态,不再处于G0期。

    • 激活后的T细胞表现出高度的增殖能力,并分泌大量细胞因子以进一步激活其他免疫细胞。

激活后的T细胞反应

T细胞激活后,会发生一系列的生物学变化,包括克隆扩增分化记忆形成

克隆扩增
  • 激活后的T细胞迅速从静止状态进入细胞周期,并经历多次有丝分裂,产生大量克隆细胞。这些克隆细胞都表达相同的TCR,能够特异性识别并攻击原始抗原。

  • 这个过程称为克隆扩增,是免疫系统快速扩大应答能力的重要机制。

分化为效应T细胞
  • T细胞在激活和克隆扩增后,会在细胞因子的引导下分化为不同的效应T细胞类型:

  1. Th1细胞:通过分泌IFN-γ等细胞因子,激活巨噬细胞,增强其吞噬和杀灭能力,主要针对病毒细胞内病原体

  2. Th2细胞:通过分泌IL-4、IL-5和IL-13,激活B细胞,促进抗体产生,主要针对寄生虫过敏反应

  3. Th17细胞:通过分泌IL-17等细胞因子,促进中性粒细胞的招募,参与炎症反应抗菌防御

  4. Tfh细胞(滤泡辅助T细胞):主要在淋巴滤泡中帮助B细胞进行抗体的成熟和亲和力优化。

  5. Treg细胞(调节性T细胞):抑制免疫反应,防止免疫系统过度反应,维持免疫耐受

形成记忆T细胞
  • 一部分激活的T细胞分化为记忆T细胞,这些细胞在免疫反应结束后依然存活,具有长期存储抗原信息的功能。

  • 记忆T细胞可以迅速响应同一抗原的再次入侵,提供更快、更强的免疫反应,是免疫系统“免疫记忆”的关键。

平衡机制:共刺激信号的正负调控
  • 正调控:如CD28ICOS等共刺激分子,确保T细胞在合适的抗原环境中激活和增殖。

  • 负调控:如CTLA-4PD-1等抑制分子,在T细胞活性过强时通过抑制共刺激信号来降低免疫反应,防止免疫系统攻击自身组织,维持免疫系统的自我调节功能。

共刺激信号的正负调控

正共刺激信号(增强T细胞激活)

CD28-CD80/CD86通路

CD28是最主要的正共刺激受体,广泛表达在初始T细胞(naive T cells)表面。
CD80(B7.1)和CD86(B7.2)是抗原呈递细胞(APC)表面的配体,主要在树突状细胞、巨噬细胞和B细胞上表达。

作用机制

当T细胞通过TCR与APC上的MHC-抗原复合物结合时,CD28与CD80/CD86的结合提供了第二信号,这个共刺激信号能够增强TCR介导的激活信号,确保T细胞在合适的抗原环境中被激活。CD28信号通过促进下游的PI3K-Akt通路,增强IL-2的分泌和受体表达,IL-2是T细胞增殖和分化的重要细胞因子。

功能

增强激活:CD28信号促进T细胞进入细胞周期,增加克隆扩增,分化为效应T细胞。

防止无反应性(Anergy):没有共刺激信号时,T细胞即使与抗原结合,也不会被激活,反而进入无反应性状态,即T细胞无功能化,避免错误激活。

ICOS-ICOSL通路

ICOS(诱导共刺激分子)是另一种正共刺激受体,主要在效应T细胞和记忆T细胞中表达,初始T细胞不表达ICOS。
ICOSL(ICOS配体)在活化的APC(如树突状细胞、B细胞)中表达。

作用机制

ICOS与ICOSL结合后,维持效应T细胞的功能,尤其是在B细胞和T细胞相互作用时(例如滤泡辅助T细胞与B细胞的相互作用)。ICOS信号主要通过PI3K通路,在维持T细胞的长期激活状态、调节效应功能中起重要作用。

功能

维持效应T细胞的活性:ICOS信号确保效应T细胞能够持续产生细胞因子,并发挥免疫防御作用。

增强体液免疫:ICOS对于滤泡辅助T细胞(Tfh细胞)非常重要,这些T细胞通过与B细胞相互作用,促进高亲和力抗体的产生和记忆B细胞的形成。

负共刺激信号(抑制T细胞激活)

在免疫反应过程中,抑制T细胞激活和功能的负共刺激信号对于维持免疫系统的平衡、防止自身免疫反应和免疫过激反应至关重要。
CTLA-4-CD80/CD86通路
CTLA-4(细胞毒性T淋巴细胞抗原4)是T细胞表面的负共刺激受体,与CD28具有竞争关系。CTLA-4与APC上的CD80/CD86结合,但其结合能力比CD28强20倍,因此可以有效阻断CD28的正共刺激信号。
作用机制
CTLA-4在T细胞活化后的晚期被上调表达,并通过与CD80/CD86结合,抑制CD28介导的激活信号。CTLA-4的负调控通过抑制PI3K-Akt信号通路,减少IL-2的分泌,阻断T细胞的增殖和激活。
外周耐受:CTLA-4在外周组织中发挥重要作用,防止T细胞对自身抗原的反应,维持外周耐受

功能

抑制免疫反应:CTLA-4通过负调控共刺激信号来减弱T细胞活性,防止T细胞过度活化,确保免疫反应适度。
免疫调节:在调节性T细胞(Treg)中,CTLA-4发挥重要作用,通过削弱效应T细胞的功能,维持免疫耐受状态。
PD-1-PD-L1/PD-L2通路
PD-1(程序性死亡受体1)是另一种负共刺激分子,主要在活化的T细胞、B细胞和某些髓样细胞上表达。PD-L1和PD-L2是PD-1的配体,广泛表达在APC、肿瘤细胞以及某些外周组织中。

作用机制

PD-1与其配体PD-L1或PD-L2结合后,抑制TCR和CD28传导的信号。PD-1通过阻断PI3K/Akt信号通路和激活SHP-2磷酸酶,抑制T细胞的增殖、细胞因子的产生和存活能力。

功能

抑制效应T细胞功能:PD-1信号限制了效应T细胞在炎症环境中的持续活性,尤其在慢性感染和肿瘤微环境中,PD-1的表达常被上调,导致T细胞的功能衰竭。

免疫逃逸:肿瘤细胞通过高表达PD-L1,使T细胞在肿瘤微环境中失去杀伤力,从而逃避免疫监视。

LAG-3、TIM-3和其他负共刺激分子
LAG-3(淋巴细胞活化基因3)与MHC-II结合,阻断T细胞活化并抑制细胞因子的分泌。

TIM-3(T细胞免疫球蛋白与粘蛋白域蛋白3)与其配体结合后抑制T细胞功能,参与T细胞功能衰竭,尤其在慢性病毒感染和肿瘤中。

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Dr Leo
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