第五节细胞应答的效应及其机制

第五节　T细胞应答的效应及其机制 (Effects and Mechanisms of T Cells Mediated Cellular Immune Responses)

T细胞活化后，经克隆扩增及功能分化，成为效应T细胞。效应T细胞具有合成并分泌特殊效应分子和表达特殊膜分子的能力，藉此可发挥辅助、炎症、杀伤等免疫效应。参与细胞免疫的重要效应T细胞有两类，对其总体评价是：

CD4⁺(Th1)细胞：产生或表达效应分子(IFN-γ、IL-2、LT、CD40L等)，活化 巨噬细胞、静止T细胞、B细胞及中性 粒细胞等，诱发迟发性超敏性炎症，在宿主抗感染(尤其是抗胞内感染)中起重要作用。

CD8⁺(CTL)细胞：分泌细胞毒素(穿孔素、颗粒酶等)，表达特殊膜分子(FasL、VLA-1等)，直接杀伤表达抗原的靶细胞。在机体抗肿瘤、抗病毒上发挥主要作用。

一、CD4⁺(Th1)细胞

Th1细胞作为一个效应T细胞，本身没有直接清除抗原的能力，其主要作用就在于它能产生、分泌及表达一些强有力的效应分子，通过这些效应分子实现对巨噬细胞、T细胞、B细胞及中性粒细胞等的武装，调动这些细胞的免疫力量来发挥抗感染作用(图11-6)。

图11-6　Th1细胞介导的细胞免疫效应

1.Th1细胞对巨噬细胞的作用

巨噬细胞的专职就是能吞噬多种外来异物，但是吞噬后能否将其销毁取决于自身的能力。某些胞内寄生的病原微生物如结核杆菌、麻风杆菌可在巨噬细胞内的吞噬小体中生长繁殖，从而避免 抗体和CTL的攻击，使巨噬细胞成为这些 致病菌的“ 避难所”。巨噬细胞只有活化后才能杀灭这些胞内寄生物，这就依赖于Th1细胞的辅助。Th1细胞最重要的效应功能主要表现在对巨噬细胞的活化，而这种活化建立在两个细胞的相互作用过程中。一方面巨噬细胞提供“双信号”给Th1细胞并使之活化，同时，活化的Th1细胞反过来又可活化巨噬细胞，从而增强巨噬细胞杀灭胞内寄生物的能力。

通过抗原提呈作用和协同刺激作用，Th1细胞获得两个信号后，信号转导，使得Th1细胞在几小时内诱导CK基因转录和新 蛋白质合成，最终导致活化分子的分泌或表达。IFN-γ和CD40L是强有力的巨噬细胞信号分子，它能使与Th1细胞接触的巨噬细胞最直接，最快速地活化。

(1)信号分子可促使其胞内吞噬小体与溶酶体的融合，形成吞噬-溶酶体(此吞噬溶酶体形成后， 糖酵解作用增强， 乳酸累积使pH值降低至3.5～4.0)，使该小体内酸性化，大大增加了各种杀菌酶和蛋白酶的活性；

(2)信号分子可导致巨噬细胞产生超氧离子和NO，此乃强有力的杀菌物质；

(3)信号分子可使巨噬细胞表面MHCⅡ分子和TNF-α受体表达量增加，使活化的巨噬细胞更有效地向新的T细胞提呈抗原，从而活化动员更多的效应T细胞，在免疫应答中起增强和放大效应。

此外，活化的Th1细胞还具有诱生并召集巨噬细胞的能力，其机机制为：①Th1细胞产生的IL-3和GM-CSF等，这些CK可刺激骨髓 造血干细胞生成新的巨噬细胞。②Th1细胞分泌的TNF-α和TNF-β( 淋巴毒素)可使炎症部位的 血管 内皮细胞黏附分子的表达量增加，在其他细胞分泌的CK的协同作用下，趋化 吞噬细胞游走并黏附血管内皮，继而穿越血管壁，吞噬消灭病原微生物和炎症产物。

必须指出，活化的巨噬细胞对宿主组织是颇具破坏性的，因此，这种效应Th1细胞活化巨噬细胞必须经严格控制：①IFN-γ只集中作用于感染的巨噬细胞，没有感染的巨噬细胞由于没有与Th1细胞密切接触而不被活化，所以只是局部某些巨噬细胞的活化；②IFN-γmRNA半寿期短，其有效活性时间有限，藉此，可限制Th1细胞对巨噬细胞的活化。③巨噬细胞(或Th2细胞)分泌的IL-10，可抑制IFN-γ的产生，从而抑制巨噬细胞的活化。

综上所述，巨噬细胞的活化与控制受许多因素的调节，维持一种动态平衡，过低的活化不能实现“排异”，过高活化又会造成有害后果，适度的活化，也就是说巨噬细胞活化在一定阶段，上述控制因素才起作用，最终达到既实现排异，又能防止自身组织损伤的目的。

2.Th1细胞对T细胞的作用

Th1细胞产生的IL-2、IFN-γ等细胞因子，可促使静止的Th细胞及前体CTL细胞(CTL precursor，CTLp)等增殖，从而放大免疫效应。

3.Th1细胞对B细胞的作用

Th1细胞产生的IFN-γ等可以辅助B细胞活化，促使其产生具有强调理作用的抗体，从而进一步调理巨噬细胞吞噬 病原体。

4.Th1细胞对中性粒细胞的作用

Th1细胞产生的淋巴毒素(LT)和TNF-α等可活化中性粒细胞，促使其杀病原体。

二、CD8⁺(CTL)细胞的作用

介导细胞免疫的另一种主要形式是CD8⁺T细胞的直接杀伤作用，这种CD8⁺T细胞亦称细胞毒T淋巴细胞(CTL)或杀伤性T细胞(TC)，它在机体抗病毒感染和对 癌细胞的免疫监视功能上十分重要。

下面重点介绍CTL杀伤靶细胞的过程。

CTL细胞90%为CD8⁺T细胞，靶细胞即是带有抗原信息(为免疫攻击)的细胞。

1.效-靶细胞结合

CD8⁺T细胞在外周淋巴组织中增殖、分化生成效应CTL后，在趋化因子的作用下离开淋巴组织向感染灶集聚。CTL细胞表面高表达的黏附分子(如LFA-1、CD2等)可以与表达相应受体(ICAM、LFS-3等)的靶细胞可逆性结合，当TCR遭遇 特异性抗原时，两者的结合更加密切。此时，在细胞接触的部位形成紧密而狭小的空间，CTL分泌的非特异性效应分子释放于此，从而选择性地杀伤所接触的靶细胞，而不影响邻近正常细胞。

2.CTL的极化(polarization)

当CTL的TCR与靶细胞上的抗原肽-MHCⅠ类分子结合后，TCR及其受体向效-靶细胞接触的部位聚集，在协同刺激分子的作用下，CTL细胞获得二个信号，信号向细胞内转导，导致胞质内的骨架结构(如肌动蛋白、微管)、高尔基复合体等重新排列，一些胞内颗粒(如特殊的溶酶体结构)在胞浆内沿微管系统快速运动，使得胞内的分泌装置集中朝向与靶细胞结合的部位，以保证激活的效应CTL细胞释放的非特异性效应分子高度集中而准确无误地杀伤带抗原信息的靶细胞，从而保护了邻近的正常细胞不受损害。

3.致死性攻击

效应CTL细胞杀伤靶细胞的机制，是藉自分泌的细胞毒素及诱导细胞凋亡来实现的。CTL主要通过两条途径杀伤靶细胞：

(1)穿孔素/颗粒酶途径穿孔素(perforin)是活化CTL胞浆颗粒中预先储存的一种细胞毒素，其生物学活性类似于 补体激活后所形成的膜攻击复合物(MAC)。穿孔素可单体插入靶细胞膜，也可在钙离子存在的情况下，在靶细胞膜上聚合形成内径为16nm的孔道，使水、电解质迅速进入细胞，导致靶细胞的崩解。

颗粒酶(granzyme)也是一类重要的细胞毒素，属 胰蛋白酶一类物质。颗粒酶随CTL的极化排出胞外，循穿孔素在靶细胞膜上所形成的孔道进入靶细胞，可迅速(数分钟内)通过激活凋亡相关的酶系统引起靶细胞溶解(图11-7)。

图11-7　穿孔素/颗粒酶途径引起靶细胞溶解

(2)Fas-FasL途径CTL细胞活化后，通过信号转导及基因转录，可表达FasL，它可与靶细胞上的受体Fas分子结合，激活胞内Caspase系统，介导靶细胞凋亡(图11-8)。

图11-8　Fas-FasL途径介导靶细胞凋亡

CTL在杀伤靶细胞的过程中自身不受损伤，当效应CTL细胞杀死靶细胞后，即迅速与之脱离，并可再次与周边表达相同特异性抗原的靶细胞结合，开始下一轮的杀伤过程。

三、T细胞介导的细胞免疫应答的病理生理意义

T细胞介导的细胞免疫应答是主要的免疫效应机制之一，具有重要的病理 生理学意义：

1.抗感染

T细胞效应主要针对胞内病原体，包括病菌、细菌、真菌及寄生虫等，是机体抗感染的主要防御机制。

2.抗肿瘤

T细胞介导的细胞免疫在机体抗肿瘤效应中发挥重要作用，其机制主要包括：CTL的特异性杀伤效应；巨噬细胞及NK细胞的杀伤效应；细胞因子直接或间接的杀瘤作用等等。

3.免疫损伤作用

Th1细胞可介导迟发型超敏反应、移植排斥反应。某些(器官特异性)自身免疫病等的发生和发展。

本章小结(Summary)

T细胞表面可表达多种膜分子。TCR-CD3复合物是T细胞的特有标志，也是T细胞识别抗原和转导信号的主要单位；具有免疫学意义的T细胞表面抗原主要是MHC抗原和分化抗原。T细胞是不均一的细胞群体，根据其表面特征和功能特点，可分为不同类别或亚群。

T细胞识别抗原的前提有赖于APC对抗原的加工提呈；T细胞识别抗原具有MHC限制性；T细胞进行抗原识别的部位是二级淋巴器官；接受抗原刺激后，T细胞的完全活化有赖于双信号刺激和细胞因子的作用；第一信号即抗原识别信号；第二信号是协同刺激信号；CD28/B7是重要的协同刺激分子。信号传入胞内引起早期蛋白酶的活化，通过酶的级联反应活化相关转录因子，转录因子转位至 细胞核启动 原癌基因、细胞因子及其受体基因表达，通过细胞因子的自分泌及旁分泌作用，促使 细胞分裂增殖，特异性T细胞克隆扩增，效应T细胞产生。效应T细胞主要有CD4⁺或CD8⁺T细胞二个亚群。CD4⁺细胞主要是指Th细胞，根据Th细胞所分泌的细胞因子不同，可分为Th1细胞和Th2细胞。Th1细胞主要参与细胞免疫，介导细胞毒作用和迟发型超敏反应性炎症，在机体抗胞内病原体感染中发挥重要作用。CD8⁺T细胞主要是指CTL，CTL的主要功能是通过启用细胞裂解和细胞凋亡两种机制来特异性直接杀伤靶细胞，在机体抗病毒感染和肿瘤免疫中起重要作用。

复习思考题(Review Questions)

1.T细胞有哪些重要的表面标志?它们有何功能?

2.根据T细胞的表面特征和功能特点，可分为哪些类别或亚群?

3.T细胞识别抗原的特点是什么?

4.简述T细胞活化的双信号理论。

5.简述Th1细胞的主要生物学效应。

6.CTL杀伤靶细胞的机制如何?

姚旌旗