T细胞因成熟于胸腺而得名,主要功能是介导细胞免疫和调节机体的免疫应答。T细胞来源于骨髓干细胞(胚胎期来源于卵黄囊和胚肝),在胸腺中发育和分化。成熟后进入外周免疫器官的胸腺依赖区定居,并循血液->组织->淋巴->血液进行淋巴细胞再循环而遍布全身。外周血中T细胞占淋巴细胞总数的65%~70%。
T细胞的分化发育
T细胞的分化发育如下图所示:
图1:T细胞的分化发育
(DN:双阴性(CD4-CD8-);DP:双阳性(CD4+CD8+);SP:单阳性(CD4+CD8-或CD4-CD8+);CTL:细胞毒性T细胞(cytotoxic T lymphocyte))
在胸腺T细胞的发育过程中,首先要经历其抗原识别受体(TCR)的基因重排,表达多样性的TCR,然后经历阳性选择和阴性选择。CD4T细胞和CD8T细胞的分化在胸腺中完成后,CD4T细胞进入外周免疫器官之后,被抗原肽与Ⅱ类分子形成的复合物所激活,成为辅助性T细胞(CD4 Th);CD8 T细胞则被抗原肽与I类分子复合物激活,成为细胞毒性T细胞(CD8 CTL)。
根据CD4和CD8的表达,胸腺中的T细胞又可分为双阴性细胞(DN细胞)、双阳性细胞(DP细胞)和单阳性细胞(SP细胞)三个阶段。
(1)CD4-CD8-双阴性细胞阶段:pre-T以前的T细胞均为DN细胞。其中pro-T开始重排TCR基因。根据TCR的组成,T细胞可分为表达αβTCR的T细胞和表达γδTCR的T细胞,分别简称为αβT细胞和γδT细胞。在IL-7等细胞因子的诱导下 ,pre-T增殖活跃,并表达CD4和CD8,细胞进入DP阶段。
(2)CD4+CD8+双阳性细胞阶段:未成熟T细胞经历阳性选择并进一步分化为SP细胞。
(3)CD4+CD8-或CD4-CD8+单阳性细胞阶段:SP细胞经历阴性选择后成为成熟T细胞,通过血液循环进入外周免疫器官。
胸腺内双阳性T细胞(DP)分化为单阳性T细胞(SP),涉及阳性选择和阴性选择。
(1)阳性选择:双阳性T细胞(CD4+CD8+T,DP-T)在胸腺皮质、髓质交界处与胸腺基质细胞、DC、Mφ等细胞表面的MHC I类和Ⅱ类分子及其他因子相互作用,凡其TCR能识别I类、Ⅱ类分子,并能以中低亲和力与之结合的T细胞克隆被挑选出来(阳性选择),分化为单阳性T细胞(SP-T)。在这一阳性选择的过程中,DP-T如与I类分子作用,其 CD分子表达下调和抑制,而CD8分子表达上调,分化为单阳性CD8T细胞;如与Ⅱ类分子作用,其CD8分子表达下调和抑制,而CD4分子的表达上调,成为单阳性CD4T细胞。
(2)阴性选择:凡能以其TCR识别自身抗原肽-自身MHC分子并显示高亲和力的T细胞克隆,皆因凋亡而导致克隆清除,此称为阴性选择。
人体αβT细胞发育示意图如下:
图2:人体αβT细胞发育示意图
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T细胞的分类
1.根据所处的活化阶段分类
(1)初始T细胞(naïve T cell)
从未接受过抗原刺激的成熟T细胞,主要功能是识别抗原。初始T细胞在外周淋巴器官内接受DC提呈的pMHC刺激而活化,并最终分化为效应T细胞和记忆细胞。
(2)效应T细胞(effector T cell)是行使免疫效应的主要细胞。
(3)记忆T细胞(memory T cell)可由效应T细胞分化而来,也可由初始T细胞接受抗原刺激后直接分化而来。
2.根据TCR类型分类
(1)αβT细胞
即通常所称的T细胞,占脾脏、淋巴结和循环T细胞的95%以上。
αβT细胞亚群如图所示:
图3:αβT细胞亚群
(2)γδT细胞
主要分布于皮肤和黏膜组织,大多数γδT细胞为CD4-CD8-,少数可表达CD8。γδT细胞具有抗感染和抗肿瘤作用,可杀伤病毒或细胞内细菌感染的靶细胞,表达热休克蛋白和异常表达CD1分子的靶细胞,以及杀伤某些肿瘤细胞。
3.根据CD分子分亚群
(1)CD4+T细胞
CD4表达于60%~65%T细胞及部分NKT细胞,巨噬细胞和树突状细胞亦可表达CD4,但表达水平较低。活化后,分化为Th细胞,也有少数CD4+效应T细胞具有细胞毒作用和免疫抑制作用。
(2)CD8+T细胞
CD8表达于30%~35%T细胞,活化后,分化为细胞毒性T细胞(CTL),具有细胞毒作用,可特异性杀伤靶细胞。
4.根据功能特征分亚群
(1)辅助T细胞(helper T cell,Th)
Th均表达CD4,通常所称的CD4+T细胞即指Th。未受抗原刺激的初始CD4+T细胞为Th0。
CD4+效应T细胞的分化如下图所示:
图4:CD4+效应T细胞的分化
Th1:主要效应是通过分泌的细胞因子增强细胞介导的抗感染免疫,特别是抗胞内病原体的感染。
Th2:主要效应是辅助B细胞活化,其分泌的细胞因子也可促进B细胞的增殖、分化和抗体的生成。在超敏反应及抗寄生虫感染中也发挥重要作用。
Th9:通过分泌其特征性细胞因子IL-9在过敏性疾病、抗寄生虫感染和自身免疫病中发挥重要作用。
Th17:参与固有免疫和某些炎症的发生,在免疫病理损伤,特别是自身免疫病的发生和发展中起重要作用。
Th22:参与上皮细胞的生理功能和炎性病理过程,特别是在炎性皮肤疾病的免疫病理中发挥重要作用。
Tfh:滤泡辅助T细胞,是辅助B细胞应答的关键细胞。
(2)细胞毒性T细胞(cytotoxic T lymphocyte,CTL)
CTL表达CD8,通常所称的CD8+T细胞即指CTL,而同样具有细胞毒作用的γδT细胞和NKT细胞不属于CTL。CTL的主要功能是杀伤靶细胞。
(3)调节性T细胞(regulatory T cell,Treg)
通常所称的Treg是CD4+CD25+Foxp3+的T细胞。主要通过两种负调控免疫应答,在免疫耐受、自身免疫病、感染性疾病、器官移植及肿瘤等多种疾病中发挥重要作用。
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T细胞marker
CD4+ T cell:CD3E+ CD4+
CD4+ naive T cell:CCR7+ 、SELL+、CD5、HLA-B
CD4+ memory T cell:CD44、IFNG、S100A4+、GPR183+
CD4+ effector T cell:CD4、FASLG、 IFNG、CD44hi、FAS
CD4+ Th1:IL-2(IL2)、IFN-γ(IFNG)
CD4+ Th2:IL-4(IL4)、IL-5(IL5)、IL-13(IL13)
CD4+ Th17:IL-17(IL17A)、IL-22(IL22)
CD4+ Th9:IL-9(IL9)、
CD4+ Th22:IL-22(IL22)
CD4+ Tfh:CXCR5(CXCR5)、ICOS(ICOS)、PD-1(PDCD1)、IL-21(IL21)、Bcl-6(BCL6)
CD4+ regulatory T (Treg) cell :FOXP3+、IL2RA+
CD8+ T cell:CD3E+ CD8A+
CD8+ naïve:CCR7+ SELL+
CD8+ effector :CD8A 、FASLG、 CD44、 FAS
γδT cell :TRGV9+、TRDV2+