T细胞的类别(18页).doc
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1、-T细胞的类别一、与T细胞识别、粘附、活化有关的CD分子T细胞是一类重要的免疫活性细胞,除直接介导细胞免疫功能外,对机体免疫应答的调节起关键作用。T淋巴细胞本身的识别活化及效应功能的发挥,不仅与外来抗原、丝裂原和多种细胞因子密切相关,而且有赖于T细胞相互之间、T细胞与抗原提呈细胞(APC)之间以及T细胞与靶细胞之间的直接接触。T淋巴细胞识别抗原的受体是T细胞受体(T cell receptor,TCR)与CD3所组成的复合物(TCR/CD3)。在识别过程中还有赖于抗原非特异性的其它细胞表面分子的辅助,这些辅助分子(accessory molecules)主要包括CD4、CD8,MHC 类分子、
2、类分子,LFA-1(CD11a/CD18)、CD49d、e、f/CD29(VLA-4、VLA-5、VLA-6)、CD28、CD44、CD45、ICAM-1(CD54),LFA-2(CD2)和LFA-3(CD58)等。有关MHC类、类分子的结构和功能在第六章“MHC及其临床应用”中讨论。VLA-4、VLA-5、LFA-6、LFA-1、ICAM-1、CD44见第二章“粘附分子”。有关CD45在第八章“免疫球蛋白超家族”中阐述。图1-1 参与T细胞对靶细胞识别的分子(模式图)T细胞表面的辅助分子有以下特点:(1)存在于T细胞上的辅助分子可特异地与存在于APC或靶细胞上的某些分子(配体)相结合,如LF
3、A-1和CD2可分别与ICAM-1和LFA-3结合。(2)辅助分子本身不具有多态性,在一个物种所有个体的所有T细胞的某一种辅助分子的结构基本上是相同的。(3)辅助分子可加强T细胞与APC或靶细胞结合的程度。(4)许多辅助分子具有转导信号的功能,如CD2、CD4和CD8等分子。(5)有些辅助分子如CD2、CD4、CD8、CD28、Thy-1等其编码的基因属于Ig基因超家族;有些辅助分子如LFA-1、VLA-4、VLA-5和VLA-6等编码的基因属于integrin 基因超家族。(6)T细胞膜表面辅助分子作为膜表面重要的标记已被应用于临床的诊断和治疗。(7)细胞因子可调节辅助分子的表达,从而改变细
4、胞间粘附的能力,这是细胞因子免疫调节作用的一个重要方面。(一)T细胞受体T细胞受体(T cell receptor,TCR或Ti)是T淋巴细胞表面识别外来抗原与自身MHC 类抗原(或类抗原)复合物的受体,在同种异体移植中TCR也识别单独的非已的MHC抗原。目前已经证实,TCR在细胞表面与CD3密切结合在一起组成TCR/CD3复合物,TCR识别抗原后刺激信号是通过CD3分子传递的。1.T细胞受体的类型和结构TCR中的多肽链是异质性的。根据抗原结构和编码基因不同,已发现有、和四种多肽链。关于TCR多肽链的结构大多是从分析TCR多肽链cDNA或基因组克隆(genomic clones)而来,编码TC
5、R多肽链的基因属于免疫球蛋白基因超家族成员。成熟TCR肽链分子量在4060kDa之间。根据TCR中异源双体的组成的不同,TCR可分为以TCR和TCR两种类型。(1)TCR:CD阳性TCRT细胞可识别非已MHC类抗原(同种异体抗原)或自身MHC类抗原与加工后抗原的复合物CD8阳性TCR T细胞则可识非已MHC类抗原或自身MHC 类抗原与加工后抗原的复合物TCR链分子量4050kDa的酸性糖蛋白,链4050kDa不带电或碱性糖蛋白。和链各由一个可变区(V区)和一个恒定区(C区)组成,与Ig的V区和C区大小相似,属于免疫球蛋白超家族成员。TCR、链的V区约含102到109个氨基酸,在V区部分由两个半
6、胱氨酸形成链内二硫键,组成约含5060氨基酸残基的环肽,这与IgV区结构和功能相似,是特异性识别外来抗原的结构域。TCR、链的C区约含138到179个氨基酸,每个C区形成由链内二硫键连接的环肽。、链在连接肽(connecting peptide)形成链间二硫键。穿膜区约由2024氨基酸组成,链穿膜区含有带正电的1个赖氨酸和1个精氨酸残基,链穿膜区含有1个带正电的赖氨酸残基,这些带正电的氨基酸与CD3、和链穿膜区带负电的谷氨酸和/或天冬氨酸形成盐桥,稳定TCR/CD3复合物结构,并与CD3传递信息有关。、链胞浆部分只有512氨基酸长的尾部(图1-2)。图1-2 TCR异源双体模(2)TCR :T
7、CR和链各包括一个Ig样的V区和C区、连接肽、疏水的穿膜区以及一个短的胞浆区尾部,在连接肽区可形成链间的二硫键。和链的穿膜区各含有1个带正电的赖氨酸,此外链还有1个带正电的精氨酸,这些带正电的氨基酸与CD3、和链穿膜区带负电的天冬氨酸或谷氨酸形成盐桥。在氨基酸水平上分析,TCR链与链同源性较高,而TCR链与链同源性较高。在人类TCR有二硫键相连和非共价相连两种形式,而在小鼠只发现二硫键相连的TCR形式。人链分子量为3655kKa,链为4060kDa,、链的分子量大小取决于多肽骨架的长度和糖基化的程度。有关TCR、链基因的结构和重排见第三章“免疫球蛋白超家族”2.两种类型TCR T细胞的比较TC
8、R与TCR不仅组成受体多肽链的结构不同,而且具有这两种类型受体T细胞的分布、表型、发育以及功能也有差别(表1-5)。表1-5 TCR与TCR细胞特性的比较特性TCRTCR分布PBL6070%0.515%其它部分小鼠树突状表皮细胞(DEC)、小鼠粘膜上皮内淋巴细胞(IEL)表型CD4+CD8-6065%1%CD4-CD8+35%2050%CD4-CD8-95%-或+(弱)发育胸腺后期胸腺早期(早于TCR)功能(1)识别MHC与加工处理 多肽的复合物(1)识别外来抗原的MHC限制尚有争论,识别破伤风类毒素可能受MHC类抗原限制;小鼠TCR对合成肽反应受Qa分子限制。(2)识别非已MHC及MHC类抗
9、原相关分子(TLa、CD1)(2)识别非已MHC(3)产生些细胞因子(IL-2、IL-4、IL-5、GM-CSF、IFN-)(3)产生多种淋巴因子(4)某些TCR细胞可杀伤靶细胞(5)调节TCR的发育。(4)杀伤病毒感染等靶 细胞(6)上皮屏障(针对肠毒素、分枝杆菌热休克蛋白等)注:树突状表皮细胞dendritic epidermal cell, DEC上皮内淋巴细胞intraepithelial lymphocyte IEL在正常外周血中,CD4-CD8+、CD4+CD8-、CD4+CD8+和CD4-CD8-四种表型不同的T细胞分别占T细胞总数的25%、70%、1%和4%左右,其中前三种表型
10、TCR类型主要为TCR,而CD4-CD8-T细胞主要为TCR。以下疾病可见外周血或局部TCR细胞数量或比率升高:(1)重症联合免疫缺陷、常见可变型免疫缺陷、Wiskott-Aldrich综合征、Di-George综合征、白血病患者骨髓移植等病人外周血中TCR细胞百分率增加;(2)少数急性T细胞白血病、T细胞恶性淋巴瘤患者为TCRT细胞发生恶性变;(3)慢性淋巴细胞性白血病、大颗粒淋巴细胞(LGL)白血病病人PBMC中TCRT细胞百分率增加;(4)肾移植患者排异反应晚期外周血中TCR细胞增加;(5)类风湿性关节炎患者关节腔滑液中TCR阳性细胞比率要高于外周血中TCR细胞比例,推测TCR可能参与局
11、部炎症的发生;(6)经结核杆菌免疫后的局部淋巴引流液中TCRT细胞比例增加,麻风结节病灶中有很高比例的TCRT细胞,提示TCRT细胞对分枝杆菌所致的感染免疫中起重要作用;(7)HIV、EBV感染时外周血TCRT细胞比例增加。超搞原有的抗原不经过APC处理和递呈可直接激活CD4阳性T细胞称为超抗原(superantigen,SAg),具有类似致分裂原的作用。SAg对T细胞的激活采取一种独特的方式,即分子一端和TCR链上V基因产物结合,别一端和APC表面MHC类分子相结合。因此SAg发挥作用需有两类细胞:表达TCR链的CD4+T细胞和表达MHC类抗原的辅佐细胞。外源性的SAg主要是葡萄菌、链球菌
12、、支原体等微生物产生的毒素,其中以葡萄球菌肠毒素A(Staphylococcus enterotoxin A,SEA)研究得最多,SEA往往取用特定TCR基因片段V6.9及V22,SEA另一侧与HLA-DR分子1结构域的螺旋相结合。SAg激活CD4+T细胞使之释放IL-2,IFN、TNF等细胞因子,诱导CTL分化为效应细胞,可杀伤对NK、LAK高度抵抗的白血病细胞。(二)CD3(T3、Leu4)CD3分子分布于成熟T淋巴细胞表面,至少由、5种多肽链组成,与T细胞抗原受体非共价连接(图1-3)。CD3单克隆抗体可诱导CD3多肽和TCR共帽形成(co-capping),并诱导T淋巴细胞活化。TCR
13、识别外来抗原与自身MHC分子形成的复合物,CD3对于信号的传递具有重要作用。图1-3 TCR/CD3结构模式图T细胞在胸腺发育过程中,CD3、和基因的表达要早于TCR、链基因的表达。CD3、和基因产物通过翻译后的修饰形成核心结构,在内织网处,此核心结构与TCR异源双体形成复合物后转移到高尔基氏体,进行N连接的糖基化。-同源双体与TCR/CD3结合后组成一个完整的复合物TCR/CD3(少娄分子为TCR/CD3)。最近发现一个分子量为28kDa的连或T细胞受体相关蛋白(T cell receptor associated protein,TRAP),可能具有控制TCR/CD3复合物在内织网中装配和
14、转移的功能,但确切的机理尚不明了。链不表达于细胞膜表面。图1-4 TCR/CD3复合物模式图1.CD3、和链 CD3、和链基因有高度的同源性,在人类位于第11号染色体,小鼠9号染色体,这三种链的基因可能从一个祖先基因通过基因复制而来。CD3、和链在细胞膜外都有一个Ig样结构域(C2),都属于免疫球蛋白超家族,但不存在多态性或可变性,因此不直接参与特异性识别抗原。、和链的穿膜部分含有带负电谷氨酸和/或天冬氨酸残基,这与TCR、链穿膜区中带正电赖氨酸、精氨酸以及、链穿膜区中的赖氨酸相互作用有重要作用。、和链胞浆部分含44到81氨基酸残基,提供了把信息传导到细胞内的条件。链分子量为2528kKa,有
15、2个糖基化点,氨基端89个氨基酸残基为亲水性,组成胞膜外区,穿膜区含27个氨基酸残基,胞浆内区44氨基酸残基,胞浆内113位丝氨酸残基可能是磷酸化位点。链分子量为20kDa,含有2个糖基化点,胞浆内126位丝氨酸可能是磷酸化位点。CD3链抗体能非特异性地活化T细胞,促进T细胞有丝分裂。链分子量为20kDa包括氨基端104亲水氨基酸的胞膜外区,穿膜区26个氨基酸残基,胞浆内区81个氨基酸残基。目前所制备的单克隆抗体中大部分是针对CD3链。2.CD3和(zeta)和(eta)链结构相似,而与CD3、和链无同源性。和链分子量分别为16kDa和21kDa,它们的胞膜外以及穿膜区和结构相似,但有胞浆区不
16、同。胞膜外区很短,只有9个氨基酸残基,含有半胱氨酸,之间或之间形成二硫键。和链穿膜部分各有一个带负电的天冬氨酸。和链胞浆内区分别有113个和155个氨基酸残基,具有多个酪氨酸磷酸化的位点。最近研究证实,CD3链可能与NK细胞上Fc受体相连。此外,链与FcR亚单位有很高的同源性。CD3、和链是单链,而则以-同源双体存在于8090%T细胞中,有1020%T细胞则以-异源双体存在。因此最常见的TCR/CD3复合物的组成形式是TCR/CD3。在体外,抗CD3McAb可促进T细胞表达IL-2R,产生IL-2、TNF-、TNE-、IFN-和IL-4等多种细胞因子,诱导非MHC限制的细胞毒作用,增强T细胞、
17、LAK和NK细胞的杀伤肿瘤作用。1986年美国FDA已批准应用小鼠抗CD3 McAb治疗急性肾移植排斥反应。CD3McAb治疗心、肝移植排斥反应已完成期临床试验,正申请投放市场。(三)CD4CD4和CD8分子分别与MHC类和类抗原结合,不仅可增强T淋巴细胞与APC或靶细胞结合的程度,而且与刺激信号的传递有关。CD4阳性细胞是MHC类抗原限制的细胞群,CD8阳性细胞是MHC类抗原限制的细胞群。有关CD4和CD8抗原在胸腺细胞分化过程中的变化以及CD4、CD8T细胞亚群见第七章“淋巴细胞群及其亚群”。1.CD4分子的结构为细胞膜表面单链糖蛋白,人CD4分子由458个氨基酸残基组成,包括信号肽23氨
18、基酸残基,胞膜外区374个氨基酸残基,含2个糖基化点,穿膜区21氨基酸残基,胞浆内区含有40氨基酸残基。胞膜外区具有4个IgV样结构域,属免疫球蛋白超家族成员。图1-5 CD4分子结构模式图第一个V样区与Ig链的V区有很高同源性,有3个互补决定区(complementarity-determining region, CDR)。其余3个V样区功能区与Poly IgR的同源性最接近,其中第2和4个V样区中两个半胱氨酸的距离分别为28和42个氨基酸残基,第3个V样区无二 硫键。CD4跨膜区与MHC类分子链的跨膜区高度同源。编码人CD4基因位于第2号染色体,小鼠第6号染色体,小鼠CD4分子的分子量为
19、55kDa,由457个氨基酸残基组成,信号肽有22个氨基酸残基,N端功能区110个,胞膜外还有一个长序列(long sequence)的区域,含262氨基酸残基,有4个糖基化点,穿膜区25氨基酸残基,胞浆内区含38个氨基酸残基。人和小鼠CD4分子约有55%序列相同,尤以胞浆内区为显。在胞浆部位有3个丝氨酸残基,可能作为PKC磷酸化的底物。CD4胞浆部分功能区高度的保守性表明这一区域的功能是重要的。2.CD4分子的分布分布于部分T淋巴细胞和胸腺细胞表面,也发现于某些B淋巴细胞、EBV转化和B细胞、单核吞噬细胞和脑细胞。在人类,OKT4和Leu3 McAb可检测CD4抗原。小鼠L3T4是人OKT4
20、的类同物。3.CD4分子的功能在成熟的胸腺细胞、外周血和周围淋巴器官中,CD4阳性细胞一般为辅助性T淋巴细胞诱导细胞/抑制性T淋巴细胞诱导细胞(helper inducer/suppressor inducer)。(1)作为细胞与细胞之间的粘附分子:CD4第1、2功能区与MHC类分子的非多态部分结合以稳定MHC类分子限制的T细胞与带有MHC类分子与抗原复合物的APC细胞相互作用。抗CD4 McAb可封闭T细胞的辅助活性。(2)转导信号:CD4分子胞浆区与蛋白酪氨酸激酶p56lck相联,对T细胞信号的转导起重要作用(详见第八章)。CD4分子胞膜外第1个结构区域是HIV外壳蛋白gp120的识别部位
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