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T 淋巴细胞基础生物学:从起源到功能

 霜叶飞1coebpfr 2023-03-14 发布于湖南

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从基础研究到临床应用还有很长的路要走,但这也是每个新技术都必须经历的过程,但基础研究必不可少。

T 淋巴细胞,简称T细胞,即胸腺依赖性淋巴细胞,是淋巴细胞的主要组分。T 细胞具有多种生物学功能,如直接杀伤靶细胞、辅助或抑制B细胞产生抗体,对特异性抗原和促有丝分裂原的应答反应以及产生细胞因子等,是身体中抵御疾病感染、肿瘤形成的“斗士”。
T 细胞产生的免疫应答是细胞免疫,细胞免疫的效应形式主要有两种:与靶细胞特异性结合,直接杀伤靶细胞;另一种是释放淋巴因子,使免疫效应放大和增强

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T 细胞的起源

T细胞和B细胞是适应性免疫的主要力量。T细胞是机体抗感染,抗肿瘤的主力军,同时也参与自身免疫病。

不同于其他免疫细胞,T细胞需要在胸腺中发育。T细胞发育始于造血干细胞(来源于胎儿骨髓和肝脏),T细胞的祖细胞达到胸腺,在那里完成了复杂的发育过程。

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胸腺:T细胞发育的场所
T细胞的发育依赖于胸腺的存在。若胸腺不存在,T细胞的产生受到严重损害。DiGeorge综合征的患者,22q11染色体缺失和罕见的FOXN1缺陷患者,均为无法生成完整的胸腺,两种类型的患者表现出免疫缺陷T细胞。这两类疾病,胸腺组织的移植能够恢复T 细胞的发育和功能。

这些表明:胸腺在成熟和外周T细胞的产生中的基础作用

胸腺提供了支持T细胞发育所必需的独特的微环境。胸腺不仅是T细胞前体的家园,也是各种基质细胞的家园,包括内皮细胞、成纤维细胞,以及重要的胸腺上皮细胞(TECs),这些细胞是选择功能性T细胞的基础。

胸腺分为内外区,皮层髓质,在T淋巴细胞发育中有不同功能。原因是不同区域TECs不同:皮质胸腺上皮细胞(cTECs)和胸腺髓质上皮细胞(mTECs)。cTECs和mTECs通过它们在胸腺内的位置来区分。胸腺上皮细胞分泌不同的蛋白等,促进成熟T 细胞发育和自身反应性T 细胞的清除。

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胸腺T细胞的发育,是一个精确编排的过程,包括与特定部位,特定细胞类型的相互作用。循环中的T细胞前体,首先通过皮质髓质交界处的血管进入胸腺。在来自基质细胞(如cTECs)的引导下,未成熟的胸腺细胞进入皮质区域,在那里获得T细胞谱系发育倾向。随着胸腺细胞分化,经过双阴性(DN)阶段,细胞进一步迁移到皮质,进入囊下区域。αβT细胞受体重排后,双阳性(DP)胸腺细胞分布在皮质区,与cTECs的相互作用介导阳性选择。伴随着这些细胞进入胸腺的髓质。一旦进入髓质区,与mTECs的相互作用支持了成熟T细胞的阴性选择,从而确保了自身反应性T淋巴细胞的清除。存活的单阳性(SP)胸腺细胞作为成熟T淋巴细胞离开胸腺.

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常见淋巴祖细胞
个体发育早期,造血祖细胞(HPC)产生共同髓系祖细胞(CMP)和共同淋巴系祖细胞(CLP)。淋巴系祖细胞可产生T淋巴细胞,髓系祖细胞则不可以。在命运分岔事件中,髓系祖细胞中建立了一系列表观遗传修饰,使细胞内的淋巴分化程序沉默,并进一步是红细胞、粒细胞和髓样细胞潜力。相反,淋巴系祖细胞启动程序,可使其后代发育成T淋巴细胞、B淋巴细胞、NK细胞等。
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T 细胞的发育仅在迁移进入胸腺后发生,而B 细胞、NK 细胞发育则发生在骨髓和胎儿肝脏中,也不需要迁移。
T 细胞移入胸腺不是随机事件,造血祖细胞是利用特定的归巢分子来促进这一过程的。循环淋巴系祖细胞有一部分表达趋化因子受体(如CCR 7和CCR 9归巢分子(P-选择素糖蛋白配体-1,PSGL-1)。正是它们使循环的淋巴系祖细胞重新进入胸腺,进一步变成T淋巴细胞。
早期胸腺祖细胞(ETP)

第一个胸腺的造血细胞:早期胸腺祖细胞Early Thymic Progenitor,ETP。ETP细胞不会在胸腺中一直存在,必须源源不断地从骨髓中的造血干细胞中产生。进入胸腺后,这个造血细胞群的B细胞分化潜力就会消失,但可分化为NK细胞。

双阴性胸腺细胞(DN)

在胸腺中,T细胞从ETP细胞发育而来,其特征是特定的表面分子的表达。最早阶段的特征是,在成熟胸腺 T细胞表面上没有CD3 、CD4和CD8表达,此时成为双阴性胸腺细胞(DN)。严格意义上,理论上的的“DNT细胞”就是这些。但实际获取的细胞中含有很多的γδT细胞。

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T淋巴细胞受体重排和β选择

T 细胞谱系发育的一个重要步骤是功能TCR的重排,从而表达αβ或γδTCRRAG蛋白在双阴性胸腺细胞早期被诱导表达,引发TCRγ,δ和β的重组。VDJ(或VJ)基因座重组产生成功的、框内重排;否则细胞将停滞并且死亡。

γδT细胞
γδT细胞谱系信号,通过新重排的γδTCR复合物传导,促进T细胞的成熟向外周输出。检查点的发育对于γδT细胞谱系的选择是重要,如果不成功,则重新向αβT细胞发育。
αβT细胞
进入αβT细胞发育,其检查点不同于γδT细胞。当TCRβ基因产生重排时,该蛋白将与preTα链配对,形成pre-TCR复合体。pre-TCR复合物与CD3分子相互作用,诱导细胞内的本构信号传导.
β选择和双阳性胸腺细胞
pre-TCR复合物在DN胸腺细胞中的信号传递,促进β选择过程,细胞发生增殖爆发,并抑制β链重排。β选择之后,胸腺细胞开始表达CD4和CD8,称之为双阳性胸腺细胞(DP)。随后DP细胞表达αβTCR,其实有少部分进入外周变成CD4+或者CD8+单阳性T细胞。

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阳性选择和阴性选择
阳性选择,会促进双阳性(DP)胸腺细胞的存活,其αβT细胞受体(TCR),可与胸腺皮质上皮细胞表达的MHC-自身肽复合物相互作用。

阳性选择

胸腺中的阳性选择,是由αβTCR与MHC结合的能力决定的。选择时,未成熟T细胞必须协调CD4+或CD8+共受体与MHC的表达。如果胸腺细胞被MHC-I所选择,T细胞将利用CD8共受体,形成CD8+单阳性T细胞。如果双阳性(DP)胸腺细胞被MHC-II所选择,则T细胞将维持CD4共受体的表达,形成CD4+单阳性T细胞。

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阴性选择

阴性选择通过诱导胸腺细胞中的细胞凋亡,来清除自反应性T细胞(这群胸腺细胞表达对自身肽具有高亲和力的TCR),从而促进中心耐受性。
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T细胞发育的决定因子

T细胞分化成CD4+和CD8+T细胞有两种关键转录因子,分别是POZ-kruppel因子(ThpOK)和Runt相关的转录因子3(Runx 3)。这两种因子起反调节作用。ThPOK通过抑制Runx 3的表达,促进CD4+T细胞的发育,抑制CD8+T细胞的发育。相反地,Runx3促进CD8+T细胞的发育,抑制CD4+T细胞的发育


T淋巴细胞迁移到外周血

转录因子kruppel样因子2(Klf 2),是负责T细胞迁移的分子。经阳性和阴性选择后的单阳性细胞,Klf2表达增加,增加S1P1和L-选择素的表达。S1P1和L-选择素则在T细胞向外周血迁移中起重要作用。

注:原文作者挑食的喵,首发公众号“闲谈Immunology”,已获授权,干细胞者说对其进行润色,部分内容重新翻译,以飨读者。

主要参考文献
[1]Laurie E. Harrington,T-Cell Development,Chapter 8,Clinical Immunology,2019
[2]Mohammed S. Chaudhry,Thymus: the next (re)generation,Immunological Reviews 2016Vol. 271: 56–71
[3]The Mechanismsof T Cell Selection in the Thymus,Trends inImmunology,2017

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乘干细胞之东风——火爆“外泌体”的崛起

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