效应T细胞、细胞毒性T细胞和辅助性T细胞的关系是什么呢？

发布时间：

2024-09-04 13:26

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题主说的这个问题，其实就是根据T细胞在分化和发育的过程中所表达的特征性分子，对T细胞进行最常见的简单分类的问题。

我整理了T细胞分类要点及标记物汇总，可以认真看看，看完都会明白的！

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一、T细胞背景介绍

1. T细胞简介

免疫系统是一个由细胞、组织和分子组成的复杂网络，包括先天（非特异性）免疫和适应性（特异性）免疫。T淋巴细胞（T细胞）是免疫系统的主要细胞成分之一。

T淋巴细胞 (T lymphocyte)：简称T细胞，是由来源于骨髓的造血干细胞，在胸腺中分化、发育成熟后，通过淋巴和血液循环而分布到全身的免疫器官和组织中发挥免疫功能。是机体适应性免疫内淋巴细胞分类中占比最大的一类淋巴细胞。

在整个T细胞上，它会表达很多表面 marker 以及胞内 marker。CD3 是T细胞特有的分子标志，在所有T细胞表面均有表达。

2. T细胞分化发育

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，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细胞分为双阴性T细胞（DN）、双阳性T细胞（DP）和单阳性T细胞（SP）三个阶段。

在T细胞发育的过程中，最开始起始于骨髓的造血干细胞，从造血干细胞向后逐渐分化成熟的过程中，进入胸腺之前表达CD2、CD5、CD7分子；进入胸腺之后表达T细胞谱系的特异性分子CD3。同时在胸腺皮质部分会经历TCR重排，表达共刺激的分子 CD4/CD8，CD4/CD8双阴性T细胞（DN）形成 CD4/CD8 双阳性T细胞（DP）。

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。

阳性选择：CD4/CD8双阳T细胞（DP）在皮质中会在胸腺上皮细胞作用下经历阳性选择；识别和结合自身 MHC 的双阳性细胞进一步分化为单阳性T细胞（SP），不结合者走向凋亡。阳性选择获得 MHC 限制性。
阴性选择：CD4、CD8单阳性T细胞（SP）进一步进入到胸腺髓质，在髓质中咋子抗原递呈细胞（DC细胞）的作用下经历阴性选择。高亲和力结合自身肽-MHC复合物的单阳性细胞发生凋亡，不结合者分化为成熟T细胞，通过血液循环进入外周免疫器官。阴性选择获得自身耐受性。

DOI: 10.1016/bs.ircmb.2018.07.004

3. T细胞分类

根据T细胞在分化和发育的过程中所表达的特征性分子，可以对T细胞进行最常见的简单分类。

按TCR类型：αβT 细胞、γδT 细胞
按共刺激分子：CD4+ T细胞、CD8+ T细胞
按功能：Th细胞、Tc 细胞、Treg细胞
按活化阶段：初始(naive) T细胞、效应(effector)T细胞、记忆性(memory) T细胞

DOI: 10.1002/cyto.a.23724

其中记忆性（memory）T细胞分化亚型：记忆性T细胞分型主要是根据表达的L-selectin、CCR7、CD45RA、CD45RO进行分类。

https://www.researchgate.net/publication/221925681

4. T细胞活化机制

4.1 T细胞的活化和增殖分化过程需要2个信号的参与

第一信号是抗原刺激信号，此阶段，T细胞的αβ TCR识别抗原提呈细胞（APC）的抗原肽-MHC复合物（pMHC），信号经由CD3传递，CD4/CD8增强其连接；（如果只有活化的第一信号，在活化之后很快会进入到失能状态，逐渐走向凋亡。）

第二信号为非特异性的共刺激信号，他是由APC表面共刺激分子和T细胞表面的相应受体相互作用产生，如：CD28/CTLA4和CD80/86、CD40和CD40L、ISOS和ICO-L、PD-1和PD-L1等，其中参与T细胞的活化最重要的共刺激分子为CD28，它还可以诱导T细胞表面IL-2受体上调，促进细胞因子分泌，进而促进T细胞的活化、增殖和分化。

只有两个信号都存在时T细胞才会表现为应答/活化状态。

如果缺乏第一信号，T细胞无法启动活化；

缺乏第二信号，T细胞表现为失能状态。

当然T细胞活化后还需要依赖各种细胞因子，才能使T细胞进一步增殖和分化成不同的效应细胞发挥作用。

DOI: 10.3384/diss.diva-161091

在体外联合使用CD3和CD28的抗体刺激T细胞，模拟T细胞活化的双信号作用，是进行T细胞激活与扩增应用最广泛的方法。

除直接使用功能学抗体以外，目前磁珠法（CD3/CD28抗体偶联磁珠）以及多聚体法（CD3/CD28抗体偶联Streptamer多聚体）也是激活扩增T细胞比较常见的两种方法。

以上说到的无论是抗体法、磁珠法、亦或者是多聚体法，归根结底都是借助于CD3与CD28抗体对T细胞进行刺激。

4.2 T细胞在活化之后有可能出现的3种状态

a）失能：失能 T 细胞是用低共刺激和/或高共抑制信号刺激的 T 细胞。对IL-2表达有限的后续激活条件无反应。

b）耗竭：耗竭的T细胞是反复刺激而失去效应功能（包括效应细胞因子表达）的效应T细胞。表达多种调节受体。

c）衰老：衰老T细胞被描述为无反应/终末分化的T细胞，标志是细胞周期停滞以及有限的CD28表达和/或高水平的调节受体表达。

DOI: 10.1016/j.coi.2012.12.003

二、αβT细胞

1.αβT细胞亚群分为CD4+ T-αβcell和CD8+ T-αβcell

CD4+ T-αβcell 包括：Th1，Th2，Th9，Th17，Treg，Th22

CD8+ T-αβcell 包括：Tc1，Tc2，Tc9，Tc17，Treg

Tc 细胞过释放穿孔素、颗粒酶等消灭被感染的靶细胞。
Th 细胞毒性低，通过分泌细胞因子作用于其他白细胞，清除病原体。
Treg 通过多种机制抑制T细胞的功能。（狭义上的 Treg 指的是 CD4+Treg）

DOI: 10.1002/cyto.a.23724

1.1 CD8+ T细胞

细胞毒性T淋巴细胞（CTL细胞）通常称为CD8+T细胞，是适应性免疫系统的关键组成部分，在免疫系统抵御病原体（如病毒、细菌和肿瘤）中发挥重要作用。

CD8+T细胞发挥杀伤功能三大机制

a）CTL介导的直接杀伤--穿孔素和颗粒酶B
CTL介导的直接杀伤需要细胞间接触，通常由细胞溶解酶（如颗粒酶B）的释放引起。CTL释放的穿孔素在靶细胞膜中“打”孔，致使颗粒酶B被动向内扩散，然后引起靶细胞凋亡。

b）CTL介导的直接杀伤--死亡受体
肿瘤细胞的直接杀伤也可能由CTL表达的Fas配体（Fas-L）与靶细胞表达的受体Fas相互作用导致。Fas/Fas-L的连接可通过半胱天冬酶依赖性途径导致靶细胞凋亡。

c）CTL介导的间接杀伤

除这些直接杀伤机制外，CTL还可以通过分泌细胞因子（远距离作用）间接诱导“旁邻”肿瘤细胞死亡。例如，TNFα分泌可以诱导表达TNF受体的邻近肿瘤细胞凋亡。

CD8+ T细胞在不同的细胞因子刺激下分化成不同的亚群，表达特异转录因子，并生成特征性的细胞因子和效应分子，对应的杀伤能力也会存在显著的差异。（我们常说的细胞毒性T细胞严格意义上是指Tc1。）

效应性CD8+T细胞表型和功能

www.thermofisher.cn

用于识别小鼠CD8+T细胞不同亚群的细胞标志物

www.thermofisher.cn

用于识别人CD8+T细胞不同亚群的细胞标志物

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1.2 CD4+T细胞

CD4+T细胞由 Naive CD4分化而成，在不同细胞因子的作用下分化为不同的亚群。每个不同的亚群分泌特征性细胞因子谱，表达成特征性的转录因子，再通过不同的信号通路表达特征性的细胞因子谱。如Treg 主要的作用靶细胞是T细胞（包括CD4+T、CD8+T）；Th1主要作用的靶细胞是巨噬细胞和细胞毒性T细胞。

Treg、Th1、Th2、Th17经常会用到所分泌的特征性细胞因子谱和转录因子谱进行鉴定。（参考下图）

DOI: 10.1038/s41423-018-0004-4

CD4+T细胞表型、功能和标记物

www.bdbiosciences.com

Th1、Th2、Th17 和 Treg 具有相互拮抗的功能：促进 Th1 的细胞因子 IL-12 抑制 Th2 细胞的发育，而促进 Th2 的细胞因子 IL-4 阻断Th1 细胞的发育。Th1 衍生的 IFN-γ 阻断 Th17 细胞发育。Treg 通过直接接触抑制 Th1 和 Th2 细胞的发育。

Th1 和 Th17主要为促炎性功能，清除病原体，但增加了组织损伤的风险。
Th2 和 Treg 主要为抗炎性功能，防止组织损伤，但会增加病原体存活的风险。

DOI: 10.1097/wox.0b013e3181629ae3

1.2.1 Th1和Th2

Th1细胞促进巨噬细胞的活化，引起T淋巴细胞介导的细胞毒作用和细胞免疫。
Th2细胞引起较强的抗体反应（包括IgE），促进嗜酸性粒细胞的分化与活化，产生不依赖于吞噬细胞的炎症。

DOI: 10.6696/IJHNS.2017.0102.03

Th1/Th2的失衡与自身免疫病、过敏性疾病、肿瘤、移植排斥反应以及感染性疾病的发生发展有密切的关系。

一般来说，在血液中的Th1细胞和Th2细胞数量应维持一定的比例，称为Th1:Th2平衡。如果这一比例偏离正常值则会发生异常的自免疫反应。

缺乏Th1细胞因子导致无法对抗入侵的病毒和细菌。
缺乏Th2细胞因子导致不能中和入侵的病毒和细菌。

DOI: 10.1517/14712598.4.12.1887

1.2.2 Th17和Treg

Treg：IL-2和高浓度TGF-β激活STAT5通路，CD4+T细胞分化为Treg。
Th17：IL-6、IL-21、IL-23和低浓度TGF-β通过STAT3途径参与CD4+T细胞向Th17细胞的转化。

DOI: 10.1111/sji.12873

许多自身免疫性疾病（牛皮癣和银屑病关节炎、强直性脊柱炎、系统性红斑狼疮）是由Th17细胞驱动的，并由Treg细胞抑制，Th17和Treg的平衡对于发病机制、预后和治疗至关重要。在口腔鳞状细胞癌中Treg/Th17比例越高，疾病进展越快，预后越差。

DOI: 10.1038/s41423-018-0004-4

2. αβT细胞应用- CAR-T治疗

在T细胞研究领域，CAR-T 是国际医学研究的热点。CAR-T (Chimeric Antigen Receptor T-Cell ，嵌合抗原受体T细胞）免疫疗法是将嵌合抗原受体(CAR）导入到T细胞，特异性地识别肿瘤相关抗原，使效应T细胞的靶向性、杀伤活性和持久性较常规应用的免疫细胞大幅度提高，具有高特异性、靶向性、无MHC限制性等特点。

https://microbenotes.com/t-cell-t-lymphocyte/

关于CAR-T的相关研究可以在美国临床试验数据库中查询。

美国临床试验数据库(http://ClinicalTrials.gov)：https://clinicaltrials.gov/
补充：http://ClinicalTrials.gov是美国国立医学图书馆(NML)与美国食品与药物管理局(FDA)1997年开发,2002年2月正式运行的临床试验资料库。其主旨有二：
①向患者、医疗卫生人员和社会大众提供临床试验信息的查询服务;
②向医学科研人员和机构提供临床试验注册服务。 http://ClinicalTrials.gov是目前国际上最重要的临床试验注册机构之一,其注册和查询临床试验均为免费,被誉为公开化、国际化临床试验注册的典范。

CAR-T技术演变

第一代CAR-T仅由胞外结构域、跨膜结构域和胞内信号转导结构域组成，但由于缺少共刺激信号的刺激，杀伤功能较弱，体内存活时间短。
第二代CAR-T具有1个独特的4-1BB或CD28或OX40分子共刺激结构域，增强了T细胞增殖能力和杀伤毒性。但研究发现CD28作为共刺激分子时，T细胞杀伤作用强但持续时间短；而4-1BB作为共刺激分子时，持续时间长但杀伤能力有限。
第三代CAR-T包含两个或更多个共刺激结构域的分子，有望进一步提升活性和效力但部分研究发现第三代CAR-T细胞的临床表现并未优于第二代CAR-T细胞，甚至劣于第二代CAR-T细胞。
第四代CAR-T在第二代的基础上增加表达特定的细胞因子（IL-12、IL-2等），也称为“TRUCK”细胞，可在激活时分泌相应的细胞因子。第四代CAR-T细胞通过分泌IL-12可吸引NK细胞和巨噬细胞浸润到肿瘤部位，进一步增强CAR-T细胞的有效性。
第五代CAR-T细胞通过敲除内源性T细胞受体（TCR）和白细胞抗原Ⅰ类分子（HLA），既降低异体移植时的免疫排斥反应，也避免了移植物抗宿主反应（GvHD）。