T细胞在免疫应答中的功能运作

发布人：上海优宁维生物科技股份有限公司

发布日期:2025/2/19 14:25:54

T细胞

1. 引言

当辅助性T细胞和杀伤性T细胞被激活后，它们便转变为免疫学家所称的效应细胞，开始执行各自的职责。效应性杀伤T细胞的主要任务是摧毁被病毒或细菌感染的细胞，而效应性辅助T细胞则承担两项关键使命：它们可以在血液和淋巴系统中巡游，为B细胞或杀伤T细胞提供支援；或者它们可以抵达战斗发生的地点，离开血管，为先天免疫和适应性免疫系统的细胞提供帮助。

2. 辅助T细胞：细胞因子生产的专家

辅助T细胞能够产生多种细胞因子，这些蛋白质分子是它们与免疫系统其他部分进行交流的媒介。作为免疫系统团队的“指挥官”，辅助T细胞利用细胞因子来制定“战术计划”。涉及的细胞因子种类繁多，包括TNF、IFN-γ、IL-4、IL-5、IL-6、IL-10、IL-17和IL-21等。然而，单个辅助T细胞并不会分泌所有这些细胞因子，而是倾向于分泌特定子集的细胞因子，这些子集适合协调针对特定类型入侵者的免疫防御。迄今为止，已经鉴定出三个主要的子集：Th1、Th2和Th17。但需要注意的是，辅助T细胞产生的细胞因子组合并非仅限于这三种模式，有些辅助T细胞释放的细胞因子混合物并不完全符合Th1/Th2/Th17的分类。尽管如此，这个概念在理解辅助T细胞产生的细胞因子组合（即细胞因子“谱”）方面仍然非常有用。此外，除了这三个激活免疫系统的Th子集外，还有一个Th细胞子集的功能是抑制免疫反应，我们将在后续讲座中讨论这些“调节性T细胞”。

那么，辅助T细胞是如何知道在特定情况下应该产生哪种细胞因子的呢？这就像每个优秀的足球队背后都有一个出色的教练一样，辅助T细胞也需要一个“教练”来指导它们。

3. 树突状细胞：免疫系统团队的“教练”

为了让辅助T细胞对产生哪种细胞因子做出明智的决策，它需要获取两个关键信息：一是入侵者的类型（是病毒、细菌、寄生虫还是真菌）；二是入侵者在体内的位置（是在呼吸道、消化道还是其他部位）。原始辅助T细胞并没有直接获取这些信息的途径，因此需要一个“侦察员”来收集这些信息，并将其传递给辅助T细胞。这个角色正是由树突状抗原呈递细胞来担任的！

就像足球教练侦察对手并制定比赛策略一样，树突状细胞作为免疫系统团队的“教练”，负责收集入侵信息，并决定免疫系统应该如何应对。这就是树突状细胞如此重要的原因，它们不仅激活原始辅助T细胞和杀伤T细胞，还充当免疫系统的“大脑”，处理入侵信息并制定行动计划。

树突状细胞在制定行动计划时整合了哪些信息呢？这些信息主要有两种类型。第一种是通过我们在之前的讲座中讨论的模式识别受体传递给树突状细胞的。这些受体能够识别各种类别入侵者的特征性保守模式，如Toll样受体4（TLR4）能够感知革兰氏阴性细菌外细胞膜的成分LPS，还能检测某些病毒产生的蛋白质；TLR2则专门识别革兰氏阳性细菌的特征性“签名”分子；TLR3识别许多病毒感染期间产生的双链RNA；而TLR9则识别细菌DNA的特征性未甲基化DNA二核苷酸CpG。

除了TLRs之外，现在已经发现了其他类型的模式识别受体。因此，不同类型的抗原呈递细胞（如树突状细胞或巨噬细胞）在身体的不同部位展示不同的PRR集合，这些PRR“调整”以识别常见微生物入侵者的各种结构特征。通过整合来自这些多样化模式识别受体的信号，一个抗原呈递细胞能够收集有关要防御的入侵者类型的信息。

树突状细胞在制定行动计划时使用的第二个“侦察报告”是通过其表面的各种细胞因子受体接收的。由于不同的病原体在感染期间会引发不同细胞因子的产生，树突状细胞可以通过感知细胞因子环境来了解很多关于入侵者的信息。因此，前线的树突状细胞通过模式识别受体和细胞因子受体收集有关入侵者的“情报”，并解码这些输入以识别入侵类型，并决定需要动员哪些武器。

身体不同部位的普通细胞（如皮肤细胞或肠道细胞）在对入侵者的反应中产生特征性的细胞因子混合物，这些细胞因子为树突状细胞提供有关身体受攻击区域的信息。事实上，这些细胞因子给树突状细胞打上了“区域身份”的烙印。这种记住它们遇到入侵者位置的能力有助于树突状细胞将适应性免疫系统的武器部署到身体需要的部位。

那么，树突状细胞的行动计划是如何传达给辅助T细胞的呢？教练指导四分卫有两种方式。首先，激活的树突状细胞表面显示的共刺激分子混合物将取决于它们遇到的入侵者类型。这些共刺激分子可以与辅助T细胞表面的受体分子结合，传递这些信息。尽管B7是最受研究关注的共刺激分子之一，但已经发现了其他共刺激分子，并且未来肯定会发现更多。

除了共刺激表面分子外，激活的树突状细胞还产生可以向辅助T细胞传递信息的细胞因子。因此，共刺激分子和细胞因子是树突状细胞用来传递“行动计划”给辅助T细胞的工具。树突状细胞向辅助T细胞提供的特定共刺激分子和细胞因子的组合将取决于它们在战场现场的观察结果。为了更好地理解这一切是如何运作的，让我们更深入地探讨Th1、Th2和Th17细胞以及它们产生的细胞因子子集。

4. Th1辅助T细胞

如果你有一个因细菌感染而导致的穿刺伤口，或者你被一个在组织中复制的病毒感染，那么驻留的树突状细胞将通过它们的模式识别受体以及接收来自巨噬细胞和其他炎症组织细胞的战斗细胞因子而被激活。这些信号会激活树突状细胞，并用观察到的细菌或病毒感染的特征给它打上烙印。尽管具体的机制尚不完全清楚，但结果是，当这个树突状细胞离开这样的战场并穿过淋巴管到达附近的淋巴结时，它会产生细胞因子IL-12。当分泌IL-12的树突状细胞向淋巴结中的原始辅助T细胞展示它捕获的抗原时，那个辅助T细胞将被指示产生典型的Th1细胞因子：TNF、IFN-γ和IL-2。

为何这些特定的细胞因子在免疫应答中占据核心地位？探究其背后的原因，我们需深入了解它们各自独特且关键的作用。Th1辅助T细胞所分泌的肿瘤坏死因子（TNF），犹如一把钥匙，解锁了巨噬细胞和自然杀伤细胞的战斗力，使它们迅速投入战斗。然而，巨噬细胞如同懒惰的守护者，其激活状态难以持久，总是倾向于回归静息状态以执行日常清理任务。此时，Th1细胞释放的干扰素-γ（IFN-γ）便如同一种持续的激励信号，不仅促使巨噬细胞保持警觉并积极参与战斗，还深刻影响着B细胞的行为，引导其在抗体类型转换期间生成IgG3抗体——这些抗体以其卓越的病毒与细菌包裹能力及补体固定能力而著称。此外，IFN-γ还能促使受感染的细胞提升I类MHC分子的表达水平，使它们如同亮起警示灯，更有效地展示外来抗原，从而成为细胞毒性T淋巴细胞（CTLs）精准打击的目标。

自然杀伤细胞虽能在短时间内迅速消灭多个敌人，但其战斗力并非无穷无尽，通常在连续战斗约十六小时后便会陷入疲惫。此时，Th1细胞产生的白细胞介素-2（IL-2）如同及时的能量补给，为自然杀伤细胞注入新的活力，使它们能够继续执行杀伤任务。更为重要的是，IL-2还作为一种生长因子，促进CTLs、自然杀伤细胞及Th1细胞自身的增殖，确保免疫系统中拥有充足的“战士”以应对不断升级的威胁。同时，IL-2还扮演着CTLs“生命守护者”的角色，延长这些关键免疫细胞的寿命，确保它们能在战斗中发挥最大效能。

综上所述，Th1细胞因子构成了一个高效协同的免疫应答体系，不仅指导先天与适应性免疫系统迅速动员并产生针对性抗体，还通过维持免疫细胞的活跃状态，确保免疫系统能够持续、有效地抵御病毒或细菌的攻击，直至将入侵者彻底清除。这些细胞因子不仅是免疫应答的关键调节者，更是维护机体健康与安全的忠诚卫士。

5.Th2辅助T细胞的作用

设想你遭受寄生虫（如钩虫）感染或食入被病原体细菌污染的食物，肠道内壁将触发免疫反应。树突状细胞会将抗原信息传递至淋巴结，激活能识别这些抗原的T细胞受体的辅助T细胞，进而促使它们分泌Th2亚群的细胞因子，如IL-4、IL-5和IL-13。

你可能会好奇，为何偏偏是IL-4、IL-5和IL-13在Th2免疫应答中扮演关键角色？IL-4作为一种生长因子，它能够促进那些倾向于分泌Th2细胞因子谱的辅助T细胞的增殖。这意味着，与Th1细胞相似，Th2细胞也拥有自己独特的生长因子。此外，IL-4还是B细胞的生长因子，它能影响B细胞的抗体类型转换，促使B细胞产生IgE抗体——这是一种对抗如钩虫等寄生虫的极为有效的武器。

IL-5则是一种能够激励B细胞生成IgA抗体的细胞因子。IgA抗体在抵御通过消化道入侵的细菌方面尤为出色。而IL-13则发挥着刺激肠道粘液产生的作用，这种粘液如同一道屏障，有效防止肠道寄生虫或病原体细菌进一步穿透肠道屏障进入周围组织。

值得注意的是，在上述过程中，促使未成熟Th细胞分化为Th2细胞的初始IL-4并非源自树突状细胞。当然，一旦辅助T细胞确定了Th2细胞因子谱的分泌方向，其周围环境中IL-4的含量就会充足起来，因为IL-4本身就是Th2细胞分泌的一种细胞因子。然而，关于启动Th2分化所需的最初IL-4的来源，目前仍是一个未解之谜。

换句话说，IL-4、IL-5和IL-13在Th2免疫应答中各自扮演着不可或缺的角色，共同构成了对抗消化道寄生虫或病原体细菌感染的强大防线。然而，关于这一防线启动的最初信号——即IL-4的来源问题，目前科学界尚未给出明确的答案。

6.Th17辅助T细胞

当真菌或胞外细菌侵犯粘膜屏障保护的身体区域时，树突状细胞迁移至附近淋巴结，激活能识别其呈递抗原的辅助T细胞。这些树突状细胞释放TGFβ、IL-6或IL-23等因子，配合共刺激分子，促使辅助T细胞分化为Th17亚群，分泌IL-17、IL-21和IL-23等细胞因子。

IL-17这一“标志性细胞因子”的分泌，能够吸引大量中性粒细胞迅速聚集到感染区域。这些中性粒细胞对于消灭真菌及某些胞外细菌具有显著效果，相比之下，Th1和Th2细胞所招募的免疫细胞在对抗这些病原体时则显得力不从心。值得注意的是，那些天生无法分泌IL-17的患者，即便他们的Th1和Th2辅助T细胞功能健全，也极易遭受严重的真菌感染。IL-23则扮演着促进已分化为Th17细胞的辅助T细胞增殖的角色，从而增强Th17细胞的数量。而IL-21则能激励守护粘膜的B细胞生成IgG3和IgA抗体，其中IgG3擅长激活细菌表面的补体级联反应，而IgA抗体则能与病原体结合，协助它们随粘液排出。因此，当面临真菌或胞外细菌的攻击时，Th17细胞所分泌的细胞因子将成为我们重要的防御武器。

7.Th0辅助T细胞

Th0辅助T细胞在初次被激活时，呈现出一种“中立”状态，具备产生多种细胞因子的潜力。它们仿佛是在等待树突状细胞（DCs）的指引，被引导至特定的战场，但尚未决定具体的作战策略。然而，一旦Th0细胞抵达感染部位，它们所处的细胞因子环境将成为决定其分化方向的关键因素。

以细菌感染为例，当Th0细胞从血液中迁移到组织中时，它们会遇到一个富含IL-12的环境。这种环境的形成，是因为已经存在于组织中的Th1细胞在对抗细菌时产生了IFN-γ。IFN-γ与细菌释放的危险信号（如LPS）共同作用，激活组织中的巨噬细胞，进而促使它们分泌大量的IL-12。当Th0细胞接收到IL-12这一关键信号时，它们便能“识别”出当前战斗的性质，并决定分化为Th1细胞，即那些能够产生针对细菌防御所需的细胞因子的T细胞。

简而言之，Th0细胞在初次激活时保持了一种“待命”状态，等待特定细胞因子环境的指引来决定其分化为哪种类型的辅助T细胞，以应对不同类型的感染。

当Th0细胞抵达含有丰富IL-4或IL-6及TGFβ的战场环境时，它们会根据所处的细胞因子氛围而“转型”，分别转化为Th2或Th17细胞。这意味着，原本未确定分化方向的Th0细胞，能够根据战场上细胞因子的种类和浓度，被“诱导”成为Th1、Th2或Th17细胞中的任意一种，以适应机体对不同类型感染的防御需求。换句话说，Th0细胞具备了一种“适应性分化”的能力，能够根据战场的实际情况来调整自己的角色，为机体的免疫应答贡献力量。

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