《免疫系統(tǒng)T細胞》課件

免疫系統(tǒng)T細胞人體免疫防御系統(tǒng)的核心力量參與適應(yīng)性免疫應(yīng)答的關(guān)鍵細胞課程大綱T細胞基礎(chǔ)概念與歷史定義、發(fā)現(xiàn)歷史及重要性T細胞發(fā)育過程起源、干細胞分化及胸腺選擇T細胞亞群與受體主要亞群類型及TCR結(jié)構(gòu)T細胞活化與功能第一部分：T細胞概述適應(yīng)性免疫主力識別特異抗原多樣化受體系統(tǒng)可識別無數(shù)外來物質(zhì)復(fù)雜調(diào)控網(wǎng)絡(luò)T細胞的定義淋巴細胞的一種來源于骨髓的多能造血干細胞在胸腺中成熟名稱源于"Thymus"（胸腺）表面特征T細胞的發(fā)現(xiàn)歷史11960年代早期JacquesMiller發(fā)現(xiàn)胸腺在免疫系統(tǒng)中的作用21967年確認淋巴細胞分為T細胞和B細胞兩大類31970年代發(fā)現(xiàn)T細胞亞群及其不同功能41980年代T細胞受體基因克隆，結(jié)構(gòu)解析T細胞在免疫系統(tǒng)中的重要性抗病毒防御清除病毒感染細胞抗細菌免疫激活巨噬細胞吞噬細菌抗腫瘤監(jiān)視識別并殺傷癌變細胞免疫調(diào)節(jié)維持免疫系統(tǒng)平衡第二部分：T細胞的發(fā)育成熟T細胞進入外周循環(huán)陽性/陰性選擇自身耐受確立胸腺教育T細胞受體表達骨髓祖細胞遷移至胸腺T細胞的起源多能造血干細胞位于骨髓中，可分化為各種血細胞淋巴樣祖細胞決定朝向淋巴細胞方向發(fā)展早期T細胞前體從骨髓釋放進入血液循環(huán)遷移至胸腺在胸腺微環(huán)境中繼續(xù)發(fā)育骨髓造血干細胞多能性可分化為所有血細胞類型自我更新維持干細胞庫穩(wěn)定定向分化受多種信號分子調(diào)控胸腺中的T細胞發(fā)育過程1雙陰期(DN)不表達CD4和CD8分子2雙陽期(DP)同時表達CD4和CD8分子3單陽期(SP)只表達CD4或CD8一種分子4外周循環(huán)成熟T細胞離開胸腺陽性選擇和陰性選擇陽性選擇篩選能夠識別自身MHC分子的T細胞由皮質(zhì)上皮細胞介導(dǎo)不能識別MHC的細胞凋亡死亡陰性選擇清除對自身抗原親和力過強的T細胞由髓質(zhì)上皮細胞和樹突狀細胞介導(dǎo)防止自身免疫反應(yīng)發(fā)生CD4+和CD8+T細胞的分化命運決定因素TCR與MHC-I或MHC-II結(jié)合的信號強度細胞因子微環(huán)境影響CD4+分化TCR識別MHC-II分子的細胞發(fā)展為輔助T細胞CD8+分化TCR識別MHC-I分子的細胞發(fā)展為細胞毒性T細胞第三部分：T細胞亞群輔助T細胞協(xié)調(diào)免疫應(yīng)答細胞毒性T細胞直接殺傷靶細胞調(diào)節(jié)性T細胞抑制免疫反應(yīng)記憶T細胞提供長期免疫保護輔助T細胞（Th細胞）表型特征表達CD4分子，識別MHC-II呈遞的抗原亞型分類Th1、Th2、Th17和Tfh等多種亞型核心功能分泌細胞因子，活化其他免疫細胞應(yīng)用領(lǐng)域疫苗開發(fā)，自身免疫疾病治療細胞毒性T細胞（Tc細胞）表型特征表達CD8分子，識別MHC-I呈遞的抗原監(jiān)視功能巡邏全身尋找異常細胞殺傷機制釋放穿孔素和顆粒酶，誘導(dǎo)靶細胞凋亡調(diào)節(jié)性T細胞（Treg細胞）表型特征CD4+CD25+FOXP3+FOXP3是關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子產(chǎn)生途徑胸腺自然產(chǎn)生(nTreg)外周誘導(dǎo)產(chǎn)生(iTreg)核心功能抑制其他T細胞的活化和增殖維持免疫自耐受記憶T細胞10-15年生存時間部分記憶T細胞可終生存在24-72小時應(yīng)答速度比初次應(yīng)答快10-100倍2種主要亞型中樞記憶T細胞(TCM)和效應(yīng)記憶T細胞(TEM)γδT細胞特殊TCR表達γ和δ鏈而非α和β鏈1無MHC限制直接識別非肽類抗原2分布特點主要分布于皮膚、黏膜等組織3快速應(yīng)答介于先天和適應(yīng)性免疫之間4第四部分：T細胞受體（TCR）抗原識別識別MHC呈遞的抗原肽高度多樣性可識別數(shù)百萬種抗原3基因重排產(chǎn)生多樣性的基礎(chǔ)TCR的結(jié)構(gòu)異二聚體由α鏈和β鏈(或γ鏈和δ鏈)組成每條鏈包含可變區(qū)和恒定區(qū)可變區(qū)形成抗原結(jié)合部位含有CDR1、CDR2和CDR3超可變區(qū)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)與CD3復(fù)合物相連CD3負責(zé)信號傳導(dǎo)進入細胞TCR的多樣性10^15理論多樣性人類T細胞庫的理論TCR組合數(shù)量10^7實際多樣性個體實際擁有的不同TCR克隆數(shù)量4種多樣性來源V(D)J重組、區(qū)域多樣性、接頭多樣性、配對多樣性TCR的基因重排基因片段類型V(可變)、D(多樣)、J(連接)和C(恒定)片段RAG酶作用重組激活基因酶切割DNA隨機連接V-D-J片段隨機連接形成獨特組合接頭區(qū)多樣性連接處核苷酸的隨機添加和刪除TCR與MHC分子的相互作用三分子復(fù)合物TCR、抗原肽、MHC分子精確對接相互作用部位TCR的CDR1和CDR2主要識別MHC3抗原肽識別CDR3區(qū)主要識別抗原肽第五部分：T細胞活化信號1TCR識別抗原肽-MHC復(fù)合物信號2共刺激分子結(jié)合傳遞活化信號信號3細胞因子提供分化方向指導(dǎo)效應(yīng)階段增殖分化為效應(yīng)T細胞抗原呈遞細胞（APC）樹突狀細胞最強大的專職APC巨噬細胞吞噬清除病原體并呈遞抗原B細胞高效呈遞被其BCR識別的抗原T細胞活化的信號1：抗原識別TCR識別MHC-抗原肽復(fù)合物是啟動信號CD3復(fù)合物含有ITAM結(jié)構(gòu)域傳導(dǎo)信號激活Lck、ZAP-70等酪氨酸激酶T細胞活化的信號2：共刺激正性共刺激CD28-B7相互作用CD40L-CD40相互作用增強T細胞活化和生存能力負性共刺激CTLA-4-B7相互作用PD-1-PD-L1相互作用抑制T細胞活化，防止過度反應(yīng)T細胞活化的信號3：細胞因子IL-2促進T細胞增殖和生存1IL-12誘導(dǎo)Th1分化2IL-4促進Th2分化3TGF-β誘導(dǎo)Treg分化4IL-6+TGF-β促進Th17分化5T細胞活化后的增殖和分化1活化初期代謝程序改變，準備增殖2克隆擴增識別特定抗原的T細胞大量增殖3效應(yīng)分化根據(jù)細胞因子環(huán)境分化為不同亞型4收縮期大部分效應(yīng)T細胞凋亡，少部分成為記憶細胞第六部分：T細胞功能直接殺傷CD8+T細胞直接殺死感染細胞和腫瘤細胞輔助協(xié)調(diào)CD4+T細胞分泌細胞因子激活其他免疫細胞免疫記憶記憶T細胞提供長期保護，快速應(yīng)對再次感染免疫調(diào)節(jié)Treg細胞抑制免疫反應(yīng)，防止過度炎癥CD4+T細胞的輔助功能活化B細胞促進抗體產(chǎn)生和類別轉(zhuǎn)換激活巨噬細胞增強吞噬和殺傷能力招募其他細胞釋放趨化因子吸引免疫細胞維持CD8+反應(yīng)提供生存信號和細胞因子支持Th1細胞和細胞介導(dǎo)的免疫應(yīng)答主要誘導(dǎo)因子IL-12和IFN-γ關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子T-bet產(chǎn)生細胞因子IFN-γ、TNF-α和IL-2主要功能抵抗胞內(nèi)病原體感染Th2細胞和體液免疫應(yīng)答IL-4IL-5IL-13IL-10其他主要誘導(dǎo)因子：IL-4關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子：GATA-3主要功能：抵抗胞外寄生蟲，參與過敏反應(yīng)Th17細胞和炎癥反應(yīng)誘導(dǎo)因子TGF-β+IL-6+IL-23轉(zhuǎn)錄因子RORγt產(chǎn)生細胞因子IL-17A/F、IL-21、IL-22主要功能抵抗細菌和真菌，參與自身免疫性疾病CD8+T細胞的殺傷功能識別靶細胞TCR識別MHC-I呈遞的異常抗原肽免疫突觸形成CTL與靶細胞緊密接觸，分子重排釋放殺傷顆粒定向釋放穿孔素和顆粒酶靶細胞凋亡通過多種途徑誘導(dǎo)靶細胞程序性死亡細胞毒性機制：穿孔素和顆粒酶穿孔素在靶細胞膜上形成孔道允許顆粒酶進入靶細胞可直接破壞膜完整性顆粒酶絲氨酸蛋白酶家族成員顆粒酶B切割并激活半胱氨酸蛋白酶觸發(fā)靶細胞凋亡級聯(lián)反應(yīng)細胞毒性機制：Fas/FasL通路FasL表達活化的CTL表面表達FasLFas-FasL結(jié)合CTL上的FasL與靶細胞上的Fas結(jié)合死亡信號傳導(dǎo)活化死亡誘導(dǎo)信號復(fù)合物(DISC)Caspase激活引發(fā)Caspase級聯(lián)反應(yīng)導(dǎo)致細胞凋亡記憶T細胞和二次免疫應(yīng)答時間（天）初次應(yīng)答二次應(yīng)答二次應(yīng)答特點：起始快、峰值高、持續(xù)久記憶T細胞分布于組織，維持長期免疫監(jiān)視第七部分：T細胞與疾病感染性疾病抵抗病原體入侵過敏反應(yīng)參與變態(tài)反應(yīng)自身免疫疾病錯誤攻擊自身組織腫瘤疾病識別消滅癌細胞移植排斥攻擊異體組織T細胞在感染性疾病中的作用病毒感染CD8+T細胞直接殺傷病毒感染的細胞Th1細胞分泌IFN-γ激活巨噬細胞細菌感染Th1細胞活化巨噬細胞清除胞內(nèi)細菌Th17細胞招募中性粒細胞對抗胞外細菌寄生蟲感染Th2細胞分泌IL-4/IL-5激活嗜酸性粒細胞促進IgE產(chǎn)生，協(xié)助寄生蟲清除T細胞與自身免疫疾病發(fā)病機制自身反應(yīng)性T細胞逃逸胸腺負選擇Treg功能異常調(diào)節(jié)性T細胞數(shù)量減少或功能缺陷常見疾病類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎、多發(fā)性硬化、1型糖尿病治療策略靶向T細胞活化和炎癥因子的藥物T細胞與過敏反應(yīng)1初次接觸過敏原Th2細胞分化并產(chǎn)生IL-42IgE類型轉(zhuǎn)換B細胞在Th2細胞幫助下產(chǎn)生特異性IgE3肥大細胞致敏IgE結(jié)合肥大細胞表面FcεRI受體4再次接觸過敏原肥大細胞脫顆粒釋放炎癥介質(zhì)T細胞與腫瘤免疫腫瘤消除高效識別并殺傷腫瘤細胞腫瘤平衡控制腫瘤生長但未完全清除腫瘤逃逸免疫抑制、抗原丟失等機制T細胞與器官移植排斥反應(yīng)直接途徑識別供體MHC分子間接途徑識別被受體APC呈遞的供體抗原半直接途徑通過受體APC獲取的供體MHC識別排斥反應(yīng)T細胞介導(dǎo)的細胞毒性和炎癥反應(yīng)第八部分：T細胞相關(guān)檢測技術(shù)表型分析流式細胞術(shù)檢測表面分子功能分析ELISPOT、細胞因子檢測分子特征TCR測序、單細胞測序成像技術(shù)多光子顯微鏡、質(zhì)譜成像流式細胞術(shù)高通量單細胞分析技術(shù)可同時檢測多種表面或細胞內(nèi)分子識別不同T細胞亞群及活化狀態(tài)ELISPOT技術(shù)包被特異抗體微孔板包被針對細胞因子的捕獲抗體細胞刺激加入T細胞和特異性抗原刺激細胞因子捕獲分泌的細胞因子被附近抗體捕獲斑點顯示通過酶標二抗和底物顯色細胞因子檢測靈敏度(pg/ml)通量ELISA：單一細胞因子高靈敏檢測流式細胞術(shù)：細胞內(nèi)細胞因子染色多因子檢測平臺：同時檢測多種細胞因子TCR測序技術(shù)原理擴增TCR基因可變區(qū)高通量測序分析生物信息學(xué)數(shù)據(jù)處理應(yīng)用領(lǐng)域T細胞庫多樣性分析克隆擴增檢測免疫監(jiān)測和診斷第九部分：T細胞免疫治療細胞療法CAR-T、TCR-T、TIL療法免疫檢查點PD-1/CTLA-4抑制劑疫苗腫瘤疫苗、樹突狀細胞疫苗細胞因子治療IL-2、IFN等細胞因子應(yīng)用CAR-T細胞療法T細胞采集從患者體內(nèi)分離T細胞基因修飾導(dǎo)入CAR基因，表達嵌合抗原受體體外擴增CAR-T細胞大量培養(yǎng)增殖回輸治療將CAR-T細胞輸回患者體內(nèi)殺傷腫瘤TCR-T細胞療法1原理基礎(chǔ)利用基因工程改造T細胞表達特異性TCR2與CAR-T區(qū)別通過MHC依賴方式識別胞內(nèi)抗原3優(yōu)勢特點可靶向更廣泛的腫瘤抗原，包括胞內(nèi)抗原4臨床應(yīng)用針對NY-ESO-1等腫瘤抗原治療多種實體瘤免疫檢查點抑制劑CTLA-4抑制劑伊匹木單抗(Ipilimumab)主要作用于T細胞初始活化階段阻斷CTLA-4與B7相互作用PD-1/PD-L1抑制劑納武利尤單抗、帕博利珠單抗等主要作用于效應(yīng)階段T細胞阻斷PD-1與PD-L1負性共刺激信號疫苗開發(fā)中的T細胞作用CD4+T細胞輔助B細胞產(chǎn)生高親和力抗體1CD8+T細胞直接清除感染細胞2記憶T細胞提供長期保護3疫苗佐劑增強T細胞應(yīng)答4第十部分：T細胞研究前沿多組學(xué)整合分析揭示T細胞復(fù)雜調(diào)控網(wǎng)絡(luò)計算生物學(xué)方法加速T細胞免疫治療研發(fā)空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)技術(shù)探索T細胞組織微環(huán)境互作單細胞測序技術(shù)在T細胞研究中的應(yīng)用1000+單細胞識別可同時分析上千個單細胞20K+基因表達量每個細胞檢測基因數(shù)量50+新亞群發(fā)現(xiàn)已鑒定的T細胞亞型數(shù)量5種多組學(xué)整合可同時分析轉(zhuǎn)錄組、表觀組等T細胞代謝與功能的關(guān)系糖酵解效應(yīng)T細胞主要能量來源脂肪酸氧化記憶T細胞和Treg