T細胞來源于骨髓中的淋巴樣祖細胞,，在胚胎發(fā)育早期，T細胞的前體干細胞經(jīng)血流輸送到胸腺,，從胸腺的淺皮質(zhì)向深皮質(zhì),、髓質(zhì)移行，并發(fā)育為成熟的T細胞,。早期胸腺祖細胞ETP從離開骨髓到血液中然后定位到胸腺的：- ETP在血液中表達一些歸巢分子,，如趨化因子受體CCR7和CCR9，以及P-選擇素糖蛋白配體-1（PSGL-1）,。
- 這些歸巢分子使ETP能夠識別并結合胸腺的血管內(nèi)皮細胞上的相應配體,，如CCL19、CCL21和P-選擇素,。ETP通過與血管內(nèi)皮細胞的相互作用,，降低其滾動速度，增加其黏附力,，從而在胸腺的血管壁上停留和滾動,。ref：zhagalov I, Phee H. How to find your way through the thymus: a practical guide for aspiring T cells. Cell Mol Life Sci. 2012 Mar;69(5):663-82.
ETP通過跨越血管內(nèi)皮層[特殊的血管結構（高內(nèi)皮小靜脈，high endothelial venules,，HEVs）]的細胞間連接,，穿透血管壁，進入胸腺的皮質(zhì)區(qū),。
|
在接受有序,、規(guī)范的“培訓”之后，成熟T細胞進入血液,，轉移至外周淋巴組織（如脾臟、淋巴結等）,，在接受刺激后,，再分化為效應性或記憶性T細胞，參與適應性免疫,。ref：Kumar BV, Connors TJ, Farber DL. Human T Cell Development, Localization, and Function throughout Life. Immunity. 2018 Feb 20;48(2):202-213.然而,，隨著年齡的增長，胸腺逐漸退化,，胸腺細胞數(shù)量和質(zhì)量下降,，導致T細胞的產(chǎn)量和多樣性減少。逐漸,，身體中的T細胞總量主要依賴外周淋巴組織的T細胞增殖維持,。T細胞在胸腺中完成整個分化成熟過程,。骨髓干細胞隨血液到達胸腺，此時稱前T細胞或胸腺細胞 (thymocyte),。胸腺基質(zhì)細胞 (如胸腺上皮細胞),、巨噬細胞等可分泌胸腺素、胸腺生成素,、胸腺激素和IL-7等細胞因子,，并表達高水平的MHCI類、Ⅱ類分子,，構成胸腺特定的內(nèi)環(huán)境,。前T細胞在這些激素、細胞因子的作用下以及與MHC分子的介導下,，依賴胸腺微環(huán)境,，受遺傳控制，逐步分化成熟,。T細胞的分化成熟過程分為雙陰性,、雙陽性和單陽性三個時期。雙陰性即不表達CD4和CD8,，雙陽性即CD4/CD8均表達,，最終αβ T細胞只能表達其中一種輔助受體，發(fā)育完成后T細胞應分化成CD4輔助T細胞或者CD8殺手T細胞,。雙陰性階段按照CD44和CD25（又叫IL-2R α鏈）是否表達又可以細分為4個階段,，即CD44+/-和CD25+/-四種組合。另外,，TCR復合物中的CD3分子也是T細胞發(fā)育過程的一個重要標志物,。T細胞按照表達TCR鏈種類不同，可以將T細胞分為傳統(tǒng)T細胞（α:β T細胞）和γ:δ T細胞,。α:β T細胞表面只表達TCR α和β鏈,，占T細胞的絕大多數(shù)（一般默認后天免疫的T細胞都是α:β T細胞）；γ:δ T細胞表面只表達TCRγ和δ鏈,，主要發(fā)揮天然免疫功能,。α:β T細胞按照表達CD4或CD8不同，可以分為CD4+ T細胞和CD8+ T細胞,。CD4+ T細胞又叫輔助T細胞,，主要識別MHCⅡ類分子上的抗原肽，分泌多種細胞因子,，協(xié)調(diào)和調(diào)節(jié)免疫應答,。CD8+ T細胞又叫殺手T細胞或細胞毒性T細胞，主要識別MHCⅠ類分子上的抗原肽，通過釋放穿孔素和顆粒酶等方式,，殺死被病原體感染或者衰老,、癌變的細胞（可應用在CAR-T療法，參：CAR-T是個啥,？）。CD4+ T細胞按照分泌的細胞因子不同,，可以分為Th1,，Th2，Th17, Th9和Treg等,。Th1細胞受到IL-12,，IFN-γ的刺激，分泌IFN-γ,，TNF-α等細胞因子,，主要參與細胞免疫，抵抗細胞內(nèi)寄生蟲和病毒感染,。Th2細胞受到IL-4刺激分化而來,，主要分泌IL-4，IL-5,，IL-13等細胞因子,，主要參與體液免疫，抵抗細胞外寄生蟲感染,，促進B細胞分化產(chǎn)生抗體,。Th17細胞受到TGF-β，IL-6,，IL-23的刺激,，分泌IL-17，IL-22等細胞因子,，主要參與黏膜和皮膚的免疫防御,，抵抗真菌和細菌感染。Th9細胞受到TGF-β,，IL-4的刺激,，分泌IL-9等細胞因子，主要參與抗寄生蟲和抗腫瘤的免疫反應,。Treg細胞受到TGF-β，IL-2的刺激,，分泌IL-10,，TGF-β等細胞因子，主要參與免疫耐受和免疫抑制，維持免疫穩(wěn)態(tài),。T細胞在胸腺中經(jīng)歷了復雜的選擇過程,，以保證它們具有自身耐受和多樣性。T細胞的TCR是由基因重排產(chǎn)生的,，這個過程是隨機的,，因此可能產(chǎn)生一些無法與MHC分子結合的TCR，或者與自身MHC分子結合過強的TCR,。這些TCR都是不利于機體的,，因此需要被淘汰掉。正向選擇是指T細胞的TCR能夠與胸腺基質(zhì)細胞表面的MHC分子結合,，從而獲得存活信號的過程,。這個過程保證了T細胞的MHC限制性，即T細胞只能識別自身MHC分子上的抗原肽,。正向選擇發(fā)生在雙陽性階段，T細胞的TCR同時與MHCⅠ類和Ⅱ類分子結合，如果能夠結合MHCⅠ類分子,，T細胞會保留CD8分子,，分化為CD8+ T細胞；如果能夠結合MHCⅡ類分子,，T細胞會保留CD4分子,，分化為CD4+ T細胞。如果不能結合任何MHC分子,，T細胞會因為缺乏存活信號而死亡,，這稱為死亡誘導。負向選擇是指T細胞的TCR能夠與胸腺基質(zhì)細胞或胸腺髓質(zhì)細胞表面的自身抗原肽結合,，從而被誘導凋亡或者誘導分化為Treg細胞的過程,。這個過程保證了T細胞的自身耐受性，即T細胞不會對自身抗原產(chǎn)生免疫反應,。負向選擇發(fā)生在單陽性階段,，T細胞的TCR只能與MHCⅠ類或Ⅱ類分子結合，如果與自身抗原肽結合過強,，T細胞會被淘汰掉,，以防止自身免疫疾病的發(fā)生；如果與自身抗原肽結合適度,，T細胞會被誘導分化為Treg細胞,，以維持免疫穩(wěn)態(tài)。T細胞的成熟過程是一個復雜而精密的過程,，它涉及到多種細胞因子,、細胞表面分子和基因重排的調(diào)控,。T細胞的成熟過程決定了T細胞的功能和特性，也影響了機體的免疫應答和免疫平衡,。了解T細胞的成熟過程,，有助于我們深入理解免疫系統(tǒng)的工作原理，也為免疫相關疾病的診斷和治療提供了依據(jù),。T細胞是由造血干細胞分化而來的一種淋巴細胞,，在發(fā)育早期階段由骨髓遷移至胸腺（thymus），并在胸腺中發(fā)育成熟,，故得名T細胞,。T細胞在免疫反應中扮演著重要的角色，可以分為輔助性T細胞,、細胞毒性T細胞,、調(diào)節(jié)性T細胞和記憶性T細胞等亞型。
- T細胞的前體細胞是共同淋巴祖細胞（CLP）,，它們來源于骨髓中的多能造血祖細胞（MPP）,，MPP又來源于造血干細胞（HSC）。
- CLP在骨髓內(nèi)受到Notch信號通路的激活,，使其分化為早期胸腺祖細胞（ETP）,，并表達CD44和Kit等細胞表面分子。
- ETP隨著血流循環(huán)到達胸腺,，穿過胸腺的血管內(nèi)皮層,，進入胸腺的皮質(zhì)區(qū)。
- ETP在胸腺的皮質(zhì)區(qū)開始增殖和分化,，表達CD25等細胞表面分子,，進入DN1階段。
- DN1階段的T細胞繼續(xù)分化,，開始重排TCR-β基因座,，表達CD25和CD117等細胞表面分子，進入DN2階段,。
- DN2階段的T細胞繼續(xù)分化,，完成TCR-β基因座的重排，表達CD25和CD27等細胞表面分子,，進入DN3階段,。
- DN3階段的T細胞繼續(xù)分化，表達pre-TCR和CD3等細胞表面分子,，進入DN4階段,。
- DN4階段的T細胞繼續(xù)分化，開始重排TCR-α基因座,，表達CD4和CD8等細胞表面分子,，進入DP階段,。
- DP階段的T細胞繼續(xù)分化，完成TCR-α基因座的重排,，表達TCR-α:β復合物和CD3等細胞表面分子，進入陽性選擇和陰性選擇的過程,。
- 陽性選擇和陰性選擇的過程中,，T細胞與胸腺上皮細胞和胸腺髓質(zhì)細胞表面的MHC分子結合，檢驗其對自身抗原和外來抗原的識別能力,，淘汰掉不能識別或過度識別的T細胞,，保留能夠適度識別的T細胞。
- 通過陽性選擇和陰性選擇的T細胞繼續(xù)分化,，根據(jù)其與MHC-I或MHC-II分子的結合能力,，確定其為CD4+ T細胞或CD8+ T細胞，表達CD62L和CCR7等細胞表面分子,，進入SP階段,。
- SP階段的T細胞繼續(xù)分化，表達CD45RA等細胞表面分子,，成為成熟的初級T細胞,，從胸腺的髓質(zhì)區(qū)穿過血管內(nèi)皮層，進入血液循環(huán),，遷移到外周淋巴組織,，發(fā)揮其免疫功能。
 - DN1階段：DN1細胞是由骨髓中的造血干細胞（hematopoietic stem cells,，HSCs）分化而來的,，它們通過血液循環(huán)進入胸腺，通過特殊的血管結構（高內(nèi)皮小靜脈,，high endothelial venules,，HEVs）穿過胸腺被膜，進入胸腺的皮質(zhì)區(qū),。DN1細胞的表型為Lineage-CD44+CD25-CD117+,，即不表達任何淋巴細胞譜系特異性的分子，但表達CD44,，CD25和CD117三種分子,。DN1細胞在胸腺中大量增殖，同時失去B細胞和髓系細胞的分化潛能,，開始表達CD25分子,，進入DN2階段。 - DN2階段：DN2細胞的表型為Lineage-CD44+CD25+CD117+,，即在DN1細胞的基礎上增加了CD25分子的表達,。DN2細胞在胸腺上皮細胞（thymic epithelial cells,，TECs）的刺激下，開始進行TCRβ鏈的基因重排,，即在TCRβ鏈的可變區(qū)（V區(qū)）和恒定區(qū)（C區(qū)）之間,，隨機選擇一個多肽段（D段）和一個連接段（J段）進行連接，形成VDJ組合,。DN2細胞在完成TCRβ鏈的重排后,，停止表達CD44分子，進入DN3階段,。 - DN3階段：DN3細胞的表型為Lineage-CD44-CD25+CD117+,，即在DN2細胞的基礎上減少了CD44分子的表達。DN3細胞在胸腺中接受β選擇,，即檢驗它們的TCRβ鏈是否能夠與pre-TCRα分子和CD3復合體形pre-TCR,，并在細胞表面呈現(xiàn)【主要排除的移碼突變和中間插入終止子】。只有能夠形成預TCR的DN3細胞才能存活,，而不能形成預TCR的DN3細胞則會凋亡,。β選擇的目的是確保TCRβ鏈具有結構完整性和功能正常性。通過β選擇的DN3細胞會停止表達CD25和CD117分子,，進入DN4階段,。 - DN4階段：DN4細胞的表型為Lineage-CD44-CD25-CD117-，即在DN3細胞的基礎上減少了CD25和CD117分子的表達,。DN4細胞在胸腺中開始進行TCRα鏈的基因重排,，即在TCRα鏈的可變區(qū)（V區(qū)）和恒定區(qū)（C區(qū)）之間，隨機選擇一個連接段（J段）進行連接,，形成VJ組合,。DN4細胞在完成TCRα鏈的重排后，開始表達CD4和CD8兩種分子,，成為雙陽性（double positive,，DP）T細胞，進入下一個發(fā)育階段,。 |
陽性選擇（positive selection）：DP T細胞在胸腺的皮質(zhì)區(qū)接受陽性選擇,，即檢驗它們的TCR是否能夠與胸腺上皮細胞（thymic epithelial cells，TECs）表面的MHC分子結合,。只有能夠與MHC分子結合的DP T細胞才能存活,，而不能結合的DP T細胞則會凋亡。陽性選擇的目的是確保T細胞具有MHC限制性（MHC restriction）,，即只能識別與自身MHC分子匹配的抗原,。 單陽性化（single positive，SP）：DP T細胞在陽性選擇后,，會根據(jù)它們的TCR與MHC I類或MHC II類分子的親和力,，選擇性地表達CD4或CD8分子,，成為單陽性（single positive，SP）T細胞,。與MHC I類分子結合的DP T細胞會保留CD8分子,，而丟失CD4分子，成為CD8+ SP T細胞,，也稱為細胞毒性T細胞（cytotoxic T cells,，CTLs）。與MHC II類分子結合的DP T細胞會保留CD4分子,，而丟失CD8分子，成為CD4+ SP T細胞,，也稱為輔助性T細胞（helper T cells,，Ths）。CD8+ T細胞和CD4+ T細胞在免疫反應中發(fā)揮不同的作用,。 陰性選擇（negative selection）：SP T細胞在胸腺的髓質(zhì)區(qū)接受陰性選擇,，即檢驗它們的TCR是否能夠與自身抗原結合。自身抗原是一種由機體自身產(chǎn)生的分子,，通常不會引起免疫反應,。如果SP T細胞的TCR能夠與自身抗原結合，表明它們具有自身反應性（self-reactivity）,，可能會對機體造成損傷,。因此，這些SP T細胞會被消除或調(diào)節(jié),，以建立自我耐受性（self-tolerance）,。陰性選擇的目的是避免T細胞對自身組織的攻擊。
|
陽性選擇是T細胞發(fā)育過程中的一個重要步驟,，它發(fā)生在胸腺的皮質(zhì)區(qū),，目的是確保T細胞具有MHC限制性，即只能識別與自身MHC分子匹配的抗原,。 陽性選擇的對象是雙陽性（double positive,，DP）T細胞，即同時表達CD4和CD8兩種分子的T細胞,。這些T細胞的TCR（T細胞受體）已經(jīng)通過基因重排產(chǎn)生了多樣性,，但是不一定能夠與MHC分子結合。MHC分子是一種能夠呈遞抗原的分子,，分為MHC I類和MHC II類兩種類型,。MHC I類分子主要呈遞內(nèi)源性抗原，如受病毒感染的細胞產(chǎn)生的抗原,，MHC II類分子主要呈遞外源性抗原,，如吞噬細胞吞噬的細菌產(chǎn)生的抗原,。 陽性選擇的過程是這樣的： - DP T細胞在胸腺的皮質(zhì)區(qū)與胸腺上皮細胞（thymic epithelial cells，TECs）接觸,，TECs表面表達了MHC I類和MHC II類分子,，以及一些自身抗原，如胸腺獨特的抗原（thymus-specific antigen,，TSA）或其他組織的抗原（tissue-restricted antigen,，TRA）。 - DP T細胞的TCR嘗試與TECs表面的MHC-抗原復合物結合,，如果能夠結合,，表明DP T細胞具有MHC限制性，能夠識別自身MHC分子,，這樣的DP T細胞會收到存活信號,，繼續(xù)發(fā)育。 - 如果DP T細胞的TCR不能與TECs表面的MHC-抗原復合物結合,，表明DP T細胞缺乏MHC限制性,，不能識別自身MHC分子，這樣的DP T細胞會收到死亡信號,，被淘汰,。 - 如果DP T細胞的TCR能夠與TECs表面的MHC-抗原復合物結合，還要看它們的親和力,，如果親和力過高,，表明DP T細胞具有自身反應性，可能會對自身組織造成損傷,，這樣的DP T細胞也會被淘汰,。 【那么，為什么親和力過高的DP T細胞會被淘汰呢,？ 這是因為親和力過高的DP T細胞的TCR與TECs表面的MHC-抗原復合物結合后,，會產(chǎn)生過強的信號，導致細胞內(nèi)的鈣離子濃度升高,，激活一種名為Bim的蛋白,，它可以促進細胞凋亡的發(fā)生。另外,，親和力過高的DP T細胞的TCR與TECs表面的MHC-抗原復合物結合后,，也會激活一種名為Fas的蛋白，它可以與TECs表面的Fas ligand結合,，觸發(fā)細胞凋亡的途徑,。因此，親和力過高的DP T細胞會被淘汰，以避免它們對自身組織的攻擊,。】 - 此外,，該正選擇過程還決定T細胞將成為CD8 + T細胞還是CD4 + T細胞。通過陽性選擇的DP T細胞會根據(jù)它們的TCR與MHC I類或MHC II類分子的親和力,，選擇性地表達CD4或CD8分子,，成為單陽性（single positive，SP）T細胞,。與MHC I類分子結合的DP T細胞會保留CD8分子,，而丟失CD4分子，成為CD8+ SP T細胞,，也稱為細胞毒性T細胞（cytotoxic T cells,，CTLs）。與MHC II類分子結合的DP T細胞會保留CD4分子,，而丟失CD8分子,，成為CD4+ SP T細胞，也稱為輔助性T細胞（helper T cells,，Ths）。CD8+ T細胞和CD4+ T細胞在免疫反應中發(fā)揮不同的作用,。具體機理來說,，如果 TCR 復合物與 MHC II 類強烈結合，該復合物將發(fā)送細胞內(nèi)信號以誘導稱為 ThPOK 的蛋白質(zhì)的表達,。該蛋白會降低另一種關鍵蛋白 Runx3 的表達,，該蛋白負責驅(qū)動 CD8 表達。由于 Runx3 水平較低會導致 CD8 水平較低,，因此這些 ThPOK+,、Runx3- 細胞會變成 CD4+。然而,，如果發(fā)育中的 T 細胞與 MHC II 類結合不牢固,，ThPOK 水平將會較低，因此 Runx3 水平將會較高,，從而推動 T 細胞分化為 CD8 +細胞,。總之,，正選擇過程導致能夠識別 MHC 復合物的成熟 CD8 +和 CD4 + T 細胞的存活,。
陰性選擇是T細胞發(fā)育過程中的一個重要步驟，它發(fā)生在胸腺的髓質(zhì)區(qū),，目的是建立自我耐受性,，即避免T細胞對自身組織的攻擊,。陰性選擇的對象是單陽性（single positive,，SP）T細胞,，即只表達CD4或CD8分子的T細胞。這些T細胞的TCR（T細胞受體）已經(jīng)通過陽性選擇證明了能夠與自身MHC分子結合,，但是不一定能夠區(qū)分自身抗原和外源抗原,。自身抗原是一種由機體自身產(chǎn)生的分子，通常不會引起免疫反應,。外源抗原是一種由外來病原體或物質(zhì)產(chǎn)生的分子,，通常會引起免疫反應。- SP T細胞在胸腺的髓質(zhì)區(qū)與胸腺樹突狀細胞（thymic dendritic cells,，TDCs）接觸,，TDCs表面表達了MHC I類和MHC II類分子,，以及一些自身抗原或外源抗原,，如胸腺獨特的抗原（thymus-specific antigen,，TSA）或其他組織的抗原（tissue-restricted antigen，TRA）,。- SP T細胞的TCR嘗試與TDCs表面的MHC-抗原復合物結合，如果能夠結合,，表明SP T細胞具有自身反應性,，可能會對自身組織造成損傷,，這樣的SP T細胞會收到死亡信號，被淘汰,。- 如果SP T細胞的TCR不能與TDCs表面的MHC-抗原復合物結合,，表明SP T細胞具有自我耐受性，不會對自身組織造成損傷,，這樣的SP T細胞會收到存活信號,，繼續(xù)發(fā)育。- 如果SP T細胞的TCR能夠與TDCs表面的MHC-抗原復合物結合,，還要看它們的親和力,，如果親和力較低，表明SP T細胞具有調(diào)節(jié)性,，能夠抑制其他免疫細胞的活性，維持免疫穩(wěn)態(tài)和耐受性，這樣的SP T細胞會分化為調(diào)節(jié)性T細胞（regulatory T cells,，Tregs）,，并表達特異性的轉錄因子FOXP3。那么,，介導具有自身反應性的T細胞死亡的機理和過程是什么呢,？ 和陽性選擇中強親和力的路徑一致，這主要涉及到兩種途徑,，即細胞內(nèi)的凋亡途徑和細胞外的凋亡途徑 ,。 - 細胞內(nèi)的凋亡途徑是指SP T細胞的TCR與TDCs表面的MHC-抗原復合物結合后，會產(chǎn)生過強的信號,，導致細胞內(nèi)的鈣離子濃度升高,，激活一種名為Bim的蛋白，它可以促進細胞凋亡的發(fā)生,。Bim是一種促凋亡的Bcl-2家族蛋白,，它可以與抑制凋亡的Bcl-2家族蛋白結合，釋放出一種名為Bax的蛋白,，Bax可以在線粒體外膜上形成孔道,，導致細胞色素C的釋放，細胞色素C可以激活一種名為caspase-9的蛋白,，caspase-9可以激活一種名為caspase-3的蛋白,，caspase-3可以切割細胞內(nèi)的多種底物，導致細胞的核酸和蛋白質(zhì)的降解,，最終引起細胞凋亡 ,。 - 細胞外的凋亡途徑是指SP T細胞的TCR與TDCs表面的MHC-抗原復合物結合后,，也會激活一種名為Fas的蛋白,，它可以與TDCs表面的Fas ligand結合，觸發(fā)細胞凋亡的途徑 ,。Fas和Fas ligand是一種屬于TNF受體和TNF超家族的蛋白,，它們的結合可以招募一種名為FADD的蛋白，F(xiàn)ADD可以激活一種名為caspase-8的蛋白,，caspase-8可以直接或間接地激活caspase-3,，從而引起細胞凋亡。
陰性選擇最有趣的方面之一是它主要發(fā)生在胸腺中,，這意味著 T 細胞僅依賴胸腺中的細胞在 MHC 分子上呈遞自身肽,。正因為如此，人們很容易認為負選擇只會刪除對胸腺自肽表現(xiàn)出反應性的 T 細胞……但是胃,、皮膚或肺特異的肽-MHC 復合物呢,？負選擇中幸存下來的 T 細胞是否會離開胸腺，只去殺死我們其他器官的細胞？顯然,，情況并非如此,，原因在于一種稱為自身免疫調(diào)節(jié)劑（AIRE）的蛋白質(zhì)。AIRE 在胸腺中的作用是誘導許多通常不在胸腺細胞中表達的蛋白質(zhì)的表達,，例如肺部特征的蛋白質(zhì),。通過這種方式，發(fā)育中的 T 細胞會接觸到許多肽-MHC 復合物,，而不僅僅是那些通常由胸腺細胞表達的復合物,，從而在 T 細胞離開胸腺后防止自身免疫。
|
