各种免疫细胞识别靶细胞的分子机制

中国免疫学杂志1999年第15卷第10期综述

作者:何伟

单位:中国医学科学院基础医学研究所，北京协和医科大学基础医学院免疫学系，北京100005。

t细胞表达两种抗原受体(TCR): TCR α β和TCRγδ。TCRαβ能特异性识别抗原呈递细胞(APC)表面MHC类或ⅱ类分子呈递的抗原肽，而TCRγδ主要以MHC非限制性方式识别各种抗原。近年来，TCRγδ识别抗原的类型和方式得到了深入研究，本文就其进展进行综述。

1 TCRγδ的多样性和分布特点提示了抗原识别的特殊性。

与TCRαβ和免疫球蛋白(Ig)相似，TCRγδ基因由重组的V、D、J和C区组成。虽然γ和δ位点的V区多样性不如α和β，但是它们结合区的多样性使得TCRγδ的存在甚至超过了TCRαβ多样性的潜力[1]。然而，许多γδT细胞亚群仅使用其受体库的有限部分，一些特定的Vγ、Vδ和连接序列的组合导致了TCRγδ结构的单调性[1]。小鼠γδT细胞有三种发育途径:第一组在胎儿胸腺发育，批量产生的γδT细胞分别进入特定的上皮组织。这些细胞重组单个γ/δ基因并具有单个连接序列，表现出单一特异性。Vδ5细胞进入皮肤，Vδ6细胞进入生殖道上皮和舌。第二组发育于成体胸腺，多表达Vγ1或Vγ4或少量Vγ2或Vγ7，具有广泛的连接多态性，主要分布于外周血，偶见进入粘膜组织。第三组发育不依赖胸腺，主要为Vγ7和Vγ1，具有大连接多态性，主要分布于小肠上皮。因此，γδT细胞的抗原特异性涵盖了从单一特异性到极其多变的范围[2]。γδT细胞在不同分布部位的预先确定，提示它们可能是识别特定抗原的特殊T细胞群，而不是TCRαβ细胞的随机分布。在人类中，Vδ只使用δ链中的一条。在成人外周血中，70%以上的Vδ表达Vδ2，其余为Vδ1。Vδ2和VR9***表示，Vδ1和vγ* * *表示[3]。

2 γδT细胞抗原识别的类型和机制

2.1 MHC分子有文献报道小鼠和人γδT细胞能识别MHCⅰ类和ⅱ类分子。人外周血γδT细胞(Vδ9)可以识别同种异体树突状细胞(DC)/单核细胞表面的MHCⅱⅱ类分子[4]。

1987 Matis等人通过在体外用同种异体APC刺激无胸腺小鼠的脾细胞，建立了一些MHC限制性γδT细胞系[5]。它们识别同种异体细胞上的非自身MHC分子并呈现特异性反应，但其特异性不同于传统的αβT细胞。例如，γδT细胞系LBK5可以识别MHCⅱ类分子I-E的多个等位基因产物[6]。IEK是小鼠体内的ⅱ类MHC分子，能结合多种肽和超抗原，刺激αβT细胞的活化。Schild等发现，当LBK5识别IEK时，与IEK结合的肽不传递特异性，经典的抗原治疗没有开始[7]。各种细胞刺激LBK5的能力不同可归因于其表面MHC分子的表达，与细胞的来源和类型以及影响MHC肽加载的因素无关。结合到平板上的IEK蛋白对LBK5的刺激强度类似于由表达IEK的细胞引起的刺激强度。这些结果表明LBK5直接识别IEK分子。

还有大量报道称γδT细胞可以识别非经典MHC分子。从Balb/c裸鼠的脾脏中分离出G8株识别的T10和T22抗原[6，7]。Porcelli等人从免疫缺陷患者中分离出CD1c限制性γδT细胞。Schild等人对G8系进行了深入研究，发现T10与T22有94%的同源性[7]。与LBK5相似，T10/T22被G8克隆识别，无需传统的抗原处理。同样，不同细胞激活γδT细胞的能力也归因于其表面MHC的表达，I/II类抗原的处理过程对其没有影响。例如，小鼠细胞系RMA-S和人细胞系T2都存在在MHC类分子上装载肽的缺陷，而转染T22的RMA-S和T2都可以激活G8细胞。非常有意思的是，G8可以识别果蝇细胞上表达的T10/T22，但果蝇并没有类似于哺乳动物的免疫系统，也缺乏任何抗原加工和呈递所必需的因子。上述结果表明，这些所谓的MHC限制性γδT细胞克隆似乎不能通过抗原加工和呈递来识别经典MHC。MHC分子本身被认为是抗原，装载在这些细胞上的肽不起配体的作用。还报道了γ δ细胞克隆TgI4.4可以识别一种单纯疱疹T跨膜糖蛋白GI [8]。在抗原处理缺陷的RMA-S细胞上表达的完整野生型gI可以被TgI4.4细胞识别，包被在平板上的可溶性重组gI-Ig也可以被识别，这表明gI可以在没有抗原处理和其他分子呈递的情况下被直接和完全识别。γδT细胞对蛋白抗原的识别似乎倾向于不经处理和呈递而直接识别。特异性MHC分子被认为是抗原，而不是抗原呈递分子。

2.2非MHC分子显然，与TCRγδ庞大的序列多态性相比，经典的抗原识别种类还是太少了。大量文献表明，TCRγδ具有与TCRαβ完全不同的抗原识别途径。目前已经证明有两类分子是TCRγδ配体:含磷酸基团的非肽类小分子和热休克蛋白。

2.2.1磷酸化群Vγ9/δ2，主要的人γδT细胞亚群，可在分枝杆菌感染部位大量存在，并在体外与细菌和寄生虫反应。发现分枝杆菌中的有效成分为低分子量(1 ~ 3 KD)的非肽类化合物，包括碳水化合物骨架和磷酸。Constant等人从结核分枝杆菌H37RV株中分离出四种不同的水溶性物质:TUBag1-4。TUBag4是胸苷5'-三磷酸，其γ-磷酸被一个成分未定的低分子量基团取代[9]。TUBag3在结构上与4相似，但它是尿苷而不是胸苷。1和2是3和4的非核苷酸片段，活性极小。TUBag4能刺激外周血Vγ9/δ2 T细胞和其他特异性γδT细胞的扩增。这些化合物存在于微生物和哺乳动物中。由于很难从分枝杆菌的培养滤液或提取液中分离出天然抗原，Tanaka Y等人首先合成了一系列单碱基磷酸酯化合物，发现其中一些，尤其是磷酸单乙酯化合物，可以模拟Vγ9/δ2 T细胞对分枝杆菌的反应[10]。后来，他们报道了这种γδT细胞的天然配体:异戊烯焦磷酸IPP和相关的萜类(异戊烯基)焦磷酸衍生物。但用磷酸基团代替焦磷酸基团会大大削弱其抗原性。IPP和相关萜类焦磷酸盐是亲脂性化合物如维生素、脂类和类固醇的活性前体。这些萜类焦磷酸中间体在细菌和哺乳动物细胞中都存在，人类Vγ9/δ2 T细胞亚群对它们的识别可以部分解释它们对一系列肿瘤细胞系的反应性。上述所有研究均使用活化的γδT细胞系，不含APC和其他细胞因子。随后的大多数研究结果进一步表明，磷酸基团激活γδT细胞需要T-T细胞相互作用，而识别本身不需要MHC I/II类分子、CD1、TAP1/TAP2或DMA/DMB的表达。虽然APC存在于一些研究系统中，但被认为是非MHC限制性的，其作用可能与提供γδT细胞生长所需的细胞因子有关。Carena等人的研究进一步表明了APC表面的MHC分子在γδT细胞识别磷酸基团配体中的特殊意义[11]。CD94(NKG2-A/B异二聚体)是一种表达在大多数γδT细胞表面的受体，可以特异性结合MHC类分子。他们发现，CD94与MHC类分子结合时，可以通过磷酸化配体下调γδT细胞的激活。当配体处于低浓度时，CD94的抑制作用更加明显，从而提高γδT细胞的激活阈值。在生理条件下，这一机制对预防自身免疫反应具有重要意义。

另一个重要问题也已初步明确，即TCRCDR3的多样性是否影响Vγ9/δ2 T细胞磷酸化配体的特异性。通过选取一组随机细胞克隆并测试不同的配体，发现所有克隆都表现出相同形式的交叉反应性。不可能选择对单一配体特异的克隆。此外，无论是强刺激还是弱刺激，T细胞系或克隆都表现出相同形式的交叉反应性[12]。尽管存在交叉反应，这些细胞在配体结构方面具有高度特异性。磷酸基团的数量和位置以及碳链骨架的类型对于T细胞的活化非常重要。因此，Vγ9/δ2 T寡克隆T细胞亚群具有广泛的交叉反应性和配体特异性。

2.2.2热休克蛋白(hsp)1990左右，有大量报道γδT细胞识别HSP家族成员。外周血或脐带血中识别hsp的γδT细胞亚群表型主要为Vγ9/δ2，富含连接多态性，最初发现来自细菌感染。人和小鼠γδT细胞识别的hsp家族成员主要是hsp60和HSP 65 [13]。随后发现一些肿瘤细胞表面高表达的热休克蛋白可以激活Vγ9/δ2 T细胞，如Daudi淋巴瘤表面的hsp60和肺癌细胞表面的HSP 72[14，15]。热休克蛋白单克隆抗体至少能部分抑制这一反应。该反应与靶细胞表面热休克蛋白的表达呈正相关。在一些自身免疫性疾病中，γδT细胞对靶细胞表面hsp的识别也得到了证实。例如，γδT细胞可以识别多发性硬化患者少突胶质细胞表面的hsp，引起细胞杀伤[16]。

Hsp作为一种高度保守的分子伴侣蛋白，广泛存在于原核和真核细胞中。除组成型表达外，在高温、缺氧、辐射、感染、中毒等各种胁迫条件下也能诱导高表达。热休克蛋白在蛋白质折叠、转移和亚基组装中起着不可或缺的作用，它们还在许多免疫反应中发挥作用。它们与一系列蛋白质和肽结合并参与抗原呈递，因此APC可以加工结合的肽以形成稳定的MHC类分子-肽复合物。另一方面，hsp也可能通过在细胞表面表达而充当抗原提呈分子[17]，因为其N端肽结合位点的三维结构与MHC类肽结合位点相似。在各种应激条件下，热休克蛋白的高表达诱导γδT细胞的活化。通过产生细胞因子和细胞毒活性，γδT细胞可能在快速消除应激因素和受损细胞以及启动后续免疫反应中发挥作用。

3 γδT细胞抗原识别的结构基础

综上所述，γδT细胞对抗原的识别并不类似于αβT细胞，而更类似于Ig对抗原的直接识别，不存在MHC限制。对TCRγδ和TCRαβ分子结构的比较研究在一定程度上解释了这种差异。TCRαβ和TCRγδ的二级结构与Ig相似。它们三者通过V、D和J的重组形成单个Ig或TCR，从而形成对抗原的特异性。X射线衍射结果表明Ig的CDR3环和TCRαβ都是识别肽段的关键结构，因此推测γ/δ链的相似区域也起着相似的作用。Rock等人分析了从小鼠到人类的Ig和TCR受体链的CDR3长度[18]。Ig轻链的CDR3较短，长度相对固定，而重链的CDR3较长，长度范围变化较大，可能提示Ig在从小分子到大病原体的较大范围内识别许多大小不同的抗原。TCRαβ的CDR3长度分布范围较窄，α和β链的CDR3长度相近，可能反映了αβ链的功能需要，即同时接触MHC和结合肽段。TCRγδ的γ链CDR3短，长度范围小，而其δ链CDR3长，变化范围大，所以在CDR3长度上，TCRγδ比TCRαβ更接近Ig。

在混合淋巴细胞反应中，与αβT细胞的同种反应性克隆相比，γδT细胞识别同种MHC分子的克隆频率很低。而且大部分细胞克隆具有较高的交叉反应性，这在αβT细胞的同种反应性克隆中极为罕见，提示TCRγδ对MHC的反应类似于Ig对MHC的识别。

4结论和问题

γδT细胞抗原识别的多样性和复杂性，使得目前人们很难概括γδT细胞的全部生物学意义。然而，现有的研究结果似乎已经揭示了γδT细胞的基本功能特征。γδT细胞对抗原的非MHC限制和抗原加工提呈的缺乏，提示当机体发生异常变化(如应激)时，γδT细胞能比αβT细胞反应更快。此外，γδT细胞还能对αβT细胞不能识别的抗原产生反应，在功能上与后者互补。此外，γδT细胞的免疫监测功能是广泛的，因为其识别配体如hsp和磷酸盐在自然界中普遍存在。经过长时间的进化，通过APC对抗原肽的复杂加工和精确呈递，αβT细胞实现了其抗原特异性高、MHC限制严格、责任分工细致(Th和CTL)的免疫应答特征，使免疫系统能够高效、协同、有序地清除外源生物分子或病原体。另一方面，γδT细胞对体内应激事件的反应更加广泛、迅速和直接，其反应手段也更加普遍，即γδT细胞可以同时发挥细胞毒性和细胞因子分泌的双重功能；然而，在一些特定的部位，如上皮细胞，表达特异性和单一TCR受体的γδT细胞似乎是为局部高频急症而存在的。总之，在免疫应答过程中，γδT细胞可能起着启动、协调和补充αβT细胞功能的作用。

目前对γδT细胞抗原识别的研究在很多方面仍需深化。γδT细胞识别蛋白质抗原的基本结构要求是什么？在γδT细胞的活化中，hsp通过何种方式发挥作用尚不清楚。γδT细胞是直接识别细胞表面的hsp分子还是识别其呈递的肽？事实上，hsp携带的肽的作用还没有被清楚和完全地研究。TCR CDR3多样性的意义是什么？既然hsp和磷酸盐代谢产物同时是自身和非自身成分，为什么自身反应性γδT细胞克隆在发育过程中没有从细胞库中筛选出来？在这些物质引起的免疫反应中，γδT细胞的特异性是否同时指向外源成分和自体成分？只有彻底弄清这些问题，人们才能对γδT细胞的生物学功能做出全面而深刻的评价，其理论成果才能用于肿瘤和自身免疫性疾病的治疗。

自1994年以来，我们系统地研究了其特征、分布、亚群、受体分子的选择性获取、功能特性及其在肿瘤和自身免疫性疾病中的参与，以期为揭示其功能之谜提供信息，促进其理论成果在疾病预防、诊断和治疗中的应用。

作者简介:何伟，男，43岁。医学博士，教授，德国博士生导师，北京协和医学院基础医学院副院长，中国医学科学院基础医学研究所副所长。中国免疫学会基础免疫学分会委员，北京免疫学会理事，《外国医学免疫学》、《中国微生物免疫学杂志》、《中国免疫学杂志》编委。1994年回国工作后，* * *主持了国家重点基础研究发展项目(973)、95重点研究项目、国家自然科学基金、863生物技术高技术计划、卫生部基金、国家博士点基金、教委基金、中美、中日、中德合作研究项目和中国医学科学院15项目。科研重点是γ δ T细胞在抗感染免疫、肿瘤免疫和自身免疫中的作用、IL-15基因的克隆表达及其IL-15转基因肿瘤疫苗的抗肿瘤作用、衰老中过氧化与免疫的关系、胸腺退行性变的基因调控和老年痴呆的免疫学诊断。目前，* * *已发表论文35篇(国外论文8篇)，专著2部，获省部级科研二等奖。