备课素材：T细胞、抗原提呈及适应性免疫系统激活-2023——2024学年度第一学期高中生物学选择性必修一

T细胞、抗原提呈及适应性免疫系统激活 T细胞 一个成年人的体内有大约3000亿个T细胞,这一数量已经充分地显示了T细胞的重要性。从形态上看,T细胞与B细胞非常相似,事实上,在普通显微镜下,即使是免疫学家也不能将它们分辨开。和B细胞一样,T细胞也产生于骨髓,并且在其表面上也具有抗体样的分子,被称为T细胞受体(T cell receptor,TCR)。正如B细胞表面的BCR一样,TCR也是通过混合搭配和组合设计的策略形成的。因此TCR与BCR一样具有多样性。同时,T细胞也遵循克隆选择的原则:当一个T细胞的受体与其同源抗原结合时,该T细胞可增殖形成一个具有相同的抗原特异性的T细胞克隆。完成这一增殖过程大约需要1周,所以和抗体反应一样,T细胞反应也是较慢且具有特异性的。 尽管T细胞和B细胞之间有很多相似之处,但是二者之间也有着许多重要的差异。例如B细胞是在骨髓发育成熟的,而T细胞则是在胸腺(Thymus)中成熟的。此外,B细胞产生的抗体可以识别任何有机分子,而T细胞则仅仅识别蛋白质抗原。再者,B细胞能以抗体的形式释放出其受体,而T细胞受体却紧贴于细胞表面。最重要的是,B细胞可以自己识别抗原,而T细胞则更像是一位年长的英国绅士,仅仅识别那些被其他细胞提呈给它的抗原。 T细胞有三种主要的类型:杀伤性T细胞(killer T cell)、辅助性T细胞(helper T cell)以及调节性T细胞(regulatory T cell)。杀伤性T细胞是可以摧毁病毒感染细胞的强有力武器。通过识别并杀死那些被病毒感染的细胞,杀伤性T细胞解决了“隐藏的病毒”的问题,即在上一期讲解中提到的抗体抵御病毒机制的缺陷。杀伤性T细胞摧毁这些病毒感染细胞的方法是与特异的靶细胞接触并启动靶细胞的“自杀程序”。这种“辅助自杀”的方法是针对那些已经感染细胞的病毒的有效的杀伤方式,因为当病毒感染的细胞死亡时,细胞内的病毒也会随之消亡。 第二种类型的T细胞是辅助性T细胞(Th cell),这一类细胞在免疫系统的队伍中充当着四分卫的角色。辅助性T细胞通过分泌对其他免疫系统细胞有强大作用的化学信使(细胞因子),指挥着免疫应答的过程。这些细胞因子被称为白细胞介素2(IL-2)和干扰素 (IFN- )等,这些细胞因子的具体功能会在后面几期中详细介绍。现阶段我们只需要知道辅助性T细胞是“细胞因子工厂”这一事实即可。 第三种类型的T细胞,即调节性T细胞,目前而言还是显得有一些神秘。调节性T细胞的作用就是防止免疫系统反应过度,但是其具体作用机制目前还没有完全研究透彻。 抗原提呈 目前已经证实有一种被称作主要组织相容性复合体(major histocompatibility complex,MHC)的蛋白在抗原提呈过程中起“提呈”的作用,而T细胞则是用其受体分析确认被提呈的抗原。”histo”意味着组织,这些主要组织相容性蛋白除了作为提呈分子外,还与器官移植中的排斥反应相关。事实上,当你听到某个肾衰竭的患者在等待一个匹配的肾源时,就是在说移植手术的供体和受体的MHC分子应该匹配。 MHC分子有两类,即MHC 类分子和MHC 类分子。MHC 类分子在机体大多数细胞表面都有分布,但是数量上却有很大的差别。MHC 类分子就像是一块广告牌,告知杀伤性T细胞这些细胞内部的情况。例如,当一个人体细胞被病毒感染后,病毒蛋白的片段——多肽就会装载到MHC 类分子上,并被运输到病毒感染细胞表面。通过检查这些被MHC 类分子展示的蛋白片段,杀伤性T细胞可以用其受体窥探到这些细胞内部的情况,发现该细胞已经被病毒感染并且应该被消灭。 MHC 类分子也发挥一种“告示牌”的作用,但这种展示主要针对辅助性T细胞的激活。在机体中,只有一些特定类型的细胞才能产生MHC 类分子,这些细胞被称作抗原提呈细胞(antigen presenting cell,APC),比如巨噬细胞就是一种优秀的抗原提呈细胞。在细菌感染过程中,巨噬细胞会吞噬细菌,并将消化了的细菌蛋白片段装载到MHC 类分子上,以复合物形式展示在巨噬细胞表面。通过T细胞受体的识别,辅助性T细胞可扫描到巨噬细胞MHC 类分子上的细菌感染信息。综上所述,MHC 类分子可在细胞内出现异常时向杀伤性T细胞发出警告,而MHC 类分子则展示在抗原提呈细胞表面,将细胞外出现异常的消息告知辅助性T细胞。 尽管MHC 类分子是由一条长链(重链)和一条短链( 2-微球蛋白)所组成,而MHC 类分子由两条长链( 和 )组成,但是我们可以看到这两类分子还是十分相似的。 从上面的平面图很难显示出这些分子的真实形状,因此下面我们将展示一些更形象的图片来帮助大家理解。下图是T细胞受体视角下一个空的MHC分子的样子,我们可以看到中间有一个凹槽,可以容纳蛋白质片段。 而下图是填满了蛋白质片段的M