中國免疫學雜誌1999年第15卷第10期綜述
作者:何偉
單位:中國醫學科學院基礎醫學研究所，北京協和醫科大學基礎醫學院免疫學系，北京100005。
t細胞表達兩種抗原受體(TCR): TCR α β和TCRγδ。TCRαβ能特異性識別抗原呈遞細胞(APC)表面MHC類或ⅱ類分子呈遞的抗原肽，而TCRγδ主要以MHC非限制性方式識別各種抗原。近年來，TCRγδ識別抗原的類型和方式得到了深入研究，本文就其進展進行綜述。
1 TCRγδ的多樣性和分布特點提示了抗原識別的特殊性。
與TCRαβ和免疫球蛋白(Ig)相似，TCRγδ基因由重組的V、D、J和C區組成。雖然γ和δ位點的V區多樣性不如α和β，但是它們結合區的多樣性使得TCRγδ的存在甚至超過了TCRαβ多樣性的潛力[1]。然而，許多γδT細胞亞群僅使用其受體庫的有限部分，壹些特定的Vγ、Vδ和連接序列的組合導致了TCRγδ結構的單調性[1]。小鼠γδT細胞有三種發育途徑:第壹組在胎兒胸腺發育，批量產生的γδT細胞分別進入特定的上皮組織。這些細胞重組單個γ/δ基因並具有單個連接序列，表現出單壹特異性。Vδ5細胞進入皮膚，Vδ6細胞進入生殖道上皮和舌。第二組發育於成體胸腺，多表達Vγ1或Vγ4或少量Vγ2或Vγ7，具有廣泛的連接多態性，主要分布於外周血，偶見進入粘膜組織。第三組發育不依賴胸腺，主要為Vγ7和Vγ1，具有大連接多態性，主要分布於小腸上皮。因此，γδT細胞的抗原特異性涵蓋了從單壹特異性到極其多變的範圍[2]。γδT細胞在不同分布部位的預先確定，提示它們可能是識別特定抗原的特殊T細胞群，而不是TCRαβ細胞的隨機分布。在人類中，Vδ只使用δ鏈中的壹條。在成人外周血中，70%以上的Vδ表達Vδ2，其余為Vδ1。Vδ2和VR9***表示，Vδ1和vγ* * *表示[3]。
2 γδT細胞抗原識別的類型和機制
2.1 MHC分子有文獻報道小鼠和人γδT細胞能識別MHCⅰ類和ⅱ類分子。人外周血γδT細胞(Vδ9)可以識別同種異體樹突狀細胞(DC)/單核細胞表面的MHCⅱⅱ類分子[4]。
1987 Matis等人通過在體外用同種異體APC刺激無胸腺小鼠的脾細胞，建立了壹些MHC限制性γδT細胞系[5]。它們識別同種異體細胞上的非自身MHC分子並呈現特異性反應，但其特異性不同於傳統的αβT細胞。例如，γδT細胞系LBK5可以識別MHCⅱ類分子I-E的多個等位基因產物[6]。IEK是小鼠體內的ⅱ類MHC分子，能結合多種肽和超抗原，刺激αβT細胞的活化。Schild等發現，當LBK5識別IEK時，與IEK結合的肽不傳遞特異性，經典的抗原治療沒有開始[7]。各種細胞刺激LBK5的能力不同可歸因於其表面MHC分子的表達，與細胞的來源和類型以及影響MHC肽加載的因素無關。結合到平板上的IEK蛋白對LBK5的刺激強度類似於由表達IEK的細胞引起的刺激強度。這些結果表明LBK5直接識別IEK分子。
還有大量報道稱γδT細胞可以識別非經典MHC分子。從Balb/c裸鼠的脾臟中分離出G8株識別的T10和T22抗原[6，7]。Porcelli等人從免疫缺陷患者中分離出CD1c限制性γδT細胞。Schild等人對G8系進行了深入研究，發現T10與T22有94%的同源性[7]。與LBK5相似，T10/T22被G8克隆識別，無需傳統的抗原處理。同樣，不同細胞激活γδT細胞的能力也歸因於其表面MHC的表達，I/II類抗原的處理過程對其沒有影響。例如，小鼠細胞系RMA-S和人細胞系T2都存在在MHC類分子上裝載肽的缺陷，而轉染T22的RMA-S和T2都可以激活G8細胞。非常有意思的是，G8可以識別果蠅細胞上表達的T10/T22，但果蠅並沒有類似於哺乳動物的免疫系統，也缺乏任何抗原加工和呈遞所必需的因子。上述結果表明，這些所謂的MHC限制性γδT細胞克隆似乎不能通過抗原加工和呈遞來識別經典MHC。MHC分子本身被認為是抗原，裝載在這些細胞上的肽不起配體的作用。還報道了γ δ細胞克隆TgI4.4可以識別壹種單純皰疹T跨膜糖蛋白GI [8]。在抗原處理缺陷的RMA-S細胞上表達的完整野生型gI可以被TgI4.4細胞識別，包被在平板上的可溶性重組gI-Ig也可以被識別，這表明gI可以在沒有抗原處理和其他分子呈遞的情況下被直接和完全識別。γδT細胞對蛋白抗原的識別似乎傾向於不經處理和呈遞而直接識別。特異性MHC分子被認為是抗原，而不是抗原呈遞分子。
2.2非MHC分子顯然，與TCRγδ龐大的序列多態性相比，經典的抗原識別種類還是太少了。大量文獻表明，TCRγδ具有與TCRαβ完全不同的抗原識別途徑。目前已經證明有兩類分子是TCRγδ配體:含磷酸基團的非肽類小分子和熱休克蛋白。
2.2.1磷酸化群Vγ9/δ2，主要的人γδT細胞亞群，可在分枝桿菌感染部位大量存在，並在體外與細菌和寄生蟲反應。發現分枝桿菌中的有效成分為低分子量(1 ~ 3 KD)的非肽類化合物，包括碳水化合物骨架和磷酸。Constant等人從結核分枝桿菌H37RV株中分離出四種不同的水溶性物質:TUBag1-4。TUBag4是胸苷5'-三磷酸，其γ-磷酸被壹個成分未定的低分子量基團取代[9]。TUBag3在結構上與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，活性極小。TUBag4能刺激外周血Vγ9/δ2 T細胞和其他特異性γδT細胞的擴增。這些化合物存在於微生物和哺乳動物中。由於很難從分枝桿菌的培養濾液或提取液中分離出天然抗原，Tanaka Y等人首先合成了壹系列單堿基磷酸酯化合物，發現其中壹些，尤其是磷酸單乙酯化合物，可以模擬Vγ9/δ2 T細胞對分枝桿菌的反應[10]。後來，他們報道了這種γδT細胞的天然配體:異戊烯焦磷酸IPP和相關的萜類(異戊烯基)焦磷酸衍生物。但用磷酸基團代替焦磷酸基團會大大削弱其抗原性。IPP和相關萜類焦磷酸鹽是親脂性化合物如維生素、脂類和類固醇的活性前體。這些萜類焦磷酸中間體在細菌和哺乳動物細胞中都存在，人類Vγ9/δ2 T細胞亞群對它們的識別可以部分解釋它們對壹系列腫瘤細胞系的反應性。上述所有研究均使用活化的γδT細胞系，不含APC和其他細胞因子。隨後的大多數研究結果進壹步表明，磷酸基團激活γδT細胞需要T-T細胞相互作用，而識別本身不需要MHC I/II類分子、CD1、TAP1/TAP2或DMA/DMB的表達。雖然APC存在於壹些研究系統中，但被認為是非MHC限制性的，其作用可能與提供γδT細胞生長所需的細胞因子有關。Carena等人的研究進壹步表明了APC表面的MHC分子在γδT細胞識別磷酸基團配體中的特殊意義[11]。CD94(NKG2-A/B異二聚體)是壹種表達在大多數γδT細胞表面的受體，可以特異性結合MHC類分子。他們發現，CD94與MHC類分子結合時，可以通過磷酸化配體下調γδT細胞的激活。當配體處於低濃度時，CD94的抑制作用更加明顯，從而提高γδT細胞的激活閾值。在生理條件下，這壹機制對預防自身免疫反應具有重要意義。
另壹個重要問題也已初步明確，即TCRCDR3的多樣性是否影響Vγ9/δ2 T細胞磷酸化配體的特異性。通過選取壹組隨機細胞克隆並測試不同的配體，發現所有克隆都表現出相同形式的交叉反應性。不可能選擇對單壹配體特異的克隆。此外，無論是強刺激還是弱刺激，T細胞系或克隆都表現出相同形式的交叉反應性[12]。盡管存在交叉反應，這些細胞在配體結構方面具有高度特異性。磷酸基團的數量和位置以及碳鏈骨架的類型對於T細胞的活化非常重要。因此，Vγ9/δ2 T寡克隆T細胞亞群具有廣泛的交叉反應性和配體特異性。
2.2.2熱休克蛋白(hsp)1990左右，有大量報道γδT細胞識別HSP家族成員。外周血或臍帶血中識別hsp的γδT細胞亞群表型主要為Vγ9/δ2，富含連接多態性，最初發現來自細菌感染。人和小鼠γδT細胞識別的hsp家族成員主要是hsp60和HSP 65 [13]。隨後發現壹些腫瘤細胞表面高表達的熱休克蛋白可以激活Vγ9/δ2 T細胞，如Daudi淋巴瘤表面的hsp60和肺癌細胞表面的HSP 72[14，15]。熱休克蛋白單克隆抗體至少能部分抑制這壹反應。該反應與靶細胞表面熱休克蛋白的表達呈正相關。在壹些自身免疫性疾病中，γδT細胞對靶細胞表面hsp的識別也得到了證實。例如，γδT細胞可以識別多發性硬化患者少突膠質細胞表面的hsp，引起細胞殺傷[16]。
Hsp作為壹種高度保守的分子伴侶蛋白，廣泛存在於原核和真核細胞中。除組成型表達外，在高溫、缺氧、輻射、感染、中毒等各種脅迫條件下也能誘導高表達。熱休克蛋白在蛋白質折疊、轉移和亞基組裝中起著不可或缺的作用，它們還在許多免疫反應中發揮作用。它們與壹系列蛋白質和肽結合並參與抗原呈遞，因此APC可以加工結合的肽以形成穩定的MHC類分子-肽復合物。另壹方面，hsp也可能通過在細胞表面表達而充當抗原提呈分子[17]，因為其N端肽結合位點的三維結構與MHC類肽結合位點相似。在各種應激條件下，熱休克蛋白的高表達誘導γδT細胞的活化。通過產生細胞因子和細胞毒活性，γδT細胞可能在快速消除應激因素和受損細胞以及啟動後續免疫反應中發揮作用。
3 γδT細胞抗原識別的結構基礎
綜上所述，γδT細胞對抗原的識別並不類似於αβT細胞，而更類似於Ig對抗原的直接識別，不存在MHC限制。對TCRγδ和TCRαβ分子結構的比較研究在壹定程度上解釋了這種差異。TCRαβ和TCRγδ的二級結構與Ig相似。它們三者通過V、D和J的重組形成單個Ig或TCR，從而形成對抗原的特異性。X射線衍射結果表明Ig的CDR3環和TCRαβ都是識別肽段的關鍵結構，因此推測γ/δ鏈的相似區域也起著相似的作用。Rock等人分析了從小鼠到人類的Ig和TCR受體鏈的CDR3長度[18]。Ig輕鏈的CDR3較短，長度相對固定，而重鏈的CDR3較長，長度範圍變化較大，可能提示Ig在從小分子到大病原體的較大範圍內識別許多大小不同的抗原。TCRαβ的CDR3長度分布範圍較窄，α和β鏈的CDR3長度相近，可能反映了αβ鏈的功能需要，即同時接觸MHC和結合肽段。TCRγδ的γ鏈CDR3短，長度範圍小，而其δ鏈CDR3長，變化範圍大，所以在CDR3長度上，TCRγδ比TCRαβ更接近Ig。
在混合淋巴細胞反應中，與αβT細胞的同種反應性克隆相比，γδT細胞識別同種MHC分子的克隆頻率很低。而且大部分細胞克隆具有較高的交叉反應性，這在αβT細胞的同種反應性克隆中極為罕見，提示TCRγδ對MHC的反應類似於Ig對MHC的識別。
4結論和問題
γδT細胞抗原識別的多樣性和復雜性，使得目前人們很難概括γδT細胞的全部生物學意義。然而，現有的研究結果似乎已經揭示了γδT細胞的基本功能特征。γδT細胞對抗原的非MHC限制和抗原加工提呈的缺乏，提示當機體發生異常變化(如應激)時，γδT細胞能比αβT細胞反應更快。此外，γδT細胞還能對αβT細胞不能識別的抗原產生反應，在功能上與後者互補。此外，γδT細胞的免疫監測功能是廣泛的，因為其識別配體如hsp和磷酸鹽在自然界中普遍存在。經過長時間的進化，通過APC對抗原肽的復雜加工和精確呈遞，αβT細胞實現了其抗原特異性高、MHC限制嚴格、責任分工細致(Th和CTL)的免疫應答特征，使免疫系統能夠高效、協同、有序地清除外源生物分子或病原體。另壹方面，γδT細胞對體內應激事件的反應更加廣泛、迅速和直接，其反應手段也更加普遍，即γδT細胞可以同時發揮細胞毒性和細胞因子分泌的雙重功能；然而，在壹些特定的部位，如上皮細胞，表達特異性和單壹TCR受體的γδT細胞似乎是為局部高頻急癥而存在的。總之，在免疫應答過程中，γδT細胞可能起著啟動、協調和補充αβT細胞功能的作用。
目前對γδT細胞抗原識別的研究在很多方面仍需深化。γδT細胞識別蛋白質抗原的基本結構要求是什麽？在γδT細胞的活化中，hsp通過何種方式發揮作用尚不清楚。γδT細胞是直接識別細胞表面的hsp分子還是識別其呈遞的肽？事實上，hsp攜帶的肽的作用還沒有被清楚和完全地研究。TCR CDR3多樣性的意義是什麽？既然hsp和磷酸鹽代謝產物同時是自身和非自身成分，為什麽自身反應性γδT細胞克隆在發育過程中沒有從細胞庫中篩選出來？在這些物質引起的免疫反應中，γδT細胞的特異性是否同時指向外源成分和自體成分？只有徹底弄清這些問題，人們才能對γδT細胞的生物學功能做出全面而深刻的評價，其理論成果才能用於腫瘤和自身免疫性疾病的治療。
自1994年以來，我們系統地研究了其特征、分布、亞群、受體分子的選擇性獲取、功能特性及其在腫瘤和自身免疫性疾病中的參與，以期為揭示其功能之謎提供信息，促進其理論成果在疾病預防、診斷和治療中的應用。
作者簡介:何偉，男，43歲。醫學博士，教授，德國博士生導師，北京協和醫學院基礎醫學院副院長，中國醫學科學院基礎醫學研究所副所長。中國免疫學會基礎免疫學分會委員，北京免疫學會理事，《外國醫學免疫學》、《中國微生物免疫學雜誌》、《中國免疫學雜誌》編委。1994年回國工作後，* * *主持了國家重點基礎研究發展項目(973)、95重點研究項目、國家自然科學基金、863生物技術高技術計劃、衛生部基金、國家博士點基金、教委基金、中美、中日、中德合作研究項目和中國醫學科學院15項目。科研重點是γ δ T細胞在抗感染免疫、腫瘤免疫和自身免疫中的作用、IL-15基因的克隆表達及其IL-15轉基因腫瘤疫苗的抗腫瘤作用、衰老中過氧化與免疫的關系、胸腺退行性變的基因調控和老年癡呆的免疫學診斷。目前，* * *已發表論文35篇(國外論文8篇)，專著2部，獲省部級科研二等獎。