一文带你了解T细胞发育和分类

最近，关于单细胞测序的文章很多，我发现在阅读与肿瘤免疫浸润相关内容的时候，T细胞的发育和分类给我造成很大的阅读障碍。经过查阅，我发现T细胞有很多的分类，许多T细胞亚群的特征已被明确。通过对T细胞的了解我们能更好的理解免疫治疗，帮助我们的科研等。在这里我为大家介绍一下T细胞发育与分类~

T细胞发育与分类——基础知识

T淋巴细胞（T-lymphocyte）来源于骨髓的多能干细胞。在人体胚胎期和初生期，骨髓中的一部分多能干细胞或前T细胞迁移到胸腺内，在胸腺激素的诱导下分化成熟，成为具有免疫活性的T细胞。

成熟的T细胞经血流分布至外周免疫器官的胸腺依赖区定居，并可经淋巴管、外周血和组织液等进行再循环，发挥细胞免疫及免疫调节等功能。T细胞的再循环有利于广泛接触进入体内的抗原物质，加强免疫应答，并长期保持免疫记忆。T细胞的细胞膜上有许多不同的标志，主要是表面抗原和表面受体。这些表面标志都是结合在细胞膜上的巨蛋白分子。T细胞主要在中枢和外周器官发育分化。

中枢免疫器官——胸腺

• TCR的产生

T细胞，来源于骨髓中的淋巴样干细胞，在胸腺中发育成熟。在这过程中，T细胞表面会产生T细胞抗原受体（T cell receptor ,TCR），这是所有T细胞表面的表面标志物。根据TCR双链的组合可将TCR分为两种：

αβ T细胞由α链和β链构成，是T细胞的主要构成。

γδ T细胞由γ链和δ链构成。

• 阳性选择

此时的T细胞时双阳性的，即同时表达CD4和CD8分子。TCR的αβ 与胸腺基质细胞的MHC结合。

CD4和CD8分子既能和MHC-Ⅱ又能和MHC-Ⅰ分子结合时，双阳性T细胞凋亡。

CD4和CD8分子不能和MHC-Ⅱ、MHC-Ⅰ分子结合时，双阳性T细胞凋亡。

MHC-Ⅱ和CD4识别时，发育成CD4的单阳性T细胞

MHC-Ⅰ和CD8识别时，发育成CD8的单阳性T细胞

• 阴性选择

这一步的目的是为了保证T细胞不随便攻击自身的正常细胞。单阳性T细胞如果能识别自身抗原肽-MHC复合物（树突状细胞），就发生凋亡。如果不能识别，就顺利发育为成熟T细胞。下图是T细胞在中枢免疫器官的发育情况。

二、外周免疫器官

T细胞在外周的分化是我们要研究的重点，尤其是分类和表面标记物。T细胞的名称之多的原因就是其分类的角度不同导致的。

• 根据所处的活化阶段划分

初始T细胞（Naïve T cells，TN）：从未接受过抗原刺激

效应T细胞（Effector T cells,TE）：在外周与抗原接触，分化为不同的效应T细胞

记忆T细胞（Memory T cells,TM）:一部分TE细胞最终变为TM

• 根据CD4和CD8分子的表达

CD4⁺T细胞：主要为辅助性T细胞（helper T cell,Th）、调节性T细胞（Treg）

CD8⁺T细胞：主要为细胞毒性T细胞（Tc）

• 根据TCR的类型

TCR分为两种：

αβ T细胞：由α链和β链构成，是T细胞的主要构成。

γδ T细胞：由γ链和δ链构成。

• 根据功能划分

细胞毒性T细胞（Tc/CTL）、辅助性T细胞（Th）、调节性T细胞（Treg）等

T细胞发育与分类——进阶知识：

相信通过上述的描述大家对于T细胞的分化发育有了基础的认识，但随着科研的进步，人类对于T细胞的认识也不断深入。这些知识已经不能满足科研人了，尤其是在单细胞测序如日中天的时候。下面我为大家整理出人传统αβCD4⁺T、αβCD8⁺T、人类 γδ T细胞的分类、功能及其表面标志物。

人传统αβCD4⁺T细胞

CD4⁺T细胞在保护我们的身体免受病原体攻击的适应性免疫中起着关键作用。它们可以通过获得效应型和细胞毒性表型直接发挥保护功能，也可以间接通过释放不同类型的细胞因子来发挥保护功能，这些细胞因子可以优化持久的CD8⁺T细胞反应，并帮助B细胞产生抗体。

传统的初始T细胞（Conventional naïve T cells，Tn）：一旦遇到Ag（抗原），它们就开始增殖并迅速分化为效应性T细胞。病原体清除后，大部分效应细胞死亡，少数则发育成长期记忆细胞。

Treg细胞：携带对自身肽具有中等亲和力的TCR的T细胞可以逃脱阴性选择，优先发展为具有免疫抑制能力的CD4⁺T细胞亚群，即调节性T细胞(Treg)亚群。Treg细胞是外周耐受所必需的，基于IL-2受体α链(CD25)的结构性高表达和IL-7受体α链(CD127)的低表达，Treg细胞可以与传统的CD4⁺T细胞区分开来。

记忆T细胞（Memory T cells,TM）：根据记忆T细胞的迁移能力和效应功能，记忆T细胞可分为中央记忆(Tcm)细胞和效应记忆(Tem)细胞，前者在次级淋巴器官中再循环，具有较高的增殖能力，后者可立即接触到周围组织，并通过产生效应细胞因子而提供快速有效的二次反应。根据CD45亚型CD45RA和CD45RO的互斥表达可以区分初始和记忆淋巴细胞：初始T细胞表达CD45RA而不表达CD45RO；反之亦然，记忆细胞优先表达CD45RO和缺失CD45RA。此外，淋巴归巢标记物CCR7和L-选择素(CD62L)将Tn和Tcm从Tem中区分出来。

终末分化效应记忆细胞（T_EMRA）：重新获得CD45RA表达时，缺乏CCR7(CD45RA⁺CCR7-)干细胞样记忆(Tscm)细胞：此外，在CD45RA⁺CCR7⁺初始T细胞内发现了一小部分具有高增殖和自我更新能力的记忆T细胞。这些细胞被称为干细胞样记忆(Tscm)细胞，根据Fas受体(CD95)的表达，它们可以与真正的初始T细胞区分开来。

辅助性T细胞(Th)：表型的异质性与其多种效应功能密切相关，这些功能确保了病原体的有效清除和宿主保护。

• Tfh细胞表达CXCR5，CXCR5引导它们迁移到淋巴结中的B细胞滤泡，在淋巴结中它们可以与抗原特异性的B淋巴细胞相互作用，支持它们的激活和成熟，从而产生高亲和力的抗体。人外周血中可以检测到Tfh的循环对应物，称为循环Tfh(cTfh)。
• Th1细胞对细胞内病原体的细胞介导免疫至关重要，可以通过CXCR3的表达来识别，CXCR3是一种趋化因子受体，引导它们归巢到炎症组织。另一种具有相似归巢特性的趋化因子受体CCR5也被用来鉴定这些细胞。
• Th2淋巴细胞负责对大型细胞外病原体(如蠕虫)的适应性免疫反应，以及对毒液和有毒外源物质的解毒。过度的Th2介导的免疫反应与过敏有关。Th2淋巴细胞富含趋化因子受体CCR3、CCR8，特别是CCR4的表达，而前列腺素D2受体CRTH2仅限于一组终末结合的Th2效应细胞。
• Th17和Th22亚群在对抗胞外病原体(如胞外细菌和真菌)方面起着关键作用，它们都缺乏CXCR3，并表达CCR6和CCR4。然而，Th17可以通过杀伤细胞凝集素样受体CD161(KLRB1)的表达来区分，而Th22表达皮肤归巢受体CCR10。
• 最后，名为Th1*或Th1/17的淋巴细胞亚群对于抵御细胞内细菌(如分枝杆菌)至关重要。具有介于Th1和Th17细胞之间的中间特征，共表达CXCR3、CCR6和CD161。

因此，单个趋化因子受体的表达不足以识别不同的Th亚群，而需要评估多个标记物的组合或互斥表达。

人传统αβCD8⁺T细胞

传统的αβCD8⁺T细胞是我们抵御病毒和恶性细胞的重要组成部分。与自然免疫细胞以非特异性方式对多种病原体作出反应不同，传统的CD8⁺T细胞通过表达αβTCR对特定的表位具有特异性。CD8⁺T细胞反应通常由次级淋巴器官(SLO)中的APC启动。原始CD8⁺T细胞在识别其同源抗原后被激活、增殖，并分化为短期效应细胞(short-lived effector cells，SLEC)或记忆性前体效应细胞(memory-precursor effector cells，MPEC)，这些效应细胞可以迁移到周围组织和炎症组织，在那里它们可以清除靶细胞。一旦问题得到解决，绝大多数效应性T细胞都会发生凋亡，但一小部分记忆前体细胞会存活下来，并发育成一群长期的记忆细胞。

初始CD8⁺T细胞(Tn CD8)：在胸腺中发育，经过阳性和阴性选择后在循环中释放。初始的CD8⁺T细胞被认为是表型单一的，通过CD45基因的CD45RA亚型以及淋巴结归巢受体CCR7和/或CD62L(L-选择素)的表达来鉴定。

记忆T细胞（Memory T cells,TM）：与初始细胞相比，记忆T细胞优先表达CD45RO亚型。有人发现了一种具有多能性潜能的记忆T细胞群体，被标记为干细胞记忆T细胞(Tscm) 。Tscm与Tn CD8的区别在于表面受体CD95的表达，CD95可作为记忆性CD8⁺T细胞的通用标志物。这些Tscm最初是从分化程度更高但寿命更长的（CD95⁺CD45RA^-CD45RO⁺CCR7⁺CD62L⁺）中央记忆T细胞(T_CM)中分离出来。分化程度较高的效应记忆T细胞(Tem)通常高水平表达T-bet和其他的转录因子，如ZEB2和BLIMP1，而缺乏淋巴样器官归巢分子CCR7和CD62L。Tem通常表达趋化因子受体，如CXCR3和CCR5，这使得它们能够迁移到组织中，在那里可以释放出快速的细胞毒潜力。

T细胞耗竭（T_TE）：最近发现T细胞耗竭是T细胞分化的一个独立分支。衰竭是一种细胞状态，其特征是效应器功能降低。T_TE优先表达高水平的Fractalkine受体CX3CR1，这有助于它们迁移到炎症组织中。据推测，这种分化途径是免疫系统在持续抗原刺激的情况下试图平衡保护和免疫病理的结果，例如在慢性病毒感染和癌症中。在癌症患者中，终末耗竭细胞(T_EX)可以通过增加PD-1、TIGIT、TIM-3和LAG-3等抑制性受体的表达来区别于传统的效应CD8⁺T细胞。T_EX几乎没有增殖或自我更新的能力，并且像在慢性感染模型和癌症中描述的那样，由表达TCF-1的前体/祖细胞持续产生。这些祖细胞耗竭T细胞（progenitor exhausted T cells, T_PEX）不仅存在于肿瘤中，而且还存在于SLO和健康人的外周血液中，从而表明这种分化轨迹不仅限于癌症环境，而且是一种针对慢性抗原的分化生理机制。与T_SCM/CM相比，T_PEX具有干细胞样记忆T细胞的共同特征，包括CCR7、CD27和TCF-1的表达，但同时也表现出耗竭的特征，包括PD1和TIGIT的表达，以及效应功能的减弱^{2, 3}。

人类 γδ T细胞

最近，随着γδ T细胞在多种疾病中发挥重要作用，如癌症、自身免疫性疾病和微生物感染，人们对这种细胞的兴趣激增。最近还有人发现其在新冠肺炎中发挥了重要的作用⁴。与传统的αβ T细胞不同，γδ T细胞被描述为对一系列不依赖于MHC蛋白的非肽抗原产生反应。在人类中，γδT细胞通常分为Vδ2⁺和Vδ2−亚群。外周血中的大多数γδT细胞是Vγ9⁺/Vδ2⁺。

人Vγ9⁺/Vδ2⁺T细胞(innate-like)：（Vγ2⁺/Vδ2⁺）胎儿外周血中也存在丰富的Vγ9⁺/Vδ2⁺T细胞，并且有证据暗示了这些γδT细胞发挥先天样的功能。

人Vδ2⁻和Vγ9⁻/Vδ2⁺T细胞：确切功能目前尚不清楚，但已经证明它们可以在肿瘤细胞、细菌、寄生虫和病毒的作用下扩张。Vδ1⁺T细胞在克隆性扩增和异种γ链使用时显示CD27^lo/-CD45RA⁺效应表型。已发现有一种Vδ2⁺T细胞亚群一般不表达Vγ9链配对(称为Vγ9⁻/Vδ2⁺T细胞)。

小编总结：

可以说T细胞的发育和分化是免疫细胞最为复杂的、也是最为关注的点。现如今生物科技进步迅速，T细胞的分类也越来越多。无论是肿瘤免疫造福人类，还是从科研的角度解读免疫学相关知识。都迫切我们需要更全面的认识人体免疫系统。在本文中，我结合资料，架构了人T细胞的发育和分类框架。希望本文可以对大家有一定的帮助~

参考文献

1. Cossarizza A, Chang HD, Radbruch A, et al. Guidelines for the use of flow cytometry and cell sorting in immunological studies (third edition). Eur J Immunol. 2021;51(12):2708-3145.

2. McLane LM, Ngiow SF, Chen Z, et al. Role of nuclear localization in the regulation and function of T-bet and Eomes in exhausted CD8 T cells. Cell Rep. 2021;35(6):109120.

3. Im SJ, Ha SJ. Re-defining T-Cell Exhaustion: Subset, Function, and Regulation. Immune Netw. 2020;20(1):e2.

4. von Massow G, Oh S, Lam A, et al. Gamma Delta T Cells and Their Involvement in COVID-19 Virus Infections. Front Immunol. 2021;12:741218.