医学专题：树突状细胞简介

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1、第三讲第三讲 树突状细胞树突状细胞（dendritic cell，DC） 引言引言 树突状细胞(dendritic cell，DC)是由美国学者Steinman于1973年发现的，因其成熟时伸出许多树突样或伪足样突起而得名。 DC是目前所知的机体内功能最强的抗原提呈细胞，最大的特点是能够刺激初始T细胞(naive T cell)进行增殖，与此相比，M、B细胞仅能刺激已活化的或记忆性T细胞。因此，DC是机体免疫应答的始动者，在免疫应答的诱导中具有独特的地位。 对DC的研究不仅有助于深刻了解机体免疫应答的调控机制，而且可以通过调节DC的功能来调节机体的免疫应答，对感染、肿瘤、移植排斥、自身免疫性疾

2、病的发生机制的认识和防治措施的制定，具有重要意义。 因此，DC在机体免疫应答中的作用及其与某些疾病发生和防治的关系，正受到高度关注。一、树突状细胞的来源一、树突状细胞的来源 树突状细胞(DC)主要起源于骨髓中CD34+多潜能造血干细胞(CD34+Hematopoietic progenitor cell，简称CD34+HPC)，它经过4个阶段分化成为成熟的DC： 骨髓和血液中的前体DC； 外周非淋巴组织中的不成熟DC； 流出淋巴液和血液中成熟过程中的DC； 次级淋巴组织中的成熟DC。 近年研究发现，CD34+HPC在GM-CSF和TNF-作用下沿三条不同的路线向成熟的DC分化。CD34+HPC

3、分化为CD1aCD1a+ +前前体体DCDC，分化成含Birbeck颗粒、表达Lag抗原、E-Cadherin的郎格罕氏细胞(Langhams cell,LC)和间质DC。CD34+HPC分化成的CD14CD14+ +前前体体DCDC，分化成表达CD1a、CD2、CD9、CD68及因子XIII的DC。另外，CD14+的前体细胞在M-CSF作用下还能分化生成巨噬细胞。CD34+HPC分化成外外周周血血液液中中CD14CD14+ +单单核核细细胞胞，在GM-CSF和IL-4作用下，CD14+单核细胞首先分化成不成熟DC，然后在TNF-、IL-1、LPS等炎性介质作用下，发育成成熟DC。值得注意的是

4、： CD14+单核细胞分化成的不成熟DC，保留有M-CSF受体。但是，当其发育成熟后，M-CSF受体随即消失。 因此，比较统一的看法是：CD14+单核细胞在不同环境下，发育成不同的细胞。 在GM-CSF和IL-4作用下，发育成DC。 在GM-CSF和M-CSF作用下，发育成巨噬细胞。 二、二、DCDC的的共同特征和表面标志共同特征和表面标志 成熟的DC来源和组织分布不同，但具有下列共同特征：1.DC1.DC的共同特征的共同特征 形态上呈树突样；表达CD1a、高水平MHC-II类抗原和多种辅助分子(如CD54、CD58、CD80、CD86等)，但缺乏CD14和非特异性酯酶的表达；胞浆内存在特异性

5、Birbeck颗粒状结构(BG)；吞噬功能较低；可有效诱导巢居的静息性幼稚T细胞发生增生。 DC表面表达与病原微生物结合的受体(PRR)、FcR 等，参与捕获抗原和免疫复合物。 DC高表达B7-1和B7-2，二者与T细胞表面CD28/CTLA-4相互作用，这是DC高效提呈外源性抗原，并提供T细胞第二活化信号的必要分子基础。2. DC2. DC的表面标志的表面标志 B7家族成员的表达与DC的成熟程度有关。如LC(DC的前体细胞)表面缺乏CD80和CD86，而淋巴组织中IDC表面高表达CD86；新鲜分离的人外周血DC前体细胞表面缺乏CD86，但经培养成熟后则得以表达。 DC表达ICAM-3/CD5

6、0、CD40、CD44以及1和2整合素家族成员(VLA-5除外)，这些标志性分子的表达与DC的抗原提呈功能有密切关系，它们通过与相应受体或配体的相互作用，可使细胞表面的负电荷减少，从而介导细胞间的N粘附，促进DC与T细胞的接触。 鉴定所得到的DC，主要通过形态学、组合性细胞表面标志、混合淋巴细胞培养中能刺激初始T细胞进行增殖三个方面综合判定。三、三、DCDC的分化、发育、成熟及迁移的分化、发育、成熟及迁移 正常情况下，绝大多数体内DC处于非成熟状态，其表达低水平的辅助刺激分子和粘附分子，体外激发MLR能力较弱，但具有极强的抗原内吞和加工处理能力。 DC在摄取抗原或接受到某些刺激因素(主要是炎性

7、信号如LPS、IL-1、TNF-)后，可以分化成熟，其MHC分子、辅助刺激分子、粘附分子的表达显著提高，体外激发MLR能力很强，但其抗原摄取加工能力大大降低。 DC在成熟过程中，同时发生迁移，由外周组织(获取抗原信号)通过淋巴管和(或)血循环进入次级淋巴器官，然后激发T细胞免疫应答。 据此，可将髓系DC的分化发育分为四个阶段：前体阶段、未成熟期、迁移期、成熟期，各阶段DC有不同的功能特点。 目前从人胎肝、脐血、骨髓、成人外周血以及小鼠的骨髓和外周血中均分离出髓系前体，其功能在于产生各种髓系DC。在体内，这些前体的作用可能是维持非淋巴组织内DC的数量达到一定水平。 外周血单核细胞(Mo)被认为是

8、M和DC的共同前体，在体外能在某些细胞因子存在的条件下直接发育为DC。在体内它们有可能趋化至炎症反应部位，并受到炎症刺激因素及某些细胞因子的影响而发育为DC或M。在急性炎症状态下，DC前体均能迅速动员至非淋巴组织。 1. 1. 前体阶段前体阶段DCDC 髓系DC在从前体发育为具有强免疫刺激功能的成熟DC的过程中，需经过一个未成熟阶段，此阶段DC的功能对免疫应答十分重要。 未成熟DC主要存在于多种器官及非淋巴组织上皮，能表达一些膜受体如FcRII、甘露糖受体等，介导DC摄取抗原。未成熟DC也能通过吞饮和吞噬作用摄取抗原。未成熟DC内含有一些重要的细胞器包括内体、MIIC和溶酶体等，能合成MHC-

9、I类分子。 此外，未成熟DC还能分泌一些趋化性细胞因子、具有炎症介质作用的细胞因子，如LC能产生TNF-、IL-1、IL-6、IL-15等。2. 2. 未成熟期未成熟期DCDC 3. 3. 迁移期迁移期DCDC 这类DC主要存在于输入淋巴管、外周血、肝血液及淋巴组织，经过淋巴和血液循环，从输入淋巴管进入淋巴结。从外周血进入脾或从肝窦进入腹腔淋巴结，从而启动T细胞产生免疫应答。 成熟期DC主要存在于淋巴结、脾及集合淋巴结。它们受趋化性细胞因子的作用，归巢至T细胞区，同时本身也分泌一些趋化性细胞因子，从而保持与T细胞的接触。 成熟DC的细胞表型特征是高表达MHC-II 类分子、MHC-I类分子、C

10、D80、CD86、CD40、ICAN-1和HSP等免疫刺激分子，CD1a、CD11c及CD83也是成熟DC的标志。由于它们表达高水平抗原肽:MHC分子复合物、高水平辅助刺激分子CD80、CD86及CD40等，并且能分泌IL-12，尤其是在CD40L作用下，能分泌Th1型细胞因子，因此它们能有效地将抗原提呈给初始T细胞并使之激活。 4. 4. 成熟期成熟期DCDC 四、分布及分类四、分布及分类 DC广泛分布于机体所有组织和器官中，根据其分布部位不同可分为三类：淋巴组织中DC，包括滤泡DC、并指状DC和胸腺DC；非淋巴组织中DC，包括朗格汉斯细胞和间质DC；循环的DC隐藏细胞(veiled cel

11、l,VC)。不同部位的DC其生物学特征及命名各异。1滤泡树突状细胞(follicular dendritic cell, FDC) FDC是淋巴结浅皮质区和淋巴滤泡内的重要APC，其表面具有树枝状突起。 FDC是参与再次免疫应答的重要细胞，它主要通过表面的FcR和CR将免疫复合物结合在细胞膜上，进而提交给B细胞。FDC在抗原提呈过程中的作用： 使免疫细胞识别以免疫复合物形式存在的抗原。2并指状细胞 (interdigitating cell, IDC) IDC是分布于淋巴组织胸腺依赖区和次级淋巴组织中的重要APC，其表面缺乏FcR和C3bR，但富含MHC-I类和II类抗原，现认为IDC是由皮肤

12、内朗格汉斯细胞移行至淋巴结衍生而来的一种细胞。 IDC通过其突起与周围T淋巴细胞密切接触，可有效地将抗原提呈给特异性T细胞。大多数IDC易发生调亡，为短寿命；少量IDC为长寿APC，在维持T细胞的免疫记忆中发挥作用。3胸腺树突状细胞 (thymic dendritic cell) 胸腺DC的特征：细胞形状不规则(2030m)，具有长的呈并指状的胞浆突起，核偏离中央，极少量细胞器排列于核周围，含有Birbeck颗粒；占骨髓来源胸腺细胞的近0.1%，主要位于胸腺皮质/髓质交界处和髓质部分，在胸腺中的生命周期很短，仅23周。 4朗格汉斯细胞（Langerhans cell，LC） LC位于表皮和胃肠

13、上皮，是重要的APC。LC形态较扁平 ， 表 面 有 丰 富 的 MHC-I、 II类 抗 原 和 FcR、 C3bR。CD1+LC胞浆内有Birbeck颗粒，此为LC的重要特征。皮肤中活化的LC很少，通过体外培养活化后，其表面标志可发生变化，一般在有GM-CSF、IL-1存在时，LC的MHC-II类分子和CD40表达上调，同种异体刺激能力增强，隐蔽的突起展开且数量和长度增加，胞内酸性细胞器和Birbeck颗粒减少甚至消失，特征性的CD1a标记也可能消失。 LC具有较强的吞噬能力和抗原提呈能力。皮肤LC的功能受神经内分泌调控，其分布可能与神经末梢有关。 5. 间质性DC（interstitia

14、l DC） 间质DC主要分布在心脏、肝脏、肾脏、肺脏等实质器官间质的毛细血管附近。 间质DC高表达MHC-II类分子，具有不规则的膜突起，与M完全不同，对放射性敏感。 间质DC也分布在骨胳肌和大血管的内皮下。 分布于消化道、呼吸道和泌尿生殖道粘膜的间质DC，即粘膜DC，是一群特殊的DC，也称为哨兵细胞(sentinel cell)，其形态和表面标记随环境不同而各异。 6循环树突状细胞（circulating dendritic cell） 循环DC主要包括血液DC和淋巴DC(LDC)，前者主要是DC的前体细胞和LDC进入血液后的形式。LDC又称为隐蔽细胞(veiled cel1，VC)，主要是

15、DC的淋巴循环形式，分布在全身的淋巴管中。 LDC来源十分广泛，在机体受到感染、损伤等刺激后，全身各器官DC均迁移至淋巴管中成为VC，故此群细胞的标志和形态各异，但一般均高表达MHC-II类分子，具有较强的摄取抗原的能力，能在体外自发地与T细胞形成DC-T细胞簇，激活未致敏T细胞，启动初次免疫应答。 vLanghamsLanghams细胞，主要分布于皮肤和粘膜。细胞，主要分布于皮肤和粘膜。v间质性间质性DCDC，分布于心、肺、肝、肾、胃肠道等。分布于心、肺、肝、肾、胃肠道等。v并并指指状状DCDC，主主要要分分布布于于脾脾脏脏、淋淋巴巴结结和和胸胸腺腺等等T T细细胞富含区。胞富含区。v外周血

16、和淋巴外周血和淋巴DCDC，分布于外周血及输入淋巴管。分布于外周血及输入淋巴管。 淋巴样DC主要分布于淋巴结、脾脏、粘膜相关组织中的淋巴滤泡生发中心，主要与B淋巴细胞功能有关。 髓样DC主要分布于T细胞富含区，与T细胞功能有关。按其分布部位又可分为： 近来研究发现，这些细胞不过是同一类细胞处在不同的分化成熟阶段或不同部位而已。按DC的来源，可分为淋巴样DC和髓样DC五、五、DCDC的生物学功能的生物学功能 DC是一大类重要的专职APC，虽在体内的数量较少，但其抗原提呈能力远强于M，B细胞等其他APC。DC作为专职APC具有下列特点：1.1.抗原提呈抗原提呈 高水平表达MHC-II类分子； 表达

17、参与抗原摄取和转运的特殊膜受体； 有效摄取和处理抗原，然后迁移至T细胞区； 活化未致敏（naive）T细胞； 抗原提呈效率高，少数DC可以激活T细胞。 DCDC可通过多种途径捕获可溶性抗原：可通过多种途径捕获可溶性抗原：利用受体介导的内吞作用捕获和处理，此途径具有高效性、选择性及饱和性的特点。DC借助膜表面不同受体可有效地捕获低浓度的抗原，如经FcR捕获免疫复合物性抗原、经甘露糖受体捕获甘露糖化/岩藻糖化的抗原。DC具有强大的液相吞饮功能，未成熟的DC吞饮速度快、吞饮量大。 某些部位或幼稚阶段的DC可通过吞噬作用摄取大颗粒或微生物(0.5m)。但分枝杆菌抗原则是通过M吞噬降解后，将有效成分传递

18、给DC，再行内化降解。 FDC还可长期储存捕获的抗原，从而维持记忆性B细胞克隆和血清抗体水平。DC表达的MHC分子和CD1分子也可参与抗原的摄取，尤其是非蛋白类抗原。 DC对抗原的处理、加工和提呈的过程与其他APC相似。在体内，DC提呈的外源性抗原和自身抗原的能力均远大于其他APC。2. 2. 参与参与T T细胞发育、分化和激活细胞发育、分化和激活 DC作为重要的胸腺间质细胞，对T细胞在胸腺中的选择过程起着重要作用。DC表面高表达MHC-II类分子，双阳性胸腺细胞在TCR重排后识别DC表面的自身MHC分子，通过阳性选择而存活；在阴性选择中，T细胞识别DC表面的自身肽:MHC复合物，经过阴性选择

19、，通过凋亡机制而被淘汰。 胸腺中的DC还表达LFA-1、CD40、CD30L和FasL等膜分子，它们通过与T细胞表达的ICAM-1、CD40L、CD30和Fas相互作用，参与T细胞对自身肽的中枢耐受。另外，外周淋巴器官的T细胞依赖区中有极少量长寿IDC，它们可能与T记忆细胞的形成和维持有关。 DC对外周T细胞分化也发挥重要作用。DC分泌IL-12，可诱导Th1细胞的分化；在缺乏CD8+ T细胞时，DC可诱导培养的CD4+ T细胞发育为CD8+ CTL。 DC表面高表达多种协同刺激分子(尤其是B7分子)，可通过与T细胞表面相应配体结合，提供T细胞激活的协同刺激信号。此外，DC可分泌多种细胞因子，

20、参与激活T细胞的增生。3. 3. 参与参与B B细胞发育、分化及激活细胞发育、分化及激活 处于外周淋巴器官B细胞依赖区的FDC可参与B细胞的发育、分化、激活以及记忆B细胞的形成和维持，其主要作用为：促进生发中心对抗原发生特异性反应；与B细胞膜表面高亲和力Ig表达和V基因重排有关；DC高表达FcR、CR，可使DC膜表面可长时间附着一定量抗原,通过长时间刺激记忆B细胞，使B细胞维持免疫记忆；促进静止B细胞表达B7分子，使其具有抗原提呈功能；通过释放可溶性因子直接调节B细胞生长与分化；增强细胞因子诱导的CD40+ B细胞生长和分化；外周血DC表达类似CD40L的分子，参与B细胞激活。 4. 4. 免疫调节作用免疫调节作用 DC可分泌多种细胞因子参与免疫功能调节，如人DC分泌IL-1、IL-1、IL-8、IFN- 、TNF-和GM-CSF等，DC还可分泌多种趋化因子，介导其他免疫细胞的趋化作用。 5.5.免疫监视功能免疫监视功能 某些前体DC如同一类特殊的感觉神经末梢，对局部各种化学信号十分敏感，且能敏锐地察觉组织损伤，在体内发挥免疫监视作用。