第一节　γδT细胞的主要生物学特征

一、TCRγδ基因及蛋白结构

1984年，Tonegawa等在一个αβT细胞克隆中偶然发现了TCRγ基因。1987年Chien等鉴定了位于TCRα基因座内的TCRδ基因。人类TCRγ基因位于第7号染色体短臂(7p14-15)，长约160kb，由Vγ、Jγ和Cγ区构成。Vγ基因共有6个功能性的片段，分别是GV2、GV3、GV4、GV5、GV8和GV9。Jγ和Cγ区含有两个JC基因簇，其中有5个Jγ片段和2个Cγ片段。人类TCRδ基因位于第14号染色体长臂的TCRα基因区内，至少由8个可表达的Vδ、1个Cδ、4个Jδ和3个Dδ基因片段组成(图3-1)。TCRδ基因位于Vα和Cα基因座位之间，所以，某些Vδ基因可同时用于编码α和δ链。

TCRγδ的蛋白分子结构是由两条糖基化肽链组成的异质二聚体。人类TCRγ链是一个分子量36～55KD的糖蛋白，而另一个糖蛋白TCRδ链分子量为40～60KD，二者之间具有(当取用Cγ2基因时)或不具有(当取用Cγ1基因时)二硫键。在小鼠，仅发现二硫键连接型的γδ异质二聚体。每条肽链是由2个免疫球蛋白样的区域所构成，即氨基末端的V区和羧基末端的C区。整个V区中具有3个互补决定区(CDR1-3)以及中间间隔的4个框架区(FR1-4)，其中CDR3编码区由V(D)J基因重排产生，具有多样性，是TCRγδ与其抗原或配体特异性结合的结构基础(图3-1)。

TCRγδ基因缺乏像抗体那样的体细胞高频突变机制，胚系基因V、D、J片段的数量比TCRαβ少很多，而且每一种δ链常与某种或者某几种优势的γ链形成固定的组合，即所有的γ链和δ链并非随机组合，例如人的Vδ2链都与Vγ9链形成固定的Vγ9Vδ2 T细胞。这些因素都导致TCRγδ的原始的免疫组库的多样性大大降低。但凭借着基因重排时V-D、D-J及V-J片段之间的随机缺失和随机插入产生的连接多样性，理论上机体里也拥有多样性巨大的TCRγδ库。TCRγδ的多样性赋予γδT细胞识别多种抗原的潜力。

二、γδT细胞发育与组织分布

与αβT细胞一样，γδT细胞也是在胸腺中发育成熟的，但是在进化和个体发育中，多数种属的γδT细胞的发生都早于αβT细胞。在胸腺内，最不成熟的早期T细胞表型为CD3-CD4-CD8-的三阴性(TN)细胞，继而发育成为表达CD3分子的CD4-CD8-双阴性(DN)细胞。DN细胞依照CD44和CD25分子的不同表达情况，先后经历了DN1～DN4四个发育阶段，编码TCRδ和TCRγ链的基因分别在DN2和DN3细胞阶段发生重排。αβT细胞经历DN4进入CD4+CD8+双阳性(DP)细胞阶段，并通过阳性选择和阴性选择分别获得MHC限制性识别能力和对自身抗原的耐受性，最终发育为成熟的、仅表达CD4或CD8的单阳性(SP)αβT细胞。而γδT细胞的发育似乎在DN3阶段开始就与αβT细胞分道扬镳，它们不经历CD4+CD8+DP阶段，也似乎不需要进行阳性和阴性选择。优先发育成熟的γδT细胞在胎儿和新生儿αβT细胞和其他的免疫细胞都还没有发育成熟的情况下，是最主要的发挥免疫保护作用的细胞。

尽管γδ T细胞仅占人外周血淋巴细胞的很少部分，约为1%～5%，但却优势分布在一些上皮和黏膜组织中。在人小肠上皮间淋巴细胞(IEL)中γδT细胞比例可达10%～20%，在大肠IEL中该比例可高达25%～40%，这一组织优势性的分布特征提示γδT细胞在黏膜免疫中的重要功能。

γδT细胞除了优势分布于黏膜组织以外，研究发现这些组织优势的γδT细胞还显示出组织特异性的TCRγδ的基因取用和组合。正常人外周血γδT细胞大多数表达Vγ9Vδ2 TCR，而在IEL中的γδT细胞则大多选择性取用Vδ1基因。在小鼠，表达特异性TCRγ基因的γδT细胞也具有向不同解剖部位定位的独特性质。这提示这些不同亚群、不同组织定位的γδT细胞在功能上的差异。小鼠胸腺、脾脏、淋巴结以及外周血中的γδ T细胞主要表达那些在重排联接区具有广泛插入和缺失的Vγ2或Vγ1 TCR，因而具有识别广谱抗原的潜力。相反，在某些上皮组织，γδT细胞是相对专一的T细胞群体。例如，在表皮中，几乎所有的γδT细胞均是表达Vγ3Vδ1 TCR的均一群体。而表达Vγ4Vδ1 TCR的γδT细胞则主要分布于生殖道上皮。小鼠IEL中的γδT细胞的比例高达50%，这些γδT细胞比定居于皮肤或生殖道上皮处的γδT细胞亚群具有更为多样的因连接多样性产生的γδT细胞受体库。

三、γδT细胞抗原识别及活化机制

γδT细胞具有不同于αβT细胞的抗原识别分子机制和能力。研究发现，γδT细胞能识别一系列不同的抗原，包括来自自身或外界、大或小、肽类和非肽类分子等。相比于αβT细胞识别的抗原，γδT细胞识别的抗原更类似于抗体识别的抗原。由于这种抗原多样性，没有类似于αβT细胞识别抗原的MHC限制性这样的单一机制能完全解释γδT细胞抗原识别的机制。此外，现有的证据表明许多单个γδT细胞具有多重特异性，它们可能使用不同模式配体进行不同种抗原识别。γδT细胞的这种反应模式除了影响机体自我耐受外，还可能使γδT细胞实现重叠作用，从而产生更高效的免疫应答。配体的差异性和多样性是γδT细胞不同于其他细胞亚群的显著特征之一。

尽管理论上来说，TCRγδ所识别的配体很多，但目前鉴定出来的TCRγδ的配体却非常有限，主要包括一些细胞处于应激情况下表达的应激分子、类异戊二烯生物合成途径产生的小分子双磷酸盐抗原及由CD1分子提呈的磷脂、硫脂类物质等(图3-2)。

1.应激类蛋白抗原配体

自发现γδT细胞后，人们一直希望鉴定出人类γδT细胞识别的抗原，相关研究一直是该领域的热点。相比于固有免疫细胞利用模式抗原受体识别病原体相关分子模式而言，优势定位于组织环境中的γδT细胞被认为能识别自身的细胞在应激环境下上调或异位表达的应激类蛋白。这类蛋白分两大类，第一类是MHC样分子，包括MHCⅠ类分子链相关基因A/B(MICA/B)、UL16结合蛋白(ULBP)、内皮细胞蛋白C受体(EPCR)等。

MICA/B是单链穿膜糖蛋白，大体结构与MHCⅠ类分子相似，但不与β2微球蛋白结合，没有抗原提呈功能。MICA/B主要表达于上皮细胞系、胃肠道上皮细胞、角化细胞、内皮细胞和单核细胞等细胞表面，是一类应激抗原；非应激状态只有很低水平表达，而在应激条件下上调表达。MICA/B同时又是一种肿瘤相关抗原，在多种上皮来源肿瘤都有表达。Vδ1γδT细胞可通过自然杀伤细胞活化性受体NKG2D和Vδ1 TCR识别MICA/B。

人类巨细胞病毒编码一种称之为UL16的Ⅰ型膜蛋白，它只表达在该病毒感染的细胞中，但不表达于病毒颗粒中。细胞中与UL16结合的一系列同源的蛋白被称为ULBP。ULBP与MICA分子不但具有氨基酸序列和结构的相似性，功能也相类似，在一些肿瘤细胞和病毒感染细胞中发现其表达水平应激性地升高，都能通过NKG2D激活自然杀伤(NK)细胞，也能被γδT细胞所识别。2012年的一项研究发现，EPCR也是表达在巨细胞病毒感染的细胞和肿瘤细胞上的TCRγδ配体，它是由一个人类Vγ4Vδ5 γδT细胞克隆敏感识别的配体构象。

除了这一类蛋白分子之外，还有一些蛋白不属于MHC样分子，正常情况下不表达于细胞膜表面，但是它们在细胞应激情况下在细胞膜异位表达，启动γδT细胞对靶细胞的细胞毒活性。这类分子包括热休克蛋白(HSP)、载脂蛋白A1-F1-ATP酶复合体(F1-ATPase Apo A1)、DNA错配修复蛋白MSH2等。HSP属于一种分子伴侣，能协助胞内蛋白分子的正确折叠。在很多肿瘤细胞中有HSP家族成员的上调表达，促进γδT细胞的抗肿瘤免疫反应。F1-ATPase Apo A1复合体通常位于线粒体内膜，在某些肿瘤细胞可将其异位表达在细胞膜表面，并介导Vγ9Vδ2 T细胞对肿瘤细胞的识别，其中Apo A1不能直接刺激Vγ9Vδ2 T细胞增殖，而是发挥稳定TCR与F1-ATPase相互作用的功能。2008年，我们实验室首次发现DNA错配修复相关蛋白(MSH2)为人γδT细胞所识别的又一异位表达的应激蛋白配体。MSH2在正常细胞核内表达，而其可广泛异位表达在多种上皮性肿瘤细胞表面，也能诱导表达在EB病毒转化的永生细胞株的细胞表面，与γδT细胞表面的两种受体TCRγδ和NKG2D均发生相互作用，介导γδT细胞对异位表达MSH2的靶细胞产生细胞毒活性。

2.小分子双磷酸盐抗原配体

主要分布于人外周血的Vγ9Vδ2 T细胞可以MHC非依赖性、TCR依赖性方式识别非肽类小分子双磷酸盐抗原，这类抗原通常是来自类异戊二烯生物合成途径的产物。类异戊二烯合成途径是生命活动不可缺少的重要通路，从细菌、原虫到高等动物都要通过某种方式合成这些重要的物质。很多致病微生物和原虫都采用2-甲基-赤藻糖醇-4-磷酸(MEP)途径合成类异戊二烯，这个过程中产生的羟甲异戊烯二磷酸酯(HMBPP)，是已知对γδT细胞刺激活性最强的双磷酸盐抗原。而哺乳动物细胞产生的异戊二烯焦磷酸(IPP)是来自类异戊二烯生物合成的甲羟戊酸(MVA)通路的中间产物，也能引起γδT细胞的识别活化。而IPP通过法尼基二磷酸合酶分解成下一步的代谢产物，有很多物质，包括含氮双磷酸盐(N-BPs)及烷基胺，它们能通过抑制法尼基二磷酸合酶的活性，最终导致IPP在细胞内的蓄积，间接活化γδT细胞。

2013年，有研究表明嗜乳脂蛋白BTN3A1是这些小分子双磷酸盐抗原的提呈分子，丰富了我们对于Vγ9Vδ2 T细胞识别机制的认识。而最近关于BTN3A1参与提呈小分子双磷酸盐抗原的研究又取得了进一步的研究成果，其详细情况将在下文研究进展中介绍。

3.CD1分子提呈的脂类抗原配体

γδT细胞能识别一系列的磷脂或硫脂类物质，并且这一识别往往需要CD1分子的参与，发挥抗原提呈作用。γδT细胞能识别CD1分子与脂类物质的复合体，而在这个复合体中，TCRγδ对CD1分子和脂类成分识别的权重情况，即同样重要还是哪个成分占主要地位，仍需进一步澄清。

四、γδT细胞的生物学效应

γδT细胞主要通过两个途径发挥生物学效应：其一，通过细胞与细胞间的直接接触，产生细胞毒效应，在对病原体感染的靶细胞和恶性转化的肿瘤细胞的清除中发挥重要作用；其二，通过分泌多种细胞因子或趋化因子，与其他的免疫细胞相互作用，参与免疫应答网络的调节。

γδT细胞的细胞毒效应是其最主要的生物学效应之一。γδT细胞的细胞毒活性有三种表现形式：一是通过TCRγδ介导，能特异性杀伤表达配体的靶细胞；二是通过表达的除TCRγδ以外的其他表面受体，包括NKG2D等，非特异性杀伤靶细胞；三是通过表达的Fc受体(FcR)介导，产生抗体依赖性细胞毒作用。

根据刺激信号的不同，活化的γδT细胞能产生多种不同的细胞因子，对免疫应答进行调节。在细胞遭遇胞内细菌(如结核杆菌)感染或病毒感染时，γδT细胞可产生IL-2和IFN-γ，表现出类似于Th1细胞的作用；而在胞外菌或寄生虫感染时，γδT细胞则产生IL-4、IL-5和IL-10，刺激B细胞的增殖和产生抗体，表现出类似于Th2细胞的作用。

IL-17是一种重要的炎性介质。近年发现，IL-17+γδT细胞在炎症反应中发挥重要作用，其比Th17细胞产生的IL-17更早、更迅速，广泛地参与到很多疾病的发生与发展的过程中。Th17细胞是Th0细胞在不同的细胞因子诱导下，在外周定向分化而来。与Th17细胞的外周分化不同，IL-17+γδT细胞在胸腺中已经发育成熟。γδT细胞分泌IL-17需要TCR信号的活化，IL-17的维持还需要IL-1和IL-23的参与(图3-3)。有关IL-17+γδT细胞在多种炎症相关的疾病中的研究也成为近年来研究的热点。

除了以上两个经典的生物学效应之外，γδT细胞还具有很多其他的功能，包括辅助B细胞活化、作为抗原提呈细胞，启动αβT细胞的活化、触发树突状细胞的成熟以及调节干细胞的功能，参与组织损伤修复等。

因其在外周血中所占的比例很低，一直以来，γδT细胞相关研究的受关注度远远不及经典的αβT细胞，因此也造成迄今为止，人们对γδT细胞的一些基本情况，包括其分化发育、抗原识别、活化效应机制的了解远远不够深入。近年来，人们发现，这种独特的γδT细胞在机体的多种免疫应答与多种疾病的发生发展过程中发挥着重要的作用，对其的研究也有了井喷似的增长，取得了一些重大的研究成果。