人类免疫细胞及其marker

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已于 2024-05-10 11:02:29 修改

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分类专栏：医学生物信息单细胞文章标签：免疫细胞 marker 标志物

于 2024-05-10 09:53:19 首次发布

原文链接：https://mmbiz.qpic.cn/mmbiz_png/9lFjuMCxfR86eRND4Be4OU6NLoj3z8tCxOIaOib7DqfqTnUbcc0GQAEVqibBqT2USdLu0wsTuNpQHrclzpcEBic8Q/640?wx_fmt=png&tp=wxpic&wxfrom=5&wx_lazy=1&wx_co=1

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早在2000年前，我们的祖先发现在某些重大传播疾病幸存下来的人，会获得对这种疾病的抵抗能力，这称为免疫。

免疫功能是由机体的免疫系统来执行的，免疫系统包括免疫器官、免疫细胞和免疫分子，其中免疫细胞在抵御外界病原体入侵和清除已入侵病原体中发挥重要作用，针对免疫细胞的研究已经成为单细胞研究领域重要的组成部分。同时免疫分为固有免疫和适应性免疫两部分，其中不同的免疫细胞具有角色迥异的功能。本文旨在梳理免疫细胞分化的谱系，理清每种细胞在机体免疫中扮演的角色和揭示免疫细胞本身的特点，进一步分享如何通过特定的细胞标签来鉴定这些细胞。

一、造血干细胞(hemetopoietic stem cell,HSC)

骨髓和胸腺是人体的中枢免疫器官，是免疫细胞发生、分化、发育和成熟的场所，其中骨髓是各类免疫细胞的发源地。骨髓中的造血干细胞是具有高度自我更新能力和分化潜能的干细胞，体内的血细胞均由造血干细胞分化而来。在骨髓造血微环境的诱导下，HSC最初分化成定向干细胞，包含髓样干细胞（myeloid stem cell）和淋巴样干细胞（lymphoid stem cell）。

髓样干细胞进一步分化成巨核细胞（megakaryocyte）、红细胞（Erytherocyte）、肥大细胞（Mast）、粒细胞(Maeloblast);淋巴干细胞可分化为NK细胞、祖B细胞和祖T细胞。其中NK细胞和B祖细胞在骨髓中继续分化成熟，T祖细胞则被转运到胸腺，在胸腺中分化成熟。

图1 免疫细胞分化图谱

二、T淋巴细胞

淋巴样祖细胞随血液转运到胸腺之后，完成细胞的发育，成为成熟的细胞，因此这类细胞称为T淋巴细胞，T淋巴细胞是淋巴细胞的主要成分，在细胞免疫中扮演重要角色。T细胞成熟整个阶段可分为淋巴样祖细胞->T祖细胞（pro-T cell）->前T细胞（pre-T cell）->未成熟T细胞->成熟淋巴细胞。

在教科书中，依据CD4和CD8的表达可将胸腺中的T细胞又可分为双阴性细胞（double negative cell,DN细胞）、双阳性细胞（double positive cell,DP细胞）和单阳性细胞（single positive cell，SP细胞）三个阶段。

在单细胞数据中分选到的CD3+CD4-CD8-双阴性细胞均为pre-T之前的细胞，其中pro-T开始重排TCR基因。在IL-7等细胞因子的诱导下，pre-T增值活跃，并表达CD4和CD8，细胞进入DP阶段。

DP的pre-T细胞停止增殖，开始重排α基因，并与β链组装成TCR（α:β TCR）。成功表达TCR的细胞即是未成熟的T细胞。

SP细胞经历阳性和阴性选择后成为成熟的T细胞，通过血液循环进入到外周免疫器官。这个过程理解为，DP细胞表达的TCR和胸腺上皮细胞表面的MHC1分子和MHCII相互作用，高亲和力的DP存活并获得MHC限制性，95%低亲和力的DP凋亡，与MHC1结合的DP细胞CD8表达水平升高，CD4表达下调；与MHCII结合的DP细胞CD4表达升高，CD8表达下调。SP细胞再次与胸腺树突状细胞和巨噬细胞的MHC1及MHCII相互作用，高亲和力的SP发生凋亡，少部分发育成调节性细胞（Treg），低亲和力的SP细胞则发育成成熟的T细胞进入到外周免疫器官。

T细胞成熟之后又可根据活化阶段可分为出初始T细胞（naïve T cell）、效应T细胞（effector T cell,Teff）和记忆T细胞（memory T cell，Tm）。

根据TCR类型分类可分为αβT细胞和γδT细胞，绝大部分的T细胞是αβT细胞。

根据是否表达CD4和CD8，则可将T细胞分为CD4+T和CD8+T，CD4T主要辅助T细胞和调节T细胞，而CD8则更多是效应T细胞。

对于T细胞的分型则更多是根据功能特征进行划分：可分别分为辅助T细胞（helper T cell,Th）、细胞毒性T细胞（cytotoxic T lymphocyte,CTL）、调节性T细胞（regulatory T cell，Treg）。

图2 T细胞家族（来源于abcam.com）

01 辅助T细胞

Th细胞均表达CD4，通常所称的CD4+T细胞即指的是辅助T细胞，未受抗原刺激的CD4T细胞为Th0，细胞内病原体和肿瘤抗原及IL-12,INF-γ诱导Th0分化为Th1，普通细菌和可溶性抗原及IL-4诱导Th0分化为Th2，TGF-β和IL-4诱导Th0向Th9分化，Th0由TGF-β和IL-6分化为Th22，IL-21和IL-6诱导Th0分化为Tfh。

（1） Th1主要分泌Th1型细胞因子，包括IFN-γ、TNF-α、IL-2等，它主要的功能是通过分泌的细胞因子增强细胞介导的抗感染免疫，特别是抗胞内病原体的感染。

（2）Th2 主要分泌Th2型细胞因子，包括IL-4、IL-5、IL-6、IL-10、IL-13等，他们能促进Th2细胞的增殖，进而辅助B细胞活化，发挥体液免疫的作用，同时抑制Th1的增殖。

（3）Th9 通过分泌其特征性细胞因子IL-9在过敏性疾病、抗寄生虫感染和自身免疫性疾病中发挥重要作用。

（4）Th17 通过分泌IL-17（包括IL-17A-F）、IL-21、IL-22、IL-26、TNF-α等多种细胞因子参与与固有免疫和某些炎症的发生。

（5）Th22是一群IL-17A-IL-22+IFN-γ-的Th，表达趋化因子受体CCR4、CCR6和CCR10，通过分泌IL-22/IL-23和TNF-α参与上皮细胞的生理功能和炎症病理过程。

（6）Tfh 滤泡辅助T细胞（follicular helper T cell,Tfh）是一种存在于外周免疫器官淋巴滤泡的CD4+T细胞，其产生的IL-21在B细胞分化为浆细胞、产生抗体和Ig类别转换中发挥重要作用，是辅助B细胞应答的关键细胞。

02 细胞毒性T细胞(Cytotoxic T lymphocyte,CTL)

细胞毒性T细胞表达CD8，通常所称的CD8+T即是CTL。他的主要功能是特异性识别内源性抗原肽-MHC I类分子复合物，进而杀伤靶细胞。

03 调节性T细胞(regulatory T cell，Treg)
是一群以表达Foxp3、CD25、CD4为细胞表型，Foxp3是Treg重要的分子标志，参与Treg的分化和功能。具有负向免疫调节功能的T细胞亚群，抑制其他免疫细胞的免疫应答，是自我耐受的主要控制者，是人体免疫系统的“刹车者”。

根据发育来源，Treg细胞可分两类：
一类是天然产生的自然Treg（nTreg），主要在胸腺里分化发育而来，主要包括CD4+Treg细胞。

另一类是经诱导产生的适应性Treg（iTreg），是由初始CD4+T细胞（Th0）经抗原刺激后分化发育而来，包括Tr1细胞、Th3细胞和CD8+Treg细胞等多种亚型，肿瘤微环境中的Treg主要就是指iTreg细胞。

Treg细胞的免疫抑制作用，能防御人体发生自身免疫性疾病，却也促使肿瘤细胞发生免疫逃逸。Treg细胞在肿瘤中大量存在（它们中的大多数被吸引到肿瘤组织，局部扩张并分化为Treg细胞亚群）强烈抑制肿瘤抗原特异性效应T细胞的激活和扩张，间接加快了肿瘤细胞的增殖，增强了肿瘤细胞的浸润能力。因此，肿瘤患者常存在免疫功能抑制的情况，常表现为Treg表达增加，而且越是晚期患者免疫功能越受限。

三：B淋巴细胞

B淋巴细胞（B lymohocyte）是由哺乳动物骨髓（bone marrow）或鸟类法氏囊（burse of Fabricius）中的淋巴样干细胞分化发育而来，故称B细胞。是体液免疫的主要免疫细胞。

B细胞在骨髓中的发育经历祖B细胞（pro-B cell）、前B细胞（pre-B cell）、未成熟B细胞（immature B cell）和成熟B细胞等几个阶段。

B细胞表面最重要的分子是BCR复合物，BCR复合物由识别和结合抗原的mIg和传递抗原刺激信号的Igα/Igβ（CD79a/CD79b）异二聚体组成。同时B细胞表面还有CD19与CD21及CD81非共价相连，形成B细胞的多分子共受体。

根据B细胞所处的活化阶段，B细胞可分为初始B细胞、记忆B细胞和效应B细胞。

图3 B细胞分化图谱

（1）初始B细胞是指从未接受过抗原刺激的B细胞。他接受抗原刺激并活化，分化成记忆B细胞或浆细胞。

（2）记忆B细胞接受抗原刺激以后再生发中心分化成为记忆B细胞。

（3）效应B细胞又称浆细胞，是经由抗原激活的初始B细胞或记忆B细胞分化而来，是抗体的主要来源。

四：树突状细胞

树突状细胞（dendritic cell,DC）是一类成熟时具有许多树突样突起的、能够识别、摄取和加工外源性抗原并将抗原肽提呈给初始T细胞的专职性抗原提呈细胞（antigen-presenting cell,APC）。它来源于髓样干细胞（myeloid stem cell）和淋巴样干细胞（lymphoid stem cell）。DC是机体适应性免疫的始动者，也是连接固有免疫和适应性免疫的桥梁。

CD主要分为经典DC（cinventional DC，cDC）及浆细胞样DC（plasmacytoid DC,pDC）两大类。

图4 树突状细胞分化图谱

五：单核/巨噬细胞

单核细胞（monocyte）来源于骨髓，由中性粒细胞/巨噬细胞前提分化而成，约占外周血包细胞的3-5%。单核细胞从血液运行到全身组织器官，成为巨噬细胞（macrophage），他们表达多种受体，通过胞饮作用，吞噬作用、受体介导的内吞作用等，摄取抗原物质，吞噬和清除抗原。

正常样本巨噬细胞可分为两个亚群：M1和M2。

图5 巨噬细胞分化图谱

（1）I型巨噬细胞（type-1 macrophage，M1）又称经典活化的巨噬细胞，是在局部微环境中病原体及其产物与单核细胞表面TLR结合介导产生的信号刺激分化而成，其通过合成分析CCL2、CCL3/CXCL8等趋化因子和IL-1β、IL-6、TNF-α等促炎细胞因子介导产生炎症反应。

（2）II型巨噬细胞（type-II macrophage，M2）是在局部微环境中IL-4、IL-12等Th2型细胞因子刺激诱导分化而成。可通过合成分泌IL-10、TGF-β、血小板衍生生长因子和FGF，介导产生抑炎作用和参与损伤组织的纤维化和修复。

六：粒细胞(granulocyte)

来源于骨髓中的粒细胞/巨噬细胞前体，主要分布于血液和黏膜结缔组织中，包含中性粒细胞、嗜酸性粒细胞、嗜碱性粒细胞三类，粒细胞是参与炎症或过敏性炎症反应的重要效应细胞。

（1）中性粒细胞（neutrophil），约占外周血白细胞总数的60-70%，细胞表面具有受体CXCR1(IL-8R)和C5aR,可被IL-8和过敏性毒素C5a从血液中招募到感染炎症部位发挥作用。

（2）嗜酸性粒细胞（eosinophil）,约占外周血白细胞总数的5-6%，其表面具有趋化受体CCR3、PAF-R、IL-5R等多种与其趋化/活化相关的受体。

（3）嗜碱性粒细胞（basophil）：占外周血白细胞总数的0.2%，其表面具有CCR3等趋化因子受体，可被CCL1等相关趋化因子从血液中招募到炎症或过敏性炎症反应部位发挥作用。

七：肥大细胞(mast cell)

肥大细胞来源于外周血中的肥大细胞前体（precursor of mast cell），主要存在于黏膜和结缔组织中，其表面具有趋化性受体CCR3、过敏毒素受体（C3aR/C5aR）、Tol1样受体（TLR2/TLR4）和高亲和力IgE Fe受体，它主要作用是招募到被感染部位，分泌细胞因子参与和促进局部炎症反应。

八：自然杀伤细胞(natural killer,NK)

自然杀伤细胞是一类表面标志为CD3-CD19-CD56+CD16+和胞内转录因子E4BP4的固有淋巴样细胞，它广泛分布于血液、外周淋巴组织、肝、脾等脏器。NK细胞不表达特异性/泛特异性抗原识别受体。可表达一系列与其活化和抑制相关的调节性受体，对机体自身或外源性成分进行识别，选择性杀伤病毒感染或肿瘤靶细胞。