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树突细胞与巨噬细胞:免疫系统中的两大关键角色及其功能差异

时间:2024-12-19 09:14:37
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免疫系统是机体抵御病原体入侵的复杂防御网络,其中抗原提呈细胞(APC)起着关键的桥梁作用,将先天免疫与适应性免疫紧密相连。树突细胞(DC)和巨噬细胞(MΦ)作为两类主要的抗原提呈细胞,在形态、分布和功能上既有相似之处,又存在显著差异。深入剖析这些差异有助于我们更好地理解免疫应答的精细调控机制以及多种免疫相关疾病的发病原理,为免疫治疗和疫苗研发等领域提供重要的理论基础。

一、细胞起源与分化

树突细胞

树突细胞起源于造血干细胞,并在骨髓中经历多个分化阶段。前体细胞进入外周组织后,在不同微环境信号的刺激下进一步分化成熟。例如,在炎症环境中,某些细胞因子如粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子(GM-CSF)等可促进树突细胞的分化和活化。树突细胞的分化过程受到严格的转录调控,一些关键转录因子如PU.1等在其发育过程中起着不可或缺的作用。

树突细胞在分化成熟过程中,会经历从非成熟状态到成熟状态的转变。非成熟树突细胞主要分布于外周组织,具有高效的抗原摄取能力;而成熟树突细胞则迁移到淋巴结等外周淋巴器官,具备强大的抗原提呈能力,能够激活初始T细胞。

巨噬细胞

巨噬细胞同样起源于造血干细胞,但与树突细胞不同的是,巨噬细胞由循环中的单核细胞在特定组织微环境中分化而来。单核细胞在不同组织定居后,在局部生长因子和细胞因子的作用下分化为具有组织特异性功能的巨噬细胞。例如,在肝脏中分化为库普弗细胞,在中枢神经系统中分化为小胶质细胞等。其分化过程受巨噬细胞集落刺激因子(M-CSF)等因子的调控,转录因子如c-Maf等参与了巨噬细胞分化相关基因的表达调控。

巨噬细胞在分化过程中也表现出一定的可塑性,能够根据局部微环境信号的变化而调整其功能状态。例如,在炎症环境中,巨噬细胞可被激活并表现出不同的极化状态,从而参与不同的免疫应答过程。

二、抗原摄取与加工

树突细胞

树突细胞具有高效的抗原摄取能力,通过多种方式摄取抗原。细胞膜上表达丰富的受体,如模式识别受体(PRR),包括Toll样受体(TLR)等,能识别病原体相关分子模式(PAMP)以及损伤相关分子模式(DAMP),特异性地摄取病原体或受损细胞释放的抗原物质。此外,树突细胞还可通过吞噬作用、巨胞饮作用以及受体介导的内吞作用摄取抗原。例如,树突细胞可通过C型凝集素受体识别并摄取病毒抗原。

摄取抗原后,树突细胞内的溶酶体等细胞器迅速参与抗原加工过程。抗原被降解为肽段,与主要组织相容性复合体(MHC)分子结合,进行抗原提呈。树突细胞内的蛋白酶体和溶酶体酶系统在抗原加工中发挥着关键作用,能精确地将抗原切割成合适大小的肽段以便与MHC分子有效结合。

巨噬细胞

巨噬细胞主要通过吞噬作用摄取抗原,吞噬能力较强,能吞噬较大的病原体颗粒如细菌、凋亡细胞等。巨噬细胞表面的多种受体,如清道夫受体、Fc受体等参与了抗原的识别和摄取过程。例如,Fc受体可识别抗体包被的病原体,促进巨噬细胞对其吞噬。

在抗原加工方面,巨噬细胞与树突细胞类似,利用溶酶体等细胞器对摄取的抗原进行降解加工。然而,巨噬细胞的抗原加工效率相对树突细胞较低,主要功能更多地侧重于清除病原体和维持组织稳态。尽管巨噬细胞也能将抗原加工成肽段并与MHC分子结合进行提呈,但在某些情况下,其抗原提呈能力不如树突细胞突出。

三、抗原提呈

树突细胞

树突细胞在抗原提呈方面具有独特的优势,是最强大的抗原提呈细胞。成熟的树突细胞能够高表达MHC-I和MHC-II分子,能够将抗原肽提呈给不同类型的T细胞。例如,MHC-II分子提呈外源性抗原肽给CD4+T细胞,激活辅助性T细胞免疫应答;MHC-I分子提呈内源性抗原肽给CD8+T细胞,诱导细胞毒性T淋巴细胞(CTL)的活化。

树突细胞还表达共刺激分子如CD80、CD86等,这些分子与T细胞表面的相应受体结合,提供T细胞活化的第二信号。此外,树突细胞可分泌多种细胞因子如IL-12、IL-6等,进一步促进T细胞的增殖、分化和功能活化。例如,IL-12可诱导初始CD4+T细胞向Th1细胞分化,增强细胞免疫应答。

巨噬细胞

巨噬细胞也能表达MHC-I和MHC-II分子进行抗原提呈,但在静息状态下,MHC分子和共刺激分子的表达水平相对较低。当巨噬细胞被激活后,如在受到脂多糖(LPS)等刺激时,其MHC分子和共刺激分子的表达会有所上调,但总体表达量仍低于成熟树突细胞。

巨噬细胞提呈抗原主要激活局部的免疫应答,尤其是在组织感染部位,促进炎症细胞的募集和活化,清除病原体。分泌的细胞因子如TNF-α、IL-1等主要参与炎症反应的调节,与树突细胞分泌的细胞因子在功能和作用范围上存在差异。

四、免疫激活与调节

树突细胞

树突细胞在启动初始免疫应答中发挥着关键作用。它们能够识别并摄取抗原,迁移到淋巴结等外周淋巴器官,与初始T细胞相互作用,激活T细胞免疫应答。树突细胞通过精确调控MHC分子、共刺激分子和细胞因子的表达,引导T细胞向不同亚群分化,如Th1、Th2、Th17或Treg细胞等,决定免疫应答的类型和强度。

树突细胞还通过与其他免疫细胞的相互作用调节免疫应答。例如,它们与B细胞相互作用,促进B细胞的活化、增殖和抗体类别转换;与自然杀伤细胞(NK)相互作用,调节NK细胞的活性,增强其对肿瘤细胞或感染细胞的杀伤能力。

此外,树突细胞还参与免疫记忆的形成和维持。在初次免疫应答中,树突细胞能够诱导T细胞分化为记忆T细胞;在再次免疫应答中,记忆T细胞能够迅速增殖并分化为效应T细胞,从而更快地清除病原体。

巨噬细胞

巨噬细胞主要参与固有免疫应答的调节和效应阶段。感染初期,巨噬细胞通过吞噬病原体并释放炎症因子,引发炎症反应,吸引更多的免疫细胞到感染部位。这些炎症因子包括TNF-α、IL-1、IL-6等,它们能够调节血管通透性、促进白细胞渗出和激活其他免疫细胞。

巨噬细胞也具有免疫调节功能,在不同的微环境信号刺激下,表现出不同的极化状态。例如,在IL-4、IL-13等细胞因子的作用下,巨噬细胞可极化为M2型,具有促进组织修复、抑制炎症反应的功能;在LPS和IFN-γ等刺激下,极化为M1型,增强杀菌和促炎功能。巨噬细胞的这种极化状态的转换对维持组织稳态和免疫平衡至关重要。

M1型巨噬细胞主要参与急性炎症反应和病原体清除,它们通过释放活性氧、一氧化氮等杀菌物质直接杀伤病原体;同时,它们还分泌大量的促炎细胞因子和趋化因子,招募其他免疫细胞到感染部位。M2型巨噬细胞则主要参与组织修复和免疫调节,它们通过分泌生长因子、抗炎细胞因子等促进组织愈合和抑制炎症反应。

五、在不同免疫应答场景中的功能表现

抗感染免疫

树突细胞:在病毒感染中,树突细胞可迅速摄取病毒抗原,迁移到淋巴器官,激活特异性的CD8+T细胞和CD4+T细胞。例如,在流感病毒感染中,树突细胞摄取病毒颗粒后,将病毒抗原提呈给T细胞,诱导产生针对流感病毒的CTL细胞,杀伤被病毒感染的细胞;同时激活Th细胞辅助B细胞产生特异性抗体,从细胞免疫和体液免疫两方面抵御病毒感染。在细菌感染中,树突细胞同样能够摄取细菌抗原并激活相应的免疫应答。

巨噬细胞:巨噬细胞在细菌感染部位大量聚集,通过吞噬细菌并释放抗菌物质如活性氧、溶菌酶等直接杀伤细菌。在结核分枝杆菌感染中,巨噬细胞吞噬结核杆菌后,形成肉芽肿结构,将结核杆菌局限在局部,防止扩散。巨噬细胞分泌的细胞因子可招募其他免疫细胞如T细胞到感染部位,共同参与抗结核免疫应答。此外,巨噬细胞还能通过释放炎症因子调节炎症反应,促进病原体清除和组织修复。

抗肿瘤免疫

树突细胞:树突细胞在肿瘤免疫治疗中具有重要的应用前景。通过将肿瘤抗原负载到树突细胞上,然后回输到患者体内,可激活患者自身的抗肿瘤免疫应答。树突细胞能够将肿瘤抗原提呈给T细胞,诱导产生肿瘤特异性的CTL细胞,识别并杀伤肿瘤细胞。此外,树突细胞还可调节肿瘤微环境中的免疫抑制状态,增强免疫细胞对肿瘤的攻击能力。例如,通过分泌IL-12等细胞因子促进Th1细胞分化,增强细胞免疫应答;同时,树突细胞还能与NK细胞相互作用,调节NK细胞的活性,增强其对肿瘤细胞的杀伤能力。

巨噬细胞:巨噬细胞在肿瘤微环境中具有复杂的作用。肿瘤相关巨噬细胞(TAM)通常表现出M2样极化特征,具有促进肿瘤血管生成、抑制T细胞抗肿瘤免疫应答的作用,有利于肿瘤的生长和转移。然而,通过某些手段将TAM重新极化为M1型,可增强其抗肿瘤功能。

名称 货号 规格
小鼠树突状抗原提呈细胞 PCR Array Panel LXPM119 84 gene
人树突状抗原提呈细胞 PCR Array Panel LXPH024 84 gene
小鼠树突状抗原提呈细胞 PCR Array Panel LXRPM119 84 gene
人树突状抗原提呈细胞 PCR Array Panel LXRPH024 84 gene