2018年的夏天,一部关于免疫细胞的动画作品刷爆朋友圈。没错,它就是《工作细胞》,在豆瓣评分中高达9.1分。它以可爱的画风、通俗易懂的故事情节向我们科普了免疫学的基础知识。当然,小编今天的主要目的不仅要向大家安利这部动漫,更重要的是要和大家聊聊在这部动画中出现的一个角色,树突状细胞。
树突状细胞(dendritic cell,DC)最早是在19世纪末被保罗·兰格尔翰斯发现,但被误认为是神经细胞。而英语中的"dendritic cells"一词直到1973年才被Ralph Marvin Steinman创造,因为成熟后胞质向外伸展,会形成许多类似于树状或伪足样的突起而得名。而Steinman也获得了2011年的诺贝尔生理学或医学奖。
树突状细胞(DC)是功能最强的抗原提呈细胞。DC可以识别、摄取和加工外源性抗原,通过主要组织相容性复合体(MHC)分子呈递抗原肽来诱导T细胞活化增殖,从而启动适应性免疫应答。作为关键的哨兵细胞,正常情况下少量但广泛的分布于脑以外的全身多个脏器,特别是淋巴器官以及皮肤和黏膜部位,黏膜处则为鼻子和小肠的上皮组织,皮肤处有一种特化的树突状细胞,称为朗格汉斯细胞。
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DC的分类
DC主要分为两大类,一类为经典DC(conventional DC,cDC),以前也被称为骨髓树突状细胞(Myeloid Dendritic Cell, mDC)。cDC主要参与适应性免疫应答的诱导和启动,根据分化发育的途径可分为不同亚群,主要有经典1型DC(cDC1)和经典2型DC(cDC2)。cDC1细胞专门用于交叉递呈,以诱导初始CD8+ T细胞分化为细胞毒性T淋巴细胞(CTLs)。cDC2细胞通过MHC II类抗原递呈以及共刺激活化初始CD4+ T细胞。
另外一类从共同淋巴样前体细胞(CLP)分化而来,称为淋巴样DC(lymphoid dendritic cell, LDC)或浆细胞样DC(plasmacytoid dendritic cell, pDC),与T细胞、B细胞和NK细胞属于同一谱系。pDC可以加工提呈抗原,活化后可快速产生大量Ⅰ型干扰素,参与抗病毒固有免疫应答。
需要注意的是,还有一类不属于白细胞,也不是起源于骨髓前体细胞的DC称为滤泡树突状细胞(follicular DC, FDC),FDC不表达MHC II类分子,但是高表达Fc受体和补体受体,参与B细胞免疫记忆的维持。
cDC和pDC免疫生物学特性对比
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DC的分化发育
cDC的分化发育分为四个阶段,分别是前体细胞期、未成熟期、迁移期和成熟期。cDC在血液中有两类前体细胞,CD14+CD11c+CD1-单核细胞,在IL-4等诱导下分化为DC,CD14-CD11c+CD1+细胞在TGF-β等诱导下分化为朗格汉斯细胞。在未成熟期,未成熟的DC主要存在于各组织器官,表达模式识别受体,可以有效识别和摄取外源性抗原,有很强的抗原加工能力,但低表达MHC II类分子及黏附分子,故提呈抗原和激发免疫应答的能力较弱。未成熟DC在摄取抗原或受到某些炎性刺激后,在趋化因子作用下开始迁移,在迁移过程中未成熟DC逐渐成熟。成熟的DC表面有树突样突起,低表达模式识别受体,高水平表达MHC II类分子和共刺激分子,有很强的抗原提呈能力,可激活初始T细胞。
pDC前体细胞在IL-3的刺激下可分化为未成熟pDC,在IL-3和CD40L的共同刺激下则分化为成熟pDC,pDC前体细胞还可在病毒刺激下分化成熟并产生干扰素。
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DC的功能
DC在多种生理过程中都发挥重要作用。首先,DC表达多种模式识别受体及Fc受体,可识别多种病原微生物或抗原抗体复合物,参与固有免疫应答。此外,DC在摄取和加工抗原后,DC将抗原以肽和MHC分子复合物的形式表达在细胞膜上并呈递给CD4+T细胞,启动适应性免疫应答。DC还可以分泌多种细胞因子和趋化因子,调节其他免疫细胞的功能。最后,未成熟DC还参与外周免疫耐受的诱导。
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DC表面标记
cDC1这个亚群最初是通过血栓调节蛋白CD141在血液中的表达来确定的,已知的表面标记包括CD8A,CLEC9A(CD370),ITGAE,ITGAX,CD141和趋化因子受体XCR1。
cDC2通过CD301(CLEC10A)和FceR1A的表达来区分。标记包括CD1C,CD207,ITGAM,NOTCH2和SIRPA。
pDC以能够快速产生干扰素和细胞因子而著称,且表达MHC II类分子,能够充当抗原递呈细胞。pDC的标记包括CLEC4C,LILRB4,NRP1,CCR7。
cDC和pDC部分表面标志的比较
DC亚群marker基因
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DC文献速览
文章一:与单细胞技术、免疫治疗相关联
研究人员使用单细胞技术鉴定Flt3L反应性造血干细胞(HSPC),此外,文章还揭示了Flt3L如何响应应激条件介导cDC1s的产生,而这些发现可以改善患者免疫治疗方法。
文章二:单细胞测序助力新型细胞亚群的研究
Cell上的这篇文章通过结合单细胞转录组和染色质分析两种方法研究cDC2s,并发现了两种不同的亚群,拥有不同的分化和转录调控模式,以及不同的代谢特点和功能。
文章三:绘制DC成熟轨迹,研究信号通路,助力肿瘤免疫治疗的研究。
Science的这篇文章利用单细胞转录组学研究揭示了肿瘤内cDC1成熟的轨迹,并确定了驱动肿瘤内cDC1成熟的分子途径,证明了这些途径在肿瘤患者体内的激活与更好的预后有关,为肿瘤治疗提供了新策略。