重温经典：TH1和TH2细胞

前言 

TH1和TH2细胞在平衡免疫反应中起着至关重要的作用，它们的的存在和功能对基础和应用免疫学产生了巨大的影响。20世纪70年代初，人们普遍认为T细胞可以根据其细胞表面标志物分为两个不同的亚群：CD4（Lyt1）和CD8（Lyt2）。CD4+T细胞被认为“有助于”抗体合成（因此是辅助T细胞），而CD8+T细胞在直接接触时会溶解病原体感染的靶细胞。此外，CD4+T细胞可以促进CD8+T细胞反应的发展。

20世纪70年代末，免疫学家普遍认为，对免疫系统的理解似乎已经相当完整，包括其逻辑框架和对T细胞网络的严格调控。然而，越来越多的证据表明CD4+T细胞是异质性的。1986年的研究结果正式表明，根据细胞因子的产生模式，小鼠CD4+细胞可以分为两个亚群，分别为TH1和TH2，这一结论后来扩展到人类CD4+T细胞。这些发现不仅对我们对T细胞功能和调节的理解产生了直接影响，而且对我们解释许多免疫系统疾病也产生了影响。

CD4+T细胞的异质性

到1970年，人们已经确定T细胞有助于B细胞产生抗体。然而，从20世纪60年代初开始，有证据表明体液和细胞介导的免疫反应并不总是同时发生。例如，用抗原预处理的动物对佐剂中相同抗原的后续攻击没有产生迟发型超敏反应（DTH；一种典型的细胞介导反应），但产生了正常或可变水平的抗体反应。相反，通过给予高剂量热灭活结核杆菌使豚鼠对结核菌素产生抗体耐受性，从而产生正常的DTH。

1971年，Parish的研究表明体液免疫和细胞介导免疫之间可能存在负相关关系。给大鼠注射从100µg到10 fg不等的溴化氰消化的鞭毛蛋白，产生了特异性抗体反应（紫色）和迟发型超敏反应（红色），这两种反应形成了彼此的镜像。这个结果表明，抗体和DTH是不同的免疫反应；他们互相抑制；并且它们的诱导是抗原剂量依赖性的。1972年，这些观测结果预测了当时的TH1和TH2模型。

到1974年，Liew和Parish才证明T细胞辅助抗体合成和T细胞介导DTH是不同的。1975年，Marrack和Kappler证明抗原特异性TH细胞和非特异性TH细胞可以通过有限稀释在体外分离，Janeway证明需要两个TH细胞群为抗体反应提供最佳帮助，这进一步证实了CD4+T细胞的异质性。这一发展之后是细胞免疫学的“黑暗时代”，在此期间，人们非常关注T抑制细胞的特征并收集了大量数据，其中大部分被证明具有误导性，在当代文献中很少被引用。然而，支持CD4+T细胞异质性的证据不断积累，Tada等人于1978年首次使用TH1和TH2这两个术语。然而，Mosmann等人直到1986年才正式证明TH1和TH2细胞的存在。

小鼠TH1和TH2细胞

直到1986年，CD4+T细胞异质性的证据都是基于多克隆细胞群。20世纪80年代初，两项重要的技术进步（T细胞克隆和细胞因子测定）极大地促进了细胞免疫学的发展。利用这些技术，Mosmann、Coffman及其同事建立了一组稳定的抗原特异性小鼠TH细胞克隆，并根据细胞因子产生模式对其进行了表征。

他们确定了两种不同类型的CD4+T细胞。1型细胞在抗原加抗原呈递细胞（APCs）或刀豆蛋白A（ConA；一种T细胞有丝分裂原）的刺激下，产生IL-2、IFN-γ、粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子（GM-CSF）和IL-3。相比之下，2型细胞产生IL-3、B细胞刺激因子1（BSF-1；IL-4）和肥大细胞生长因子（IL-5）。他们分别将两类细胞命名为TH1和TH2。重要的是，TH2细胞增强了免疫球蛋白E和IgG1的合成，而TH1细胞促进了B细胞产生IgG2a。这与IL-4控制向IgE和IgG1的转换，IFN-γ控制向IgG2a转换的发现是一致的。

TH1和TH2细胞的分类明确了T细胞免疫学的概念框架，并在TH1和TH2细胞的背景下重新审视许多感染性和自身免疫性疾病。人们试图根据细胞因子谱揭示这些疾病发病机制，以期找到新的治疗方法。然而，TH1/TH2分类并非没有争议。小鼠T细胞克隆在体外观察到的明显二分性在体内并不总是那么明确，似乎有大量的细胞和克隆产生1型和2型细胞因子，这些细胞后来被称为TH0细胞。

人TH1和TH2细胞

使用类似于用于解开小鼠系统的克隆方案，大多数来自健康供体外周血的同种异体反应性或植物血凝素（一种T细胞丝裂原）诱导的人类CD4+T细胞克隆并不明显属于TH1和TH2类。因此，人们开始怀疑TH1/TH2分类对人类T细胞是否有效。

然而，到1990年初，使用从过敏或传染病患者克隆的T细胞，很明显，在组织或外周血中可以发现显示TH1或TH2样特征的CD4+T细胞克隆。这一发现很快得到了细胞内细菌结核分枝杆菌或细胞外蠕虫犬弓形体特异性CD4+T细胞克隆的证实。分枝杆菌特异性克隆主要是IFN-γ的产生者，而弓形虫特异性克隆则主要是IL-4/IL-5的产生者。因此，Romagnani在1991年宣布“毫无疑问：人类具有TH1和TH2亚群”。

回想起来，小鼠和人类系统的不同特征是意料之中的。极化的TH1和TH2反应代表慢性免疫或疾病的终点。小鼠TH1和TH2克隆通常是从高度免疫的小鼠中分离出来的，而大多数早期克隆人类T细胞的尝试都涉及用丝裂原刺激健康个体的外周血T细胞。现在可以分别使用IL-12或IL-4在体外将幼稚的人类脐带血T细胞分化到TH1或TH2谱系。这与小鼠T细胞的情况相似，因此，确凿地证明TH1和TH2分类对小鼠和人类T细胞同样有效。

TH1和TH2细胞的发育

人们在阐明这两种T细胞亚群的诱导、发育和调节机制方面做了进一步的努力。1988年，Gajewski和Fitch以及Fernandez Botran等人报告称，TH1和TH2细胞的产物可以作为自分泌生长因子，促进这些细胞的进一步扩增，也可以作为相互的抑制剂。因此，IL-4促进TH2克隆扩增并限制TH1细胞的增殖，相反，IFN-γ促进TH1细胞生长，但降低TH2细胞发育。这些发现显示了TH1和TH2细胞有效调节彼此活性的机制。然而，仍存在几个问题。是什么启动了TH1细胞与TH2细胞的发育？TH1和TH2细胞是否来源于相同的前体？

1990年，研究发现IL-4对于从幼稚前体诱导抗原特异性TH2细胞至关重要。然后，在1993年，Hsieh和Seder等人的研究表明，IL-12和TCR激活是诱导TH1细胞所必需的。此外，使用TCR转基因小鼠，根据IL-12或IL-4的存在，相同TCR的细胞可以分别被分化为TH1或TH2 细胞。这些发现证实TH1和TH2细胞具有共同的前体，细胞因子微环境是TH细胞谱系发育的主要决定因素。

然而，也有报道称，其他几个因素可以影响TH1和TH2细胞的选择性发育。这些包括抗原剂量、抗原亲和力、主要组织相容性复合体（MHC）单倍型和共刺激因子。早期观察表明，DTH和抗体反应可以由大范围不同剂量的鞭毛蛋白抗原反向诱导，这表明抗原剂量在体内TH1和TH2细胞的诱导中起着重要作用。然而，抗原剂量在诱导TH1/TH2细胞分化中的作用远非这样简单，因为剂量效应因抗原和宿主而异。在W Wistar大鼠中观察到DTH和鞭毛蛋白抗原抗体（具有相对均匀的显性表位）的镜像呈反比关系，但J Wistar大鼠的结果并不明确。这一观察表明，包括MHC在内的遗传背景可能会改变抗原的有效剂量，进而影响T细胞或APC产生的内源性细胞因子水平的平衡。与此一致的是，两种不同类型的树突状细胞：DC1和DC2可以分别优先诱导TH1和TH2细胞。膜结合的共刺激因子，如B7-1（CD80）/B7-2（CD86）和诱导性T细胞共刺激因子（ICOS），也被证明会影响TH1和TH2细胞的优先发育。

然而，共刺激物也可能通过增加内源性细胞因子水平来指导TH1/TH2的发育，这可能超出IL-4和IL-12的范围。例如，IFN-α被证明有利于人TH1细胞发育，IL-1促进TH2细胞增殖。此外，TH2细胞可以在完全没有IL-4的情况下在体内发育。IL-12和IL-4可能主要来源于先天免疫反应。巨噬细胞和DCs是IL-12的主要生产者，但IL-4最初产生的细胞来源及其诱导机制尚不清楚。它们可能包括自然杀伤（NK）T细胞、肥大细胞、嗜碱性粒细胞和成熟CD4+T细胞。研究表明，IL-12通过Stat4和激活一种独特的TH1转录因子——T细胞中表达的T-box（T-bet）来驱动TH1细胞分化，T-box上调IFN-γ并下调IL-4和IL-5的表达。相反，IL-4通过Stat6诱导TH2细胞发育，Stat6激活Gata3和c-Maf，导致IL-4和IL-5上调，但IFN-γ表达下调。Gata3和T-bet可能通过直接调节彼此的表达来对抗相反子集的发育。

TH1和TH细胞对疾病的影响

在对TH1/TH2细胞进行细胞和分子生物学研究的同时，这些T细胞亚群在感染性疾病和自身免疫性疾病中的作用得到了广泛的探索。

小鼠利什曼原虫主要感染可能最能说明TH1/TH2细胞在体内的双重调节和效应作用。1981年，Liew及其同事对这种寄生虫免疫反应的研究表明，CD4+细胞有两种功能不同的群体：一种介导DTH并具有宿主保护作用，另一种抑制DTH并加重疾病。使用过继细胞转移，Scott=和Heinzel等人的研究表明，宿主保护细胞是TH1，而TH2细胞促进感染。相比之下，1991年Korenaga和Urban等人的研究表明，在蠕虫感染中，TH2细胞经常与啮齿动物的保护性免疫相关。TH1/TH2细胞在传染病中的确切作用仍然存在争议，并且往往因随之而来的病理而变得更加复杂。

此外，已知CD8+细胞、γδ+T细胞、NK细胞和NKT细胞均可分为1型和2型谱系，其细胞因子产生谱与TH1和TH2细胞相似。TH1和TH2细胞在体内的存在已不再是疑问。TH1和TH2细胞在体内反应中占主导地位的程度仍有待确定，并且可能因不同疾病而异。

小结

T细胞在哺乳动物免疫反应中的核心作用是无可争议的。TH1和TH2细胞的鉴定证实了20世纪70年代初建立的T细胞异质性和这些T细胞亚群的自我调节网络的概念。进一步的研究表明，不能孤立地看待TH1和TH2亚群，也不应将感染性疾病和自身免疫性疾病的治疗方法仅针对调节TH1/TH2平衡。控制TH1/TH2细胞诱导和分化的规则可以很好地应用于其他1/2型细胞。此外，TH1和TH2也可能被细分为功能和表型不同的亚群，这可以进一步微调健康和疾病中的免疫系统。

参考文献：

1. T(H)1 and T(H)2 cells: a historical perspective. Nat Rev Immunol.2002 Jan;2(1):55-60.