况轶群 译
中国科学院昆明动物所
对有限资源的竞争是自然界的普遍现象，免疫学也不例外。数十年来，以一种或多种形式观察到了T细胞间的竞争现象。近年来的发展使得在对同一刺激原的反应过程中，对相同或分离的抗原特异性的T细胞的检测成为可能。这些细胞群体间的相互作用，控制着T细胞在宿主内的反应的质量和数量。
简介
T细胞对同一刺激原的免疫反应之间存在着竞争的想法来源于移植领域的研究。事实上，免疫细胞之间的竞争现象数十年前就已经知道了。但是，T细胞之间对抗原反应的相互竞争却是源于近年来就移植物对宿主的主要组织相容性抗原MHC和次要组织相容性抗原Mh 反应的竞争现象的观察。对MHC抗原应答的发生是因为不同个体之间的MHCI型II型蛋白的序列上存在等位基因的差异。而对mH抗原的应答发生是因为自身蛋白的多型性而产生与MHC结合的多肽。在MHC等位基因不存在的情况下，T细胞对mH抗原的应答很容易检测到。然而，在MHC差异性存在的情况下，mH抗原特异性应答未能检测到或明显下降。这些研究表明，为了观察到mH应答抑制现象，MHC和mH抗原必须出项在同一刺激（抗原递呈）细胞群中。另外，MHC的出现而产生的mH应答抑制现象可以简单地通过增加抗原递呈的数量而消失，这估计是通过抑制MHC特异性细胞的竞争能力形成的。
竞争同样出现MHC差异不存在的情况下。例如，mH抗原的应答本身是对这种现象特别易感的，对 mH抗原的应答优于对其他的应答，而且有时在前者不存在的情况下可以检测到对后者的应答。Klas Karre 实验室利用一个很好的基于B6应答mH抗原的动物模型，mH抗原表达于在BALB.B背景的细胞上，建立了几个他们称为"干扰现象"的特征。首先他们区分出了三种表达于BALB.B细胞的主要mH抗原。除了这些主要抗原，一些次要抗原在主要抗原不存在是也可以产生T细胞应答，比如那些表达于B6mH共基因老鼠变种中的抗原。
不能识别次要抗原不是由于它们不缺乏。而是研究人员能够通过功能和生物化学的方法显示，所有的次要表位在BALB.B细胞上表达的水平很高。其次，与上面谈到的MHC竞争结果一致，只有在主要和次要抗原表面同时呈递在细胞上时，对次要抗原的应答才表现得不明显。用带有主要或次要抗原的分离细胞群同时免疫B6老鼠，两种抗原都产生了很强的免疫应答作用。另外，用过量的骨髓来源的DC细胞免疫，可以打破免疫有时的存在。这个结果表明，应答T细胞对抗原递呈的同一个点形成竞争。
几乎同时，对抗原表位的免疫应答为T细胞之间的竞争提供了更直接的证据。在用淋巴细胞病毒感染B6老鼠时大多数CD8+T细胞对来源于病毒gp33，gp27和np396蛋白的多肽直接产生免疫应答。在Eric Butz和Michael Bevan的研究，他们发现：如果在感染宿主之前增加转入对gp33表位特异的转基因T细胞数目到宿主体内，这些T细胞可以抑制内源性T细胞对该表位应答，但是不对其他主要表位形成抑制。与这些发现一致，Smith等提供了更多证据表明：T细胞对抗原的应答之间相互竞争。通过一个在宿主中改变TCR转基因T细胞的转移和内源细胞群体的数目，Smith 等观察到在内源性转基因T细胞水平很高时转移的T细胞免疫应答被抑制的现象。这种竞争主要在抗原特异性行为时发生，也就是发生具有相同特异性的T细胞之间。但是，在一种具不同特异性的细胞之间也观察到了竞争现象，由此作者估计可能是依赖于竞争细胞之间的相对亲和力。为供参考，在表1中列出了多种可能存在T细胞的竞争以及所观察到的程度。
CD8+T细胞对携带抗原的抗原递呈细胞（APC）的竞争
以上的大多数报道表明T细胞竞争发生APC水平上。近来的实验证明了这个观点。比如，我们制成了一个与来自于OT1转基因老鼠的卵清白蛋白多肽结合的对K6（MHI类）特异的转T细胞模型。这些表达Thy1.2转基因T细胞转入到表达Thy1.1的B6.PL小鼠中，用表达卵清白蛋白的疫苗病毒或多肽刺激过的培养DC细胞不同程度地刺激B6.PL小鼠。结果内源性（Thy1.2-）和转入的（Thy1.2+）细胞可以通过MHC四聚体染色评估它们对抗原的应答作用。与以前的结果相似，我们发现：当转入细胞侵染增加时，内源T细胞应答的剂量依赖减小。只要增加携带抗原的APC数目，内源性应答的减少就可以得到改善，这表明携带抗原的APC是T细胞之间竞争的限制因素。
T细胞对相同和不同抗原的竞争应答
CD8+T细胞能够对相同MHC多肽复合物竞争应答已被认可。然而，它们能否对不同的抗原表位产生竞争应答仍在讨论之中。许多早期mH 抗原的研究工作说明，只要两个抗原同时出现在一个APC上，T细胞就会对该不同抗原进行竞争应答。今年来，关于小鼠对流感病毒的大量研究分析表明，对MHCI类递成递呈抗原 的应答可以通过多种途径得到观察。其中一种途径是T细胞对来源于血凝素蛋白的一个多肽的应答，该应答可以抑制T细胞对来自同一蛋白质的其他多肽的应答。我们最近是实验也证明了这个观点。我们认为：对于ova8和另一种刺激过的DC细胞的注射的应答，转入的OT1细胞能够与内源的T细胞对ova8或另一种抗原竞争应答。相似结果在TCR的转基因T细胞对D6（来源于P14小数的T细胞）的结合中得到。对LCMC多肽9gp33-44)特异这种我们称为交叉竞争的现象比具有相同特异性细胞竞争低效得多。甚至增加10倍的转入 细胞量也达不到具相同特异性细胞的抑制程度。这又说明，T细胞之间的竞争对抗原出现在同一APC上具有十分重要的依赖性。 其它的一些研究并没有表现出交叉竞争的现象。例如，在一个对CD4+T细胞竞争的检测中，Smith等发现：TCR转基因T细胞很好地抑制了T细胞对同源抗原的应答 ，但没有发现交叉竞争。另外，Butz和Bevan发现，在LCMC感染中，P14T细胞抑制了与P14T细胞具有相同特异性Y细胞的应答。但是，没有竞争CD8+T细胞对其它LCMC多肽的识别应答。，然而，对论文中数据的更深入的分析发现，对旁路应答的一些抑制现象并不存在，而且，两篇论文的作者都不同控制了APC的数量，位置或自然属性，因为两个研究中都含有用抗原和完全Freund佐剂或活病毒感染处理小鼠的步鄹。鉴于交叉竞争不易出现，这可能说明只有在APC被确定和（或）数目被限制的情况下交叉竞争现象才可以再次出现。
尽管如此，近来的一篇论文想通过检测同一病毒多肽感染，或和我们所做的一样，通过DC的递呈预处理小鼠的竞争现象来阐明这个问题。在这些实验中，作者发现：不管预处理的方法怎样，P14T细胞都会抑制CD8+T细胞对D6/gp33-44的应答，但不抑制 CD8+T细胞对病毒其他决定簇的应答。无论该动物是用病毒还是用带抗原DC预处理过。然而，在这些实验中，DC递呈的抗原是因为他们将病毒多肽表达作为转基因的产物，也就是说，病毒多肽总是在DC中一高水平的组成成分表达出来。而在我们的实验中，DC上在转入动物体内之前用多肽刺激培养。因此，交叉竞争在体内能否观察到可能是由于这依赖于APC所递呈的抗原的多少。在抗原处于饱和的情况下，交叉竞争可能难以出现；而当抗原数被限制时这种交叉竞争现象就较为容易出现了。由于这些数据，我们与PROBEST等一样，认为交叉竞争T细胞应答，特别是在病毒感染这样的情况下，抗原递呈没有被限制。然而，我们的结果认为：交叉竞争上可以发生的，正如最在关于抗原表位优势（如不同表位之间的优势）的竞争现象一样着说明交叉竞争发挥相应功能是有条件的。更重要的是，今年来许多论文认为，抗原表位优势和交叉竞争在病毒感染和疫苗策略中都具有重要的作用。
T细胞的竞争能力受它们对抗原亲和力的影响
MeHeyzer-Williams和Davis用一种蛾细胞铬C肽免疫小鼠发现，抗原特异性CD4+T细胞反应群在当免疫的次数增加时似乎会向寡或单克隆发展。这好象说明，特异性克隆的选择是由于它比其它剩下的抗原特异性克隆具有优势。Savage和Davis根据特定克隆对他们的抗原的亲和力的竞争优势证明了这些发现。Bush 和Pamer报道了相似的实验，他们研究了CD8+细胞对细菌抗原的研究的应答。后来，我们自己CD4+细胞的反应。所有的研究者认为：克隆细胞的属性是由于他们对抗原的亲和力而使得它们大量增殖。对一个宿主的多个免疫使得具有最高亲和力的应答增殖。
为了证明有效竞争的重要因素是抗原的亲和力，我们制得了"更高"和"更低"亲和力的抗原处理过的对同一抗原特异的CD8+T细胞。具有更高亲和力的T细胞表达OT1TCR，具有更低亲和力的T细胞来自于用 ova8处理国的小鼠。将这些更高和更低亲和力的T细胞转入以前处理的宿主，然后用抗原刺激它。这样，我们就可以评估在更高和更低亲和力记忆竞争细胞存在时内源记忆细胞的应答。这个结果表明，较高亲和力的细胞确实比较低亲和力的细胞在与内源性次级应答时功能有效。这样，一个T细胞的竞争能力确实依赖于它对抗原的亲和力。
这种结论在Smith等的一些早期工作中得到证实，认为：具有高亲和力TCR转基因T细胞与具有相同和不同特意性的细胞最少存在一些竞争能力。更近以来，发现一个在流感动物模型中的T细胞应答比其它次要T细胞对抗原有更高的亲和力。我们也可以发现OT1和P14细胞之间的竞争能力有很大的不同。尽管P14细胞明显存在竞争，但是比OT1细胞的竞争能力更低效（RM Kedl,JW Kappler,P Marrack未发表的结果），尽管它们的不同亲和力最多是2到3倍之间。应为交叉竞争对相同竞争的敏感性和减少的有效性，对于具有相似和不同特异性的T细胞只的竞争有许多不同的观察结果。
T细胞竞争能力依赖于祖细胞频率
一个主要的T细胞竞争相关的是祖细胞频率。在Lanzavechia一个关于T细胞竞争的综述中发现：除了人为因素的实验体系，在再器应答中竞争一般不会导致亲和力成熟，可能是因为一个克隆的祖细胞频率大少而不至于对其它T细胞产生重要的影响。虽然表位优势存在于一些病毒感染的早期免疫应答，这某种程度是归因于T细胞之间的竞争，大多数竞争 现象和亲和力成熟都是在多次免疫反应发生以后。因此，祖细胞频率在决定应答结果和亲和力成熟效率时具有十分重要的作用。事实上，优先对次要抗原的免疫（如：比次要抗原组细胞频率要高）可以明显地减少主要抗原应答相对于次要抗原应答的优势。与这些观察结果相一致，我们发现高亲和力和低亲和力T细胞的竞争能力在转入小鼠中它的频率都增加了。然而，在相同频率的情况下，高亲和力 T细胞的竞争能力比低亲和力T细胞的竞争能力更大。
祖细胞频率影响抗原竞争的说法表明竞争可能与APC有关。这可能是应为竞争依赖于APC和抗原特异性T细胞之间的比例。当APC很少（或抗原水平很低）或抗原特异性T细胞很多时，将发生特异性和非特异性竞争。但是，当APC和抗原很丰富和（或）T细胞很有限时，竞争将不会发生。
在APC杀伤不存在时的竞争
以前关于T细胞竞争的研究不能排除主要（或高亲和力）T细胞有杀伤APC从于减少低亲和力抗原与APC结合的可能性。这是明显可能的。以前CD8+T细胞比CD4+T细胞的抗原性竞争要常见得多。然而，近来几个实验排除了这种作为一般机制的解释。例如，在疫苗病毒感染的情况下，我们发现高亲和力的T细胞并不会减少动物体内的抗原载量。已知疫苗抗原在动物体内广泛分布，似乎高亲和力抗原特异性T细胞不能降低体外实验中APC的总体数量到它们的排除有效形成的程度。但是，其它的一些实验用另外的一些病毒表明这种效应是可能的。所以，从这些结果中的出的结论不是绝对的。而且，正如Probst等所说的，可能只要某些APC亚型在这些实验十分重要。
在一个改进的解释这个问题的方法中中，我们用高水平表达的绿色荧光蛋白（GFP）标记APC；DC来源于GFP转基因小鼠，用ova8刺激并转入到小鼠中。这些转入的DC细胞的数目和生命期望值不受高亲和力CD8+ OT1 T细胞是否存在的影响，它们相互作用。因此，T细胞之间的竞争在带抗原APC细胞的破坏不存在的情况下可以发生。
应该认识到：这些结果只能说明竞争某种程度上可能由APC细胞的损坏产生，而不是所有情况中都这样的。记忆T细胞能直接，至少快速四获得效应功能，特别是在外周组织中。考虑到T细胞竞争可能是记忆细胞比初次应答更主要的特征的因素，这结果说明某些携带抗原的APC细胞的损伤确实存在。这显然对依赖于APC细胞可能携带的其它抗原的T细胞进行应答有影响。很可能这是Karre在早期实验中观察到的T细胞"干扰现象"的一个主要特征，并且可以认为是具有相同特异性的T细胞之间的竞争的主要机制。但是，这个假说的有点矛盾，因为如果只这样的话，交叉竞争应该普遍存在，也就是说，主要T细胞对APC 细胞的损伤会消除将抗原递呈给次要体系报的APC细胞，因而导致在所有实验模型中出现交叉竞争。而交叉竞争不能经常被观察到的事实说明关于APC杀伤的其它机制可能存在。与此相关的观察结果是，活化的APC细胞表达内源性粒酶B抑制剂。这些抑制剂使得APC细胞对CTL介导的裂解作用产生抵抗，并使得它们即使CD8+T细胞效应应答过程中也能不断递呈抗原。所以，没有理由在CTL的产生过程中损伤APC细胞。在任何情况下，竞争在APC细胞损伤时产生，表明一定存在其它的可以介导T细胞竞争的机制。
T细胞诱导APC细胞的特异抗原的下调
虽然二十多年前曾经证实或提出过：T细胞可以下调APC 细胞表面的抗原，但是直到近年来才得到了更多重视。利用许多实验动物模型证明，T细胞可以消除或内化相互作用APC的表面MHC或其他蛋白。这好象在某种程度上依赖于高亲和力的TCR，但也可以由像CD28这样的分子介导。这些发现的重要性还不清楚，但猜想存在一个诱导T细胞互相杀伤行为的机制，并可能在一些慢病毒感染应答中形成克隆疲劳。这种在从APC细胞上下调或除区抗原的现象近来在CD8+T细胞中观察到，但以前的一些实验表明相似的机制存在于CD4+T细胞中。
用抗原刺激过的GFP+ APC 细胞皮下注射入小鼠体内，通过多肽-MHC特异性抗体我们追踪到APC细胞和他们表面的抗原的数目。我们发现：抗原特异的T细胞可以诱导APC细胞表面同源性抗原-NHC复合物的丢失，但没有发现其他多肽-MHC复合物和共刺激分子的丢失。我们的实验不能确定抗原是从APC细胞表面丢失还是被内化APC细胞。然而，不论是何种情况，在抗原特异T细胞出现时，抗原的递呈被明显减少。
这些情况表明：可能存在两种与抗原特异性竞争相关的现象。首先，T 细胞下调同源性相关抗原的递呈能力提示这可能是具有相同特异性T细胞之间竞争的机制，并最终促进T细胞的亲和力成熟。Huang等人认为：TCR对MHC的亲和力越高，T细胞从APC细胞上消除抗原的能力越强，这与我们所观察到的TCR亲和力与竞争能力 相关的现象一致。 具有较高亲和力的T细胞主动从APC细胞上下调抗原。使得检测较低亲和力T细胞中抗原更困难，从而说明了即使在APC 损伤不存在的情况下对较低亲和力细胞的竞争性消除。其次，非同源性MHC复合物或其它共刺激分子的下调纤细哪个不会出现，说明了一定存在其他关于具有不同特异T细胞之间竞争的机制。（图1）有数据表明：非抗原特异性竞争在包围任何一个携带抗原的APC细胞的周围的有限空间可以发生。或者，T细胞可能竞争由APC细胞产生的一种有限的可溶性因子，尽管这似乎可能性很小。另外，T细胞间的非抗原特异性竞争可能APC 细胞表面的抗原丢失无关。因而，这种竞争在许多疫苗和病毒体系中产生表面优势具有重要作用，而不是形成亲和力成熟。
CD4+和CD8+T细胞之间的竞争
应该认识到：虽然已经观察到CD4+T细胞之间的竞争现象，但近年来的一些数据主要是关于CD8+T细胞的。尽管可能存在例外，但CD4+T细胞之间的竞争规律可能CD8+T细胞的相似。例如，CD4+T细胞竞争依赖与识别同一APC细胞的递呈抗原，并致使T细胞应答的亲和力成熟。
很少有人注意到CD4+和CD8+T细胞之间竞争存在。大量的结果表明：具有不同特异性的T细胞之间竞争提示了这种存在的可能。然而，考虑到CD4+和CD8+T细胞之间传递的不同，可能只在有限的空间存在这种竞争。用抗原初次免疫T细胞区后，CD4+T细胞可能进入B细胞泡区，这是CD8+T细胞不可能进入的区域。因次，如果CD4+/CD8+T细胞之间的竞争存在话，它必须发生在CD4+T细胞进入B细胞泡区之前。而且，在CD4+和CD8+T细胞抗原刺激过程中空间分离的其它水平也有影响。我们观察到：注射抗原刺激过的DC细胞后1-3天，DC细胞重要由CD8+细胞包围。相反，DC细胞刺激喉-6天，DC细胞几乎只有CD4+细胞包围。（RM Kedl未发表的结果）。因而，甚至T细胞区域刺激过程中，CD4+和CD8+T细胞对抗原的竞争能力可能在它们的应答时间是被一些未知的不同因素所影响。通常，MHCII类抗原表位和I类抗原表位共同作用在抗原刺激过程中对CD8+T细胞应答有强作用--这是早期的T细胞辅助作用。尽管这可能CD4+和CD8+T细胞之间存在竞争这一 重要作用，但还没有特别的动物模型解释这个问题。只有当这种模型建立以后，才能下CD4+和CD8+T细胞之间存在竞争这个定论。
T细胞竞争和亲和力成熟在现实中的作用
当今应用免疫学完全朝开发新的疫苗的方向发展。 这经常包括一些非传统的技术，比如，一个组织的表位包含在另一个组织的基因组中，就有希望后者的免疫特性能够改进对前者的应答。这种方法依赖于对一种抗原的应答不至于被对它的载体的应答所抑制。因此，T细胞对抗原的竞争现象是十分有意义的。大量的文献报道证实研究T细胞之间的竞争关系。关于疫苗的研究表明：T细胞竞争影响着抵制多种病毒或肿瘤表面的T细胞的产生。最少在某些情况下，多个表位载体对宿主的多种刺激，DNA或者病毒，将导致对某一个优势表位优先的T细胞的增殖，而不是因为与MHC结合的优势。然而，分别携带不同表位的多个载体的刺激或在多个表位刺激之前用单一表位刺激可以有效地避免单一表位优势竞争。这些方法似乎是成功的，因为它们排除了对一个优势表位特异的T细胞将对其它表位特异的T细胞竞争出去的能力。这些研究都表明，免疫系统向单一表位集中的趋势，并证实了递呈的抗原位于同一APC细胞表面对观察交叉竞争的重要性。
为了避免经常不必要的表位优势，在某些情况下，优势表位的递呈可能对我们有利。Grossmann等的一篇报道表明，由于表位优势，一个肿瘤特异性抗原的一个次要表位特异的T细胞能够逃避免疫耐受。肿瘤特异性T细胞的免疫耐受对产生强大抗肿瘤应答的阻碍由来已知。对次要表位特异的T细胞的非耐受的存在可能要更多的动物模型的调查并表现出对T细胞竞争有益的潜在结果。
促使竞争和亲和力成熟的可能机制也从其它的来源中得到支持。Lawson 等提出，对甲型流感病毒的一个优势特异的T细胞比次要抗原表位特异的T细胞对抗原有十分高的亲和力。优势表位特异的T细胞对低于书千倍的多肽产生应答，这为T细胞的竞争能力和它对抗体亲和力有关提供更多的证据。其它的数据提出了与非抗原特异性竞争可能机制相关的结果。Rodrigue等近来的结果表明:IFN-γ可能具有介导优势表位特异性T细胞抑制次要表位特异应答能力的作用。这说明可溶性的介质可能与T细胞竞争表位优势有关，虽然，一般认为APC细胞在竞争过程中具有重要作用，但也以APC细胞为中心的介导过程是如何进行的却还不清楚。
结论
T细胞竞争及其作用在多个动物实验模型中观察到。来源于各种资源和动物模型的许多数据认为：表位优势，T细胞竞争和亲和力成熟是T细胞介导免疫反应的自然过程的一部分。理解T细胞之间的竞争的详细过程将为我们发现促使T细胞应答的基本原理提供很大的帮助，也将为控制治疗性干涉的结果也将受益非浅。
