乌尔 T细胞是T淋巴细胞（Tlymphocyte）的简称，因成熟于胸腺（thymus）而得名，是最重要的免疫细胞。T细胞的主要功能是介导细胞免疫、调节机体的免疫功能。T细胞来源于骨髓干细胞（胚胎期则来源于卵黄囊和胚肝），在胸腺中发育和分化，成熟后离开胸腺进入外周免疫器官的胸腺依赖区定居，并循血液→组织→淋巴→血液进行淋巴细胞再循环而分布全身。外周血中T细胞占淋巴细胞总数的65%~70%。
一 T细胞的分化成熟和胸腺选择
（一）T细胞的分化成熟
骨髓干细胞随血液到达胸腺，此时称前T细胞或胸腺细胞（thymocyte）。胸腺基质细胞如胸腺上皮细胞、树突细胞（DC）、巨噬细胞（MΦ）等可分泌胸腺素、胸腺生成素、胸腺激素和IL-7等细胞因子，并表达高水平的MHC I类、Ⅱ类分子，构成胸腺特定的内环境。前T细胞在这些激素、细胞因子以及DC和MHC分子的作用下分化成熟。T细胞在分化成熟过程中，细胞表面可表达各种膜蛋白，如CD4分子、CD8分子、T细胞抗原受体和CD3分子等，并具有识别抗原、介导特异性免疫应答和免疫调节的功能。T细胞的分化成熟过程分为双阴性、双阳性和单阳性三个时期。
1.双阴性期：在分化早期，T细胞经历原T细胞（pro-T cell）和前T细胞（pre-T cell）两个阶段，此时，T细胞既不表达CD4分子，也不表达CD8分子，称为双阴性T细胞。双阴性期的T细胞不表达TCR和CD3分子，不能识别抗原也不具有任何功能。
2.双阳性期：随着在胸腺内的分化成熟，双阴性T细胞首先表达TCR的β链（β链基因首先重排），尔后表达TCR的ɑ链前体（pre-T ɑ chain或pTα，gp33），此时的TCR也称前TCR（pre-TCR或pTCR，由pTɑ和β链组成）。pTɑ及pTCR的表达可促进T细胞的进一步分化，并诱导CD8分子和CD4分子基因的活化。T细胞首先表达CD8分子，CD8分子的出现促进CD4分子的表达，CD4分子和CD8分子同时表达形成双阳性T细胞。双阳性T细胞仍不能识别抗原也不具有任何功能。
在分化成熟过程中，β链的表达与否是一个决定T细胞命运的重大事件，一旦表达β链，T细胞就得以继续分化成熟；否则分化就停止，最终导致TCRβ-的T细胞死亡。因而有人称此现象为TCR的β选择（β selection）。同样T细胞如不能表达pTɑ及pTCR，则T细胞的分化就受阻，无法进一步分化成熟，可发生细胞凋亡和克隆清除。同时，CD4和CD8分子的表达，也可进一步促进TCR的表达。
3.单阳性期：双阳性期T细胞在胸腺中再经二次选择过程，分化为CD4+T细胞或CD8+T细胞，即单阳性T细胞。这是一类成熟T细胞，同时表达TCR和CD3分子，能识别抗原、介导免疫应答并参与调节免疫。T细胞一旦成熟，就随血流离开胸腺进入外周免疫器官或外周血。
（二）胸腺中T细胞的选择
T细胞在胸腺内由双阳性T细胞分化为单阳性T细胞，才能最终分化为成熟的具有免疫功能的T细胞。其中DC及其表达的MHC I类、Ⅱ类分子起重要作用。
1.阳性选择：双阳性T细胞（CD4+ CD8+）在胸腺皮质、髓质交界处与胸腺基质细胞（DC、MΦ等）表面的MHC I类、Ⅱ类分子及其他因子相互作用，其TCR能识别MICI类、H类分子，并能与之结合（无论亲和力高或低）的T细胞克隆均被选择，进一步分化为单阳性T细胞，此即阳性选择。阳性选择时，双阳性T细胞如与MHC I类分子作用，其CD4分子的表达下调，直至完全抑制，而CD8分子表达上调，最终分化为CD8+T细胞；如与MHCI Ⅱ类分子作用，则CD8分子的表达下调，直至完全抑制，而CD4分子的表达上调，最终分化为CD4+T细胞；而那些不能识别、结合MHC I类分子或Ⅱ类分子的T细胞则发生细胞凋亡而被克隆清除。
阳性选择的生物学意义在于：赋予成熟的T细胞具有识别、结合MHC的能力，使T细胞在识别抗原时显示MHC约束性（MHC restriction）。这是成熟T细胞的一个重要生物学特性。
2.阴性选择：经过阳性选择的CD4+T细胞或CD8+T细胞，既包括识别异己抗原的特异克隆，也包括自身反应性克隆，前者系介导特异性免疫应答和维持机体免疫功能及生理平衡所必需，后者则对机体有害。故经阳性选择的T细胞必须在胸腺中经历再次选择。凡是能以其TCR识别胸腺基质细胞表面MHC分子或MHC分子-自身抗原肽并显示高亲和力的T细胞克隆，可发生细胞调亡而导致克隆清除，只有那些与MHC分子呈现低或中等亲和力，及那些不能识别自身抗原肽的T组胞克隆才能被留下，进一步分化为成熟的T细胞，此即阴性选择。
阴性选择的生物学意义在于：清除了自身反应性T细胞克隆。这是成熟T细胞的又一重要生物学特性，称中枢耐受，是机体免疫系统不至于和自身组织和自身抗原起反应的一个保护性机制。
二 T细胞抗原受体和T细胞抗原受体基因
T细胞表达T细胞抗原受体（T cell receptor，TCR），以此识别抗原和介导免疫应答。TCR的抗原识别特异性显示在细胞克隆水即间一克隆T细胞县有结构相同的TCR分子，识别同一类抗原或同一类T细胞表位。TCR在同一个体内则组成多样性极为丰富的TCR谱或受体谱（repertoire），赋予个体对环境中数量众多、易于突变的病原体（抗原）进行识别和应答的巨大潜力。
TCR分子分成两类，一类称TCR1，由γ、δ两条肽链组成，在T细胞分化成熟中首先表达。外周血中约5%~10%的T细胞表达TCR1；另一类称TCR2，由α、β两条肽链组成，表达稍晚。外周血中90%~95%的T细胞表达TCR2。
CD3是成熟T细胞又一特征性表面标志，和TCR共同表达在T细胞表面，形成TCR-CD3复合体。现以TCR2为例讨论TCR分子及TCR基因。
（一）T细胞抗原受体
1.TCR分子：TCR为异二聚体，由α链45000~60000（45~60kD）、β链40000~50000（40~50kD）组成，每条链可分为可变区（Vα、Vβ）、恒定区（Cα、Cβ）、跨膜区和胞质区，其特点为胞质区特别短，氨基酸残基数分别为5个（α链）和4个（β链）。在α链和β链的跨膜区中分别含有2个（Lys，Arg）和一个（Lys）带正电荷的氨基酸，可与CD3分子的跨膜区中带负电荷的氨基酸（γ链的Glu或δ、ε链的Asp）非共价结合稳定TCR-CD3复合体。
TCR属免疫球蛋白超家族，和免疫球蛋白一样其抗原特异性存在于V区。V区的氨基酸序列分析表明，Vα、Vβ各有3个高变区，地称互补决定区（CDRs），即CDR1、CDR2和CDR3，以CDR3变异最大，直接决定了TCR的抗原结合特异性。TCR在识别MHC-抗原肽复合体时，CDR1和CDR2识别MHC分子抗原结合槽中由α螺旋组成的侧壁，而CDR3则直接与抗原肽发生相互作用。最近有学者报道，CDR1、CDR2亦参与对抗原肽的识别。此外，TCR Vβ链上还存在CDR4结构，是TCR识别超抗原的部位。
2.CD3分子：CD3分子系异六聚体，由γε、δε和ζζ（少数为ζη）6条肽链组成。每条肽链可分为膜外区、跨膜区和胞质区3部分。CD3分子的跨膜区带有负电荷，便于和TCR的跨膜区（带正电荷）非共价结合、形成TCR-CD3复合体。CD3分子的结构特点为胞质区特别长，尤其是ζ和η链的氨基酸残基数分别为113个和155个。CD3分子的每条肽链均含有1~3保守的共同序列——免疫受体酪氨酸激活基序（immuoreceptor tyrosine-based activation motif，ITAM），为转导抗原刺激信号所必需，尤其是ζ链分子ITAM的磷酸化对T细胞的活化尤为重要。
少数T细胞（约10%）其CD3分子由γε、δε和ζη六条肽链组成。ζ和η链为同一基因的两种不同拼接形式；ζ链由第1~8个外显子编码；η链缺失第8外显子，由第1~7个外显子和第9个外显子编码；两者在氨基酸水平的差异主要存在于胞质区，η链比ζ链多42个氨基酸残基，而且η链只有2个ITAM。
可以把TCR-CD3看作为抗原受体复合系统，其中TCR为识别和结合抗原的亚单位；CD3为信号转导亚单位，能将TCR接受的抗原刺激信号通过6条肽链的胞质区经ITAM转导至细胞内，使T细胞活化。
（二）TCR基因
TCRα链和β链的基因及δ链和γ链的基因分别位于人的第14对和第7对染色体。同免疫球蛋白一样，TCR各条肽链的合成（TCR基因的表达）也遵循“二个基因一条肽链”的规则，即每条肽链均由可变区（V区）基因和恒定区（C区）基因编码；V区基因须经过基因重排，才具有转录、表达功能。每个T细胞均有TCR的α链、β链、δ链和γ链基因，在分化成熟过程，δ链和γ链的基因首先重排和表达，α链、β链基因表达稍晚。一旦δ链、γ链基因重排成功并开始表达；此时，α链、β链基因重排就被抑制。故对于每一特定的T细胞，或表达TCR1（δ链、γ链）或表达TCR2（α链、β链）。以下主要讨论TCR的α链、β链基因。
1.胚系基因：未分化成熟的前T细胞中，TCR基因作为胚系基因（germline gene）存在。此时，TCR基因由多个分隔的基因片段组成，其中Vα基因由V片段和J片段（joining segments）组成；Vβ基因由V片段、D片段（diversity segments）和J片段组成；无论是V片段还是D片段或J片段本身又包括若干小片段。胚系基因处于分隔状态，无转录活性，需经基因重排，才具有转录、表达功能。
2.基因重排：基因重排（gene rearrangement）又称DNA重排或体细胞重组（somatic recombination），指T细胞在分化成熟过程中，V区基因由分隔的、无转录活性的基因片段在特异性重组酶的作用下连接成一个完整的、有转录功能的活性基因的过程。重排时，Vβ基因先进行D、J连接（某一D片段与某一J片段相连），再进行V、DJ连接（相连的DJ片段与某一V片段相连）形成VDJ片段。由此产生一个有转录活性的Vβ基因（VDJ基因），后者再与C区基因相连，形成一个完整的β链功能基因。Vβ基因的成功重排，可诱导Vα基因的重排。Vα基因无D片段，直接进行V、J连接（某一V片段和某一J片段相连）形成VJ片段。重排后有转录活性的Vα基因（VJ基因）再与C区基因相连，形成一个完整的α链功能基因。
一旦完成基因重排，TCR基因即开始转录和表达，T细胞继续分化成熟。如果TCR基因不能成功地进行重排，即无法表达TCR（就T细胞本身而言，不能表达TCR就意味着不能识别抗原，无免疫功能），该细胞就不能进一步分化成熟，可发生细胞凋亡而被清除。
TCR的V区基因重排只发生在T细胞分化的早期，因为特异性重组酶的活性只出现在早期，其活性具有严格的时限性和组织细胞特异性。故T细胞在分化成熟过程中只能进行一次有效的基因重排，保证了一个T细胞克隆只能表达一种特异性TCR，只显示一种抗原识别特异性。
3.等位排斥：同免疫球蛋白基因一样，TCR的Vβ、Vα基因重排过程中也存在着等位排斥（allelic exclusion）现象。一条染色体上的TCR基因重排时，可抑制另一条染色体上的TCR基因重排。只有当第一条染色体上的TCR基因重排出错即无法有效重排时，第二条染色体上的基因方可进行重排。等位排斥的生物学意义在于保证了一个T细胞克隆只能产生一种功能性的TCR基因，表达一种特异性TCR。如两条染色体上的TCR基因均不能有效重排，该T细胞就发生凋亡。
4.TCR多样性和CDR3：TCR基因的重排为一随机过程，不同T细胞经过基因重排，可表达不同特异性的TCR，在克隆水平显示各自的特异性，在个体水平则呈现丰富的多样性（diversity）。TCR的多样性由α链和β链的V区决定，Vα和Vβ各有3个CDR，但只有CDR3直接和抗原相互作用，故TCR的多样性主要由CDR3决定。从基因水平分析，CDR1、CDR2仅由V基因片段编码，而Vβ的CDR3由V-D-J3个基因片段编码，Vα的CDR3则由V-J两个基因片段编码。多个基因段编码增加了CDR3的变异，加之重排过程中的N区核苷酸插入和连接机动性也集中在CDR3区，这些都丰富了CDR3的多样性。
5.TCR多样性的产生机制：TCR多样性（个体水平）最终可达到10^15~10^18，形成容量庞大的TCR谱，赋予个体几乎是无限的抗原识别和应答能力，保证个体在多变环境中能和外来抗原（病原体）发生有效的免疫应答。下面简述TCR多样性的产生机制。
（1）多个胚系基因片段的参与：TCR的胚系基因由多个分隔的基因片段组成，它们的随机组合为多样性的产生提供了遗传学基础。
（2）VJ和VDJ连接（重排）多样性：基因重排系一随机过程，不同的T细胞克隆经基因重排、发生不同基因片段的连接，产生特定的Vβ（VDJ）基因和Vα（VJ）基因，表达特异性的TCR，这是TCR多样性产生的主要机制。
（3）连接机动性：连接机动性（junctional flexibility）或连接不精确性（junctional imprecision）。V区基因重排时，特定的V、D或J片段在发生DJ、V-DJ或VJ连接时，由于读码框的机动性或不精确性，在V-D-J连接处可发生一定的变异（偏移），引起核苷酸序列的改变，最后导致V区氨基酸组成的变化，从而改变TCR的特异性，增加了TCR的多样性。
（4）N-区核苷酸插入：N-区核苷酸（non-gemline encoded nuclectides）插入发生在V区基因重排过程中。N-区核苷酸片段并不存在于TCR的胚系基因中。V区基因重排时，在末端脱氧核苷酸转移酶（TdT）作用下，N-区核苷酸片段可随机加在Vα的VJ连接点及Vβ的VDJ的D片段的两侧。N-区核苷酸片段最多可由6个核苷酸组成，且富含G（鸟嘌呤）和C（胞嘧啶），防止形成终止密码（UAA、UGA和UAG或TAG）。N-区核苷酸插入亦发生在CDR3区。
（5）α链、β链的组合多样性：TCR的V区由Vα和Vβ组成，它们的随机配对和组合参与构成TCR的多样性。
上述5种机制赋予个体产生容量庞大的TCR谱，并通过TCR的V区体现出来，其中CDR3产生的多样性最大。
三 T细胞亚群
T细胞为异质性群体，不同群体细胞往往具有不同的表面标志和功能。前已述及，T细胞根据TCR类型不同分为γδT细胞（表达TCR1）和αβT细胞（表达TCR2）；根据表面标志和分化抗原的不同，aβT分为CD4+和CD8+T细胞；CD4+T组胞根据其分泌的细胞因子和介导的功能再分为Th1细胞和Th2细胞；CD8+T细胞根据功能不同可分为细胞毒性T细胞和抑制性T细胞；近来还发现存在一类专一识别脂类抗原、非MHC约束的NK1.1+T（NK 1.1 CD4+T）细胞。
1.γδT细胞和αβT细胞：γδT细胞是调节并启动抗感染免疫应答的亚群，其γδTCR的配体往往不是触发αβT细胞的蛋白、脂类和超抗原，而往往是病原菌如分枝杆菌的胞膜成分，激活释放各种促炎症的细胞因子。最近发现，人体外周血中约80%的γδT细胞表达一种叫CD94/NKG2A的抑制性受体，而在αβT细胞中仅有4%左右。这类抑制性受体主要表达于杀伤细胞，表明γδT细胞所具有的效应功能，且功能的发挥受到精细的调节。γδT细胞分成两类，一类分布在淋巴样组织和外周血中，其受体结构具有一定的多样性。例如近年来确认外周血中有一类T细胞，表达Vγ9 Vδ2 TCR分子（指这类T细胞优势取用γ链V基因中的第9号片段和δ链V基因中的第2号片段构成TCR）。该TCR直接识别磷酸抗原（phosphoantigen），然后通过TCR/CD3分子胞膜内ITAM传递活化信号，行使杀伤功能。同时这类细胞还分泌TNF-α和IFN-γ，参与激活Th1。自然，此类γδT细胞的活性还受抑制性受体CD94/NKG2A的调节。另一类γδT细胞主要分布在一些上皮组织中，并参与构成部分表皮间淋巴细胞和上皮间淋巴细胞，它们很少进入再循环，而且此类细胞受体分子的多样性极其有限，甚至在某一特定部位出现的γδT细胞，其抗原识别结构可以呈现高度的均一状态。上皮组织中γδT细胞TCR的配体，可能是受感染激发的某些上皮成分或相关分子，包括热休克蛋白、非经典MHCⅠ类分子、CD1、磷脂等。这类γδT细胞在抗感染和维护上皮表面的完整性上发挥作用。
αβT细胞是体内最主要的T细胞群，占外周血T组胞总数的90%~95%。αβT细胞识别MHC分子递呈的抗原肽，属MHC约束性T细胞。αβT细胞的主要功能是介导细胞免疫和参与免疫调节。
2.CD4+T细胞和CD8+T细胞：外周血中成熟的T细胞分为CD4+和CD8+两大亚群，皆表达αβTCR（TCR2）。其中CD4+T细胞识别MHCⅡ类分子递呈的抗原肽，受MHCⅡ类分子的约束；CD8+T细胞识别MHCⅠ类分子递呈的抗原肽，受MHCⅠ类分子的约束。在某些情况下，CD4+T细胞和CD8+T细胞亦可分别识别由MHCⅠ类分子和MHCⅡ类分子递呈的抗原肽。
CD4+T细胞和CD8+T细胞的表型与功能间的联系并不是绝对的，少数CD4+T细胞具有细胞毒性效应（同CIL）；有的CD8+T细胞具有辅助（调节）功能（同Th细胞）。
3.Th1细胞和Th2细胞：1986年Mosman等发现小鼠CD4+Th细胞可分为两个亚型：Th1细胞和Th2细胞。Th1细胞主要分泌IL-2、IFN-γ、TNF-β，介导细胞免疫；Th2细胞主要分泌IL-4、IL-5、IL-6和IL-10，介导体液免疫。1991年Romagnani证实人体亦存在Th1和Th2两个亚型。大量研究证实，Th1和Th2细胞为一对重要的调节细胞，同时，Th1和Th2细胞又互为抑制细胞，Th1细胞分泌的IFN-γ可抑制Th2细胞的分化和功能，Th2细胞分泌的IL-10和TGF-β可抑制Th1细胞的分化和功能。因此，Th1细胞和Th2细胞的相互平衡与否直接影响机体的免疫功能，且与疾病状态密切相关。对于某些疾病，如寄生虫感染、肿瘤或病毒感染，此时如Th1细胞活跃，则机体处于抵抗状态，反之则为易感状态。因而Th1和Th2细胞的研究，为免疫调节和免疫干预提供了新的思路，有助于阐明疾病的发病机制，并为开展诊断治疗及疗效考核提供了一个客观指标。
Th1和Th2细胞来源于同一前体细胞——Th0细胞。在不同的细胞因子、抗原递呈细胞及不同的抗原剂量等环境因素作用下，Th0细胞可分别向Th1或Th2细胞分化。当抗原递呈细胞表面为高密度抗原时，抗原肽和TCR紧密结合，未致敏T细胞趋向于向Th1细胞分化；当抗原递呈细胞为B细胞，出现低密度抗原时，未致敏T细胞趋向于向Th2细胞方向分化。此外，不同的协同刺激分子（表达在抗原递呈细胞表面）也可影响Th1或Th2细胞分化；B7.1（CD80）可促进Th0细胞向Th1细胞分化；B7.2（CD86）可促进Th0细胞向Th2细胞分化。而细胞因子IL-12和IL-4则分别是Th0细胞向Th1细胞和Th2细胞分化的主要诱导因子。
近年来有人提出亦存在Th3细胞，主要分泌TGF-β，对Th1和Th2细胞都有抑制作用，主要在粘膜免疫对抗原的应答中产生并激活。
4.细胞毒性T细胞：细胞毒性T细胞（cytotoxicity Tlymphocyte，CTL/Tc）为CD8+T细胞，是免疫应答的主要效应细胞，可特异性杀伤靶细胞，在肿瘤免疫和抗病毒感染的免疫中发挥重要作用。CTL在识别靶细胞（抗原）和攻击靶细胞时都受MHCⅠ类分子的约束。
除细胞毒性效应外，CTL还可分泌GM-CSF、IL-2、IL-4、IL-5、IL-8、IL-10和IL-16等，调节免疫功能；分泌趋化因子如IL-8、IP-10（IFN-inducible protein 10）、MIP-1α（macrophage inflammatory protein）和MIP-1β等，介导炎症反应。近年来有学者提出，CTL亦可分为不同亚型——Tc1和Tc2，分泌不同的细胞因子，发挥免疫调节功能。
5.抑制性T细胞：抑制性T细胞（suppressor T lymphocyte，Ts）作为一个功能性群体的存在，是通过过继转移实验加以确认的。因为被转移的细胞可以抑制受者中组织损伤性T细胞的活性，使免疫耐受重新出现，并可遏制已发生的移植物排斥反应。这表明由T细胞诱导的免疫抑制对免疫应答所起的负向调节作用是客观存在的。
由于多年来一直未能找到Ts特有的表面标志，也难以在体外建立专司免疫抑制的Ts细胞克隆，人们怀疑天然的Ts细胞实体是否存在。现时倾向于认为，T细胞的抑制活性可能只是在一定条件下对应于正向应答的一种负向反应。因而，Ts可以是CD8阳性细胞，也可以是CD4阳性细胞。一个典型的例子是CD4阳性的Th1和Th2可借助各自分泌的细胞因子而互为抑制细胞。当Th2分泌的IL-10和TGF-β抑制Th1分化时，会导致细胞免疫应答受抑。这一现象说明两个问题：一是CD4阳性T细胞也可显示抑制活性；二是又不能机械地把CD4+Th2定为抑制细胞，因为Th2在激发抗体产生和诱导过敏反应方面确有显示正向作用的功效，它的抑制功能，只是以Th1的存在为前提的，或者说，Th2只是在特定条件下，对Th1及其介导的细胞免疫应答显示拮抗作用。
需要指出的是，在一些关于自身耐受的实验中，确实找到过一些显示抗原特异性的CD8+Ts细胞，这些细胞有过继性转移抑制效应的能力，其确切机制仍有待阐明。
6.NK1.1+T细胞：近年来发现存在另一类T细胞，其αβTCR结构单一，通常具有CD4+T辅助受体分子，还同时表达属于NK细胞的表面分子NK1.1，因而称为NK1.1+T细胞或NK1.1+ CD4+ T细胞。与传统的T细胞（CD4+ CD8+）不同，NK1.1+T细胞识别抗原时不受MHC约束，因面不识别蛋白质抗原。人体NK1.1+T细胞主要识别由CD1d分子递呈的脂类抗原。NK1.1+T细胞的功能特点，是激活后大量分泌IL-4，因而在Th0向Th2的分化以及随后的IgE类别转换中发挥重要作用。NK1.1+T细胞成了天然免疫和获得性免疫之间的一个承上启下的细胞组分。据报道，小鼠中自发产生的自身免疫病往往有这类细胞的丢失或减少，而输入NK1.1+T细胞可使相应的小鼠免除自身免疫病，提示这细胞亚群可能具有免疫调节功能。
一 T细胞的分化成熟和胸腺选择
（一）T细胞的分化成熟
骨髓干细胞随血液到达胸腺，此时称前T细胞或胸腺细胞（thymocyte）。胸腺基质细胞如胸腺上皮细胞、树突细胞（DC）、巨噬细胞（MΦ）等可分泌胸腺素、胸腺生成素、胸腺激素和IL-7等细胞因子，并表达高水平的MHC I类、Ⅱ类分子，构成胸腺特定的内环境。前T细胞在这些激素、细胞因子以及DC和MHC分子的作用下分化成熟。T细胞在分化成熟过程中，细胞表面可表达各种膜蛋白，如CD4分子、CD8分子、T细胞抗原受体和CD3分子等，并具有识别抗原、介导特异性免疫应答和免疫调节的功能。T细胞的分化成熟过程分为双阴性、双阳性和单阳性三个时期。
1.双阴性期：在分化早期，T细胞经历原T细胞（pro-T cell）和前T细胞（pre-T cell）两个阶段，此时，T细胞既不表达CD4分子，也不表达CD8分子，称为双阴性T细胞。双阴性期的T细胞不表达TCR和CD3分子，不能识别抗原也不具有任何功能。
2.双阳性期：随着在胸腺内的分化成熟，双阴性T细胞首先表达TCR的β链（β链基因首先重排），尔后表达TCR的ɑ链前体（pre-T ɑ chain或pTα，gp33），此时的TCR也称前TCR（pre-TCR或pTCR，由pTɑ和β链组成）。pTɑ及pTCR的表达可促进T细胞的进一步分化，并诱导CD8分子和CD4分子基因的活化。T细胞首先表达CD8分子，CD8分子的出现促进CD4分子的表达，CD4分子和CD8分子同时表达形成双阳性T细胞。双阳性T细胞仍不能识别抗原也不具有任何功能。
在分化成熟过程中，β链的表达与否是一个决定T细胞命运的重大事件，一旦表达β链，T细胞就得以继续分化成熟；否则分化就停止，最终导致TCRβ-的T细胞死亡。因而有人称此现象为TCR的β选择（β selection）。同样T细胞如不能表达pTɑ及pTCR，则T细胞的分化就受阻，无法进一步分化成熟，可发生细胞凋亡和克隆清除。同时，CD4和CD8分子的表达，也可进一步促进TCR的表达。
3.单阳性期：双阳性期T细胞在胸腺中再经二次选择过程，分化为CD4+T细胞或CD8+T细胞，即单阳性T细胞。这是一类成熟T细胞，同时表达TCR和CD3分子，能识别抗原、介导免疫应答并参与调节免疫。T细胞一旦成熟，就随血流离开胸腺进入外周免疫器官或外周血。
（二）胸腺中T细胞的选择
T细胞在胸腺内由双阳性T细胞分化为单阳性T细胞，才能最终分化为成熟的具有免疫功能的T细胞。其中DC及其表达的MHC I类、Ⅱ类分子起重要作用。
1.阳性选择：双阳性T细胞（CD4+ CD8+）在胸腺皮质、髓质交界处与胸腺基质细胞（DC、MΦ等）表面的MHC I类、Ⅱ类分子及其他因子相互作用，其TCR能识别MICI类、H类分子，并能与之结合（无论亲和力高或低）的T细胞克隆均被选择，进一步分化为单阳性T细胞，此即阳性选择。阳性选择时，双阳性T细胞如与MHC I类分子作用，其CD4分子的表达下调，直至完全抑制，而CD8分子表达上调，最终分化为CD8+T细胞；如与MHCI Ⅱ类分子作用，则CD8分子的表达下调，直至完全抑制，而CD4分子的表达上调，最终分化为CD4+T细胞；而那些不能识别、结合MHC I类分子或Ⅱ类分子的T细胞则发生细胞凋亡而被克隆清除。
阳性选择的生物学意义在于：赋予成熟的T细胞具有识别、结合MHC的能力，使T细胞在识别抗原时显示MHC约束性（MHC restriction）。这是成熟T细胞的一个重要生物学特性。
2.阴性选择：经过阳性选择的CD4+T细胞或CD8+T细胞，既包括识别异己抗原的特异克隆，也包括自身反应性克隆，前者系介导特异性免疫应答和维持机体免疫功能及生理平衡所必需，后者则对机体有害。故经阳性选择的T细胞必须在胸腺中经历再次选择。凡是能以其TCR识别胸腺基质细胞表面MHC分子或MHC分子-自身抗原肽并显示高亲和力的T细胞克隆，可发生细胞调亡而导致克隆清除，只有那些与MHC分子呈现低或中等亲和力，及那些不能识别自身抗原肽的T组胞克隆才能被留下，进一步分化为成熟的T细胞，此即阴性选择。
阴性选择的生物学意义在于：清除了自身反应性T细胞克隆。这是成熟T细胞的又一重要生物学特性，称中枢耐受，是机体免疫系统不至于和自身组织和自身抗原起反应的一个保护性机制。
二 T细胞抗原受体和T细胞抗原受体基因
T细胞表达T细胞抗原受体（T cell receptor，TCR），以此识别抗原和介导免疫应答。TCR的抗原识别特异性显示在细胞克隆水即间一克隆T细胞县有结构相同的TCR分子，识别同一类抗原或同一类T细胞表位。TCR在同一个体内则组成多样性极为丰富的TCR谱或受体谱（repertoire），赋予个体对环境中数量众多、易于突变的病原体（抗原）进行识别和应答的巨大潜力。
TCR分子分成两类，一类称TCR1，由γ、δ两条肽链组成，在T细胞分化成熟中首先表达。外周血中约5%~10%的T细胞表达TCR1；另一类称TCR2，由α、β两条肽链组成，表达稍晚。外周血中90%~95%的T细胞表达TCR2。
CD3是成熟T细胞又一特征性表面标志，和TCR共同表达在T细胞表面，形成TCR-CD3复合体。现以TCR2为例讨论TCR分子及TCR基因。
（一）T细胞抗原受体
1.TCR分子：TCR为异二聚体，由α链45000~60000（45~60kD）、β链40000~50000（40~50kD）组成，每条链可分为可变区（Vα、Vβ）、恒定区（Cα、Cβ）、跨膜区和胞质区，其特点为胞质区特别短，氨基酸残基数分别为5个（α链）和4个（β链）。在α链和β链的跨膜区中分别含有2个（Lys，Arg）和一个（Lys）带正电荷的氨基酸，可与CD3分子的跨膜区中带负电荷的氨基酸（γ链的Glu或δ、ε链的Asp）非共价结合稳定TCR-CD3复合体。
TCR属免疫球蛋白超家族，和免疫球蛋白一样其抗原特异性存在于V区。V区的氨基酸序列分析表明，Vα、Vβ各有3个高变区，地称互补决定区（CDRs），即CDR1、CDR2和CDR3，以CDR3变异最大，直接决定了TCR的抗原结合特异性。TCR在识别MHC-抗原肽复合体时，CDR1和CDR2识别MHC分子抗原结合槽中由α螺旋组成的侧壁，而CDR3则直接与抗原肽发生相互作用。最近有学者报道，CDR1、CDR2亦参与对抗原肽的识别。此外，TCR Vβ链上还存在CDR4结构，是TCR识别超抗原的部位。
2.CD3分子：CD3分子系异六聚体，由γε、δε和ζζ（少数为ζη）6条肽链组成。每条肽链可分为膜外区、跨膜区和胞质区3部分。CD3分子的跨膜区带有负电荷，便于和TCR的跨膜区（带正电荷）非共价结合、形成TCR-CD3复合体。CD3分子的结构特点为胞质区特别长，尤其是ζ和η链的氨基酸残基数分别为113个和155个。CD3分子的每条肽链均含有1~3保守的共同序列——免疫受体酪氨酸激活基序（immuoreceptor tyrosine-based activation motif，ITAM），为转导抗原刺激信号所必需，尤其是ζ链分子ITAM的磷酸化对T细胞的活化尤为重要。
少数T细胞（约10%）其CD3分子由γε、δε和ζη六条肽链组成。ζ和η链为同一基因的两种不同拼接形式；ζ链由第1~8个外显子编码；η链缺失第8外显子，由第1~7个外显子和第9个外显子编码；两者在氨基酸水平的差异主要存在于胞质区，η链比ζ链多42个氨基酸残基，而且η链只有2个ITAM。
可以把TCR-CD3看作为抗原受体复合系统，其中TCR为识别和结合抗原的亚单位；CD3为信号转导亚单位，能将TCR接受的抗原刺激信号通过6条肽链的胞质区经ITAM转导至细胞内，使T细胞活化。
（二）TCR基因
TCRα链和β链的基因及δ链和γ链的基因分别位于人的第14对和第7对染色体。同免疫球蛋白一样，TCR各条肽链的合成（TCR基因的表达）也遵循“二个基因一条肽链”的规则，即每条肽链均由可变区（V区）基因和恒定区（C区）基因编码；V区基因须经过基因重排，才具有转录、表达功能。每个T细胞均有TCR的α链、β链、δ链和γ链基因，在分化成熟过程，δ链和γ链的基因首先重排和表达，α链、β链基因表达稍晚。一旦δ链、γ链基因重排成功并开始表达；此时，α链、β链基因重排就被抑制。故对于每一特定的T细胞，或表达TCR1（δ链、γ链）或表达TCR2（α链、β链）。以下主要讨论TCR的α链、β链基因。
1.胚系基因：未分化成熟的前T细胞中，TCR基因作为胚系基因（germline gene）存在。此时，TCR基因由多个分隔的基因片段组成，其中Vα基因由V片段和J片段（joining segments）组成；Vβ基因由V片段、D片段（diversity segments）和J片段组成；无论是V片段还是D片段或J片段本身又包括若干小片段。胚系基因处于分隔状态，无转录活性，需经基因重排，才具有转录、表达功能。
2.基因重排：基因重排（gene rearrangement）又称DNA重排或体细胞重组（somatic recombination），指T细胞在分化成熟过程中，V区基因由分隔的、无转录活性的基因片段在特异性重组酶的作用下连接成一个完整的、有转录功能的活性基因的过程。重排时，Vβ基因先进行D、J连接（某一D片段与某一J片段相连），再进行V、DJ连接（相连的DJ片段与某一V片段相连）形成VDJ片段。由此产生一个有转录活性的Vβ基因（VDJ基因），后者再与C区基因相连，形成一个完整的β链功能基因。Vβ基因的成功重排，可诱导Vα基因的重排。Vα基因无D片段，直接进行V、J连接（某一V片段和某一J片段相连）形成VJ片段。重排后有转录活性的Vα基因（VJ基因）再与C区基因相连，形成一个完整的α链功能基因。
一旦完成基因重排，TCR基因即开始转录和表达，T细胞继续分化成熟。如果TCR基因不能成功地进行重排，即无法表达TCR（就T细胞本身而言，不能表达TCR就意味着不能识别抗原，无免疫功能），该细胞就不能进一步分化成熟，可发生细胞凋亡而被清除。
TCR的V区基因重排只发生在T细胞分化的早期，因为特异性重组酶的活性只出现在早期，其活性具有严格的时限性和组织细胞特异性。故T细胞在分化成熟过程中只能进行一次有效的基因重排，保证了一个T细胞克隆只能表达一种特异性TCR，只显示一种抗原识别特异性。
3.等位排斥：同免疫球蛋白基因一样，TCR的Vβ、Vα基因重排过程中也存在着等位排斥（allelic exclusion）现象。一条染色体上的TCR基因重排时，可抑制另一条染色体上的TCR基因重排。只有当第一条染色体上的TCR基因重排出错即无法有效重排时，第二条染色体上的基因方可进行重排。等位排斥的生物学意义在于保证了一个T细胞克隆只能产生一种功能性的TCR基因，表达一种特异性TCR。如两条染色体上的TCR基因均不能有效重排，该T细胞就发生凋亡。
4.TCR多样性和CDR3：TCR基因的重排为一随机过程，不同T细胞经过基因重排，可表达不同特异性的TCR，在克隆水平显示各自的特异性，在个体水平则呈现丰富的多样性（diversity）。TCR的多样性由α链和β链的V区决定，Vα和Vβ各有3个CDR，但只有CDR3直接和抗原相互作用，故TCR的多样性主要由CDR3决定。从基因水平分析，CDR1、CDR2仅由V基因片段编码，而Vβ的CDR3由V-D-J3个基因片段编码，Vα的CDR3则由V-J两个基因片段编码。多个基因段编码增加了CDR3的变异，加之重排过程中的N区核苷酸插入和连接机动性也集中在CDR3区，这些都丰富了CDR3的多样性。
5.TCR多样性的产生机制：TCR多样性（个体水平）最终可达到10^15~10^18，形成容量庞大的TCR谱，赋予个体几乎是无限的抗原识别和应答能力，保证个体在多变环境中能和外来抗原（病原体）发生有效的免疫应答。下面简述TCR多样性的产生机制。
（1）多个胚系基因片段的参与：TCR的胚系基因由多个分隔的基因片段组成，它们的随机组合为多样性的产生提供了遗传学基础。
（2）VJ和VDJ连接（重排）多样性：基因重排系一随机过程，不同的T细胞克隆经基因重排、发生不同基因片段的连接，产生特定的Vβ（VDJ）基因和Vα（VJ）基因，表达特异性的TCR，这是TCR多样性产生的主要机制。
（3）连接机动性：连接机动性（junctional flexibility）或连接不精确性（junctional imprecision）。V区基因重排时，特定的V、D或J片段在发生DJ、V-DJ或VJ连接时，由于读码框的机动性或不精确性，在V-D-J连接处可发生一定的变异（偏移），引起核苷酸序列的改变，最后导致V区氨基酸组成的变化，从而改变TCR的特异性，增加了TCR的多样性。
（4）N-区核苷酸插入：N-区核苷酸（non-gemline encoded nuclectides）插入发生在V区基因重排过程中。N-区核苷酸片段并不存在于TCR的胚系基因中。V区基因重排时，在末端脱氧核苷酸转移酶（TdT）作用下，N-区核苷酸片段可随机加在Vα的VJ连接点及Vβ的VDJ的D片段的两侧。N-区核苷酸片段最多可由6个核苷酸组成，且富含G（鸟嘌呤）和C（胞嘧啶），防止形成终止密码（UAA、UGA和UAG或TAG）。N-区核苷酸插入亦发生在CDR3区。
（5）α链、β链的组合多样性：TCR的V区由Vα和Vβ组成，它们的随机配对和组合参与构成TCR的多样性。
上述5种机制赋予个体产生容量庞大的TCR谱，并通过TCR的V区体现出来，其中CDR3产生的多样性最大。
三 T细胞亚群
T细胞为异质性群体，不同群体细胞往往具有不同的表面标志和功能。前已述及，T细胞根据TCR类型不同分为γδT细胞（表达TCR1）和αβT细胞（表达TCR2）；根据表面标志和分化抗原的不同，aβT分为CD4+和CD8+T细胞；CD4+T组胞根据其分泌的细胞因子和介导的功能再分为Th1细胞和Th2细胞；CD8+T细胞根据功能不同可分为细胞毒性T细胞和抑制性T细胞；近来还发现存在一类专一识别脂类抗原、非MHC约束的NK1.1+T（NK 1.1 CD4+T）细胞。
1.γδT细胞和αβT细胞：γδT细胞是调节并启动抗感染免疫应答的亚群，其γδTCR的配体往往不是触发αβT细胞的蛋白、脂类和超抗原，而往往是病原菌如分枝杆菌的胞膜成分，激活释放各种促炎症的细胞因子。最近发现，人体外周血中约80%的γδT细胞表达一种叫CD94/NKG2A的抑制性受体，而在αβT细胞中仅有4%左右。这类抑制性受体主要表达于杀伤细胞，表明γδT细胞所具有的效应功能，且功能的发挥受到精细的调节。γδT细胞分成两类，一类分布在淋巴样组织和外周血中，其受体结构具有一定的多样性。例如近年来确认外周血中有一类T细胞，表达Vγ9 Vδ2 TCR分子（指这类T细胞优势取用γ链V基因中的第9号片段和δ链V基因中的第2号片段构成TCR）。该TCR直接识别磷酸抗原（phosphoantigen），然后通过TCR/CD3分子胞膜内ITAM传递活化信号，行使杀伤功能。同时这类细胞还分泌TNF-α和IFN-γ，参与激活Th1。自然，此类γδT细胞的活性还受抑制性受体CD94/NKG2A的调节。另一类γδT细胞主要分布在一些上皮组织中，并参与构成部分表皮间淋巴细胞和上皮间淋巴细胞，它们很少进入再循环，而且此类细胞受体分子的多样性极其有限，甚至在某一特定部位出现的γδT细胞，其抗原识别结构可以呈现高度的均一状态。上皮组织中γδT细胞TCR的配体，可能是受感染激发的某些上皮成分或相关分子，包括热休克蛋白、非经典MHCⅠ类分子、CD1、磷脂等。这类γδT细胞在抗感染和维护上皮表面的完整性上发挥作用。
αβT细胞是体内最主要的T细胞群，占外周血T组胞总数的90%~95%。αβT细胞识别MHC分子递呈的抗原肽，属MHC约束性T细胞。αβT细胞的主要功能是介导细胞免疫和参与免疫调节。
2.CD4+T细胞和CD8+T细胞：外周血中成熟的T细胞分为CD4+和CD8+两大亚群，皆表达αβTCR（TCR2）。其中CD4+T细胞识别MHCⅡ类分子递呈的抗原肽，受MHCⅡ类分子的约束；CD8+T细胞识别MHCⅠ类分子递呈的抗原肽，受MHCⅠ类分子的约束。在某些情况下，CD4+T细胞和CD8+T细胞亦可分别识别由MHCⅠ类分子和MHCⅡ类分子递呈的抗原肽。
CD4+T细胞和CD8+T细胞的表型与功能间的联系并不是绝对的，少数CD4+T细胞具有细胞毒性效应（同CIL）；有的CD8+T细胞具有辅助（调节）功能（同Th细胞）。
3.Th1细胞和Th2细胞：1986年Mosman等发现小鼠CD4+Th细胞可分为两个亚型：Th1细胞和Th2细胞。Th1细胞主要分泌IL-2、IFN-γ、TNF-β，介导细胞免疫；Th2细胞主要分泌IL-4、IL-5、IL-6和IL-10，介导体液免疫。1991年Romagnani证实人体亦存在Th1和Th2两个亚型。大量研究证实，Th1和Th2细胞为一对重要的调节细胞，同时，Th1和Th2细胞又互为抑制细胞，Th1细胞分泌的IFN-γ可抑制Th2细胞的分化和功能，Th2细胞分泌的IL-10和TGF-β可抑制Th1细胞的分化和功能。因此，Th1细胞和Th2细胞的相互平衡与否直接影响机体的免疫功能，且与疾病状态密切相关。对于某些疾病，如寄生虫感染、肿瘤或病毒感染，此时如Th1细胞活跃，则机体处于抵抗状态，反之则为易感状态。因而Th1和Th2细胞的研究，为免疫调节和免疫干预提供了新的思路，有助于阐明疾病的发病机制，并为开展诊断治疗及疗效考核提供了一个客观指标。
Th1和Th2细胞来源于同一前体细胞——Th0细胞。在不同的细胞因子、抗原递呈细胞及不同的抗原剂量等环境因素作用下，Th0细胞可分别向Th1或Th2细胞分化。当抗原递呈细胞表面为高密度抗原时，抗原肽和TCR紧密结合，未致敏T细胞趋向于向Th1细胞分化；当抗原递呈细胞为B细胞，出现低密度抗原时，未致敏T细胞趋向于向Th2细胞方向分化。此外，不同的协同刺激分子（表达在抗原递呈细胞表面）也可影响Th1或Th2细胞分化；B7.1（CD80）可促进Th0细胞向Th1细胞分化；B7.2（CD86）可促进Th0细胞向Th2细胞分化。而细胞因子IL-12和IL-4则分别是Th0细胞向Th1细胞和Th2细胞分化的主要诱导因子。
近年来有人提出亦存在Th3细胞，主要分泌TGF-β，对Th1和Th2细胞都有抑制作用，主要在粘膜免疫对抗原的应答中产生并激活。
4.细胞毒性T细胞：细胞毒性T细胞（cytotoxicity Tlymphocyte，CTL/Tc）为CD8+T细胞，是免疫应答的主要效应细胞，可特异性杀伤靶细胞，在肿瘤免疫和抗病毒感染的免疫中发挥重要作用。CTL在识别靶细胞（抗原）和攻击靶细胞时都受MHCⅠ类分子的约束。
除细胞毒性效应外，CTL还可分泌GM-CSF、IL-2、IL-4、IL-5、IL-8、IL-10和IL-16等，调节免疫功能；分泌趋化因子如IL-8、IP-10（IFN-inducible protein 10）、MIP-1α（macrophage inflammatory protein）和MIP-1β等，介导炎症反应。近年来有学者提出，CTL亦可分为不同亚型——Tc1和Tc2，分泌不同的细胞因子，发挥免疫调节功能。
5.抑制性T细胞：抑制性T细胞（suppressor T lymphocyte，Ts）作为一个功能性群体的存在，是通过过继转移实验加以确认的。因为被转移的细胞可以抑制受者中组织损伤性T细胞的活性，使免疫耐受重新出现，并可遏制已发生的移植物排斥反应。这表明由T细胞诱导的免疫抑制对免疫应答所起的负向调节作用是客观存在的。
由于多年来一直未能找到Ts特有的表面标志，也难以在体外建立专司免疫抑制的Ts细胞克隆，人们怀疑天然的Ts细胞实体是否存在。现时倾向于认为，T细胞的抑制活性可能只是在一定条件下对应于正向应答的一种负向反应。因而，Ts可以是CD8阳性细胞，也可以是CD4阳性细胞。一个典型的例子是CD4阳性的Th1和Th2可借助各自分泌的细胞因子而互为抑制细胞。当Th2分泌的IL-10和TGF-β抑制Th1分化时，会导致细胞免疫应答受抑。这一现象说明两个问题：一是CD4阳性T细胞也可显示抑制活性；二是又不能机械地把CD4+Th2定为抑制细胞，因为Th2在激发抗体产生和诱导过敏反应方面确有显示正向作用的功效，它的抑制功能，只是以Th1的存在为前提的，或者说，Th2只是在特定条件下，对Th1及其介导的细胞免疫应答显示拮抗作用。
需要指出的是，在一些关于自身耐受的实验中，确实找到过一些显示抗原特异性的CD8+Ts细胞，这些细胞有过继性转移抑制效应的能力，其确切机制仍有待阐明。
6.NK1.1+T细胞：近年来发现存在另一类T细胞，其αβTCR结构单一，通常具有CD4+T辅助受体分子，还同时表达属于NK细胞的表面分子NK1.1，因而称为NK1.1+T细胞或NK1.1+ CD4+ T细胞。与传统的T细胞（CD4+ CD8+）不同，NK1.1+T细胞识别抗原时不受MHC约束，因面不识别蛋白质抗原。人体NK1.1+T细胞主要识别由CD1d分子递呈的脂类抗原。NK1.1+T细胞的功能特点，是激活后大量分泌IL-4，因而在Th0向Th2的分化以及随后的IgE类别转换中发挥重要作用。NK1.1+T细胞成了天然免疫和获得性免疫之间的一个承上启下的细胞组分。据报道，小鼠中自发产生的自身免疫病往往有这类细胞的丢失或减少，而输入NK1.1+T细胞可使相应的小鼠免除自身免疫病，提示这细胞亚群可能具有免疫调节功能。
