一、T細胞在胸腺分化過程中的表型改變
淋巴干細胞早期即在胸腺內開始分化，應用小鼠胸腺細胞實驗模型研究表明，在胚胎11-12天淋巴干細胞已進入胸腺，在胸腺微環境的影響下胸腺細胞迅速發生增殖和分化。已知，誘導T淋巴細胞在胸腺內分化、成熟的主要因素包括：⑴胸腺基質細胞
T淋巴細胞與激活的血小板
（thymusstromalcell,TSC）通過細胞表面的粘附分子直接與胸腺細胞相互作用，其中胸腺中的“撫育細胞”（nursecell）對于T細胞的成熟和分化可能起著重要的調節作用；⑵胸腺基質細胞分泌多種細胞因子（如IL-1、IL-6和IL-7）和胸腺激素（如胸腺素、胸腺生成素）誘導胸腺細胞分化；⑶胸腺細胞自身分泌多種細胞因子（如IL-2、IL-4）對胸腺細胞本身的分化和成熟也起重要的調節作用。此外，胸腺內上皮細胞、巨噬細胞和樹突狀細胞對于胸腺細胞分化過程中的自身耐受、MHC限制以及T細胞功能性亞群的形成起著決定性作用。研究表明，胸腺中的T細胞對于胸腺基質細胞的發育和功能同樣是必不可少的。
1.功能性TCR的表達應用胚胎小鼠實驗系統研究發現，胚胎發育后期的胸腺細胞才有完整的TCRα鏈和β鏈基因重排，并轉錄為功能性的α鏈和β鏈。功能性和TCDR表達使T細胞具有識別抗原多肽片段/MHC復合物的功能，并形成克隆分布T細胞抗原識別受體庫。
2.TCR/CD3復合體的表達 胸腺內的前胸腺細胞（prethymocytespre-T）多數表現為CD3陰性，在胸腺皮質中只有部分T細胞為CD3陽性，而胸腺髓質細胞均為CD3陽性。隨著胸腺細胞的逐漸分化和成熟，TCRα和β鏈（或γ和δ鏈）以及CD3分別得到表達，并組成TCR/CD3復合體，其中TCR能特異性識別抗原，CD3分子與信號轉導（signaltransduction）有關。
3.功能性T細胞亞群的 胸腺中不同功能性T細胞亞群是經過一定的發育順序而形成的。
Thy-1抗原是1964年用血清學方法鑒定的小鼠T淋巴細胞的同種異體抗原，是小鼠全T細胞標志，但與CD2和CD3的結構不同，為GPI連接分子，25-35kDa，已命名為CDw90。不同T細胞亞群Thy-1抗原密度不同。外周神經組織、腦組織、成纖維細胞、上皮細胞和胎鼠骨骼肌表面也有Thy-1抗原，但膜表面Ig陽性的B細胞缺乏這種抗原。用抗Thy-1加補體除去Thy-1陽性細胞可使T細胞應答完全喪失。在T細胞分化過程中，調節Thy-1分子的表達可能與細胞與細胞之間相互作用有關。Thy-1與神經細胞粘附有關，并可能在免疫系統與神經系統的聯系中起作用。在T細胞分化過程中，Thy-1首先表達在小鼠胸腺皮質區迅速分裂的考地松敏感細胞，皮質胸腺細胞Thy-1密度高，在髓質區具有免疫潛能T細胞的Thy-1密度降低，外周血T細胞表面此抗原密度相對較低。裸鼠少部分脾細胞也有低密度Thy-1，提示T細胞前體具有Thy-1抗原，可能相當于成鼠骨髓中低密度Thy-1陽性細胞。小鼠Thy-1有112個氨基酸殘基。Thy-1有2個等位基因，所編碼的抗原分別命名為Thy-1，1和Thy-1，2，兩者僅在第89位氨基酸有差別：Thy-1.1是精氨Thy-1.2是谷氨酰胺。Thy-1氨基酸組成與免疫球蛋白恒定區和β微球蛋白有高度的同源性同屬于免疫球蛋白超家族。
胸腺白血病抗原（thymus-leukemiaantigen,TL或TLa）是一類同種異體抗原，僅表達于某些白血病和不成熟的Thy-1陽性胸腺細胞，為早期分化抗原。TL抗原與小鼠H-2K、H-2D和H-2L抗原的結構相似。正常不成熟的胸腺細胞表面只出現TL1、TL2、TL3、TL5和TL6等5個表型，TL4僅出現在白血病胸腺細胞上。TL與人的T6/Leu6是類同物，屬CD1。
二、T細胞在胸腺中的選擇
成熟的、有功能的T細胞必須經過在胸腺中陽性選擇和陰性選擇。主要組織兼容性復合體（MHC）抗原在這兩種選擇中起著關鍵的作用。
1.假如一個雙陽性細胞表面能與胸腺皮質上皮細胞表面MHCI類或Ⅱ類分子發生有效結合，就可能被選擇而繼續發育，否則會發生程序性的細胞死亡（apoptosis）。MHCI類分子選擇CD8復合受體（coreceptor），而使同一個雙陽性細胞表面CD4復合受體減少；MHCⅡ類分子選擇CD4復合受體，而使CD8受體減少。這種選擇過程賦于成熟CD8 CD4-T細胞具有識別抗原多肽片段與自身MHcI類分子復合物的能力，CD4 CD8-T細胞具有識別抗原多肽片段與自身MHcⅡ類分子復合物的能力，成為T細胞MHC限制現象的基礎。
2.陰性選擇過程（negative selection） 經過陽性選擇后的T細胞還必須經過一個陰性選擇過程，才能成為成熟的、具有識別外來抗原的T細胞。位于皮質與髓質交界處的樹突狀細胞（dendritic cell,DC）和巨噬細胞表達高水平的MHCI類抗原和Ⅱ類抗原，自身抗原成分與DC或巨噬細胞表面MHCI類或Ⅱ類抗原形成復合物。經過陽性選擇后的胸腺細胞如能識別DC或巨噬細胞表面自身抗原與MHC抗原復合物，即發生自身耐受（selftolerance）而停止發育，而不發生結合的胸腺細胞才能繼續發育為CD4 CD8-或CD4-CD8 單陽性細胞，離開胸腺遷移到外周血液中去。
機體的某些自身抗原可通過以下幾種方式來躲避免疫系統的識別，從而在胚胎期和出生后避免應答：⑴以一種免疫學上特免位置隱蔽起來，包括免疫屏障（immunological barrier）和隱蔽抗原（inaccessible antigens）；⑵自身抗原暴露在不表達MHC分子的細胞表面；⑶自身抗原濃度過低，不足于被T細胞所識別；⑷自身抗原與TCR、分子結合的親合力（avidity）還達不到T細胞有效刺激的水平。
三、T細胞在胸腺中獲得MHC限制的能力
T細胞識別外來抗原時，需要運用自身MHC抗原分子，這種能力是T細胞在胸腺中通過與胸腺上皮細胞的接觸而獲得的。來自（H-2kxH-2b）F1小鼠的T細胞能夠識別KLH與H-2k或H-2b單體型抗原提呈細胞表面MHC抗原結合的復合物。如果來自（H-2kXH-2b）F1小鼠的骨髓細胞移植到切除自身胸腺（H-2bxkF1）移植有H-2k小鼠胸腺又進行照射的小鼠身上，從這種小鼠發育成熟的T細胞只能識別KLH與H-2k單體型APC細胞MHC結合的復合物，而不能識別KLH與H-2bAPC細胞MHC結合的復合物。
四、成熟T細胞的膜表面分子
T細胞表面有多種膜表面分子，這是T細胞識別抗原，與其它免疫細胞相互作用，接受信號刺激等的分子基因，也是鑒別和分離T細胞和T細胞亞群的重要依據。T細胞膜表面分子主要有白細胞分化抗原（CD）、主要組織兼容性抗原（MHC）以及各種膜表面的受體。
1.主要的分化抗原群 T細胞的分化抗原群和T細胞膜表面分子和受體的結構和功能參見第一章“人白細胞分化抗原”，有關T細胞膜表面分子和TCR介導的信號轉導參見第八章“淋巴細胞活化過程中信號轉導的分子基礎”。
⑴CD2分子：表達于全部人T細胞以及NK細胞表面。人T細胞表面的CD2分子即為綿羊紅細胞受體（erythrocytereceptorER），在一定的體外實驗條件下，綿羊紅細胞可與T細胞CD2分子結合，形成玫瑰花，稱E花環形成試驗（rosetteformationtest），為一種細胞免疫功能的檢測方法。用單克隆抗體研究證明CD2分子上存在著功能不同的表位：T111、T112和T113。T111為與綿羊紅細胞結合的表位，抗T111McAb可以E花環的形成。T111與一種稱為淋巴細胞功能相關抗原3（lymphocytefunctionassociatedantigen-3,LFA-3）結合，可能與早期胸腺細胞的增殖和分化有關，也參與細胞間相互識別和粘附作用。T112與綿羊紅細胞結合無關，表達在靜止T細胞上。T113是T細胞活化CD2分子構型變化暴露出來的表位。
⑵CD3分子：CD3分子表達在人全部T細胞上，是鑒定T細胞的重要標記。CD3分了是由γ、δ、ε和η等幾種多肽鏈組成，并與T細胞識別抗原受體形成TCR/CD3復合物。其中TCR特異性識別抗原，而TCR與抗原結合后所產生的活化信號是由CD3分子傳遞到T細胞內部。
⑶CD4分子：CD4分子分布在T細胞的輔助細胞誘導亞群和抑制細胞誘導亞群（helperinducer/suppressorinducer）表面，在T細胞亞群的鑒別中具有重要意義。CD4分子在胞膜外有4個結構域，其中第一結構域是人類免疫缺陷病毒（HⅣ）外殼蛋白gp120識別的部位，因此CD4分子是引起人類艾滋病HⅣ的受體。由于CD4陽性T細胞具有重要的免疫功能，HⅣ感染CD4陽性T細胞后細胞數量明顯減少，功能降低，是發生獲得性免疫缺陷綜合征（acquiredimmunodeficiencysyndromeAIDS）的主要原因。CD4分子可與抗原提呈細胞表面的MHCⅡ類抗原非多態部分相結合，協助Th細胞識別APC細胞表面外來抗原與MHCⅡ類抗原的復合物。
⑷CD8分子：由α、β兩條鏈組成，常用的CD8單克隆抗體如OKT8、Leu2等是識別CD8分子的α鏈。CD8分子分布在抑制性T淋巴細胞（suppressorTlymphocyteTs）和殺傷性T淋巴細胞（cytotoxicTlymphocyteCTL或Tc）表面，在鑒別T細胞亞群中有重量要作用。CD8分子可與MHcI類抗原非多態部分相結合。Tc殺傷病毒感染靶細胞時，Tc必須同時識別外來抗原（如病毒抗原）和靶細胞上MHcI類抗原的復合物。
⒉主要組織相容性復合體抗原（MHC） T細胞胞膜上表達的MHC抗原I類和Ⅱ類抗原，其中MHcI類抗原表達在所有發育階段的T細胞表面，靜止T細胞無MHcⅡ類抗原，但T細胞活化后即可表達。
⒊膜表面受體（sufacereceptor） T細胞表面具有多種受體，主要有以下幾類。
⑴T細胞受體（TcellreceptorTCR） 為T細胞特異性識別抗原的受體。成熟T細胞功能性的TCR大多由α和β兩條肽鏈所組成，稱為TCRαβ，少部分為TCRγδ。與免疫球蛋白輕鏈和重鏈的結構相類似，TCR的α和β鏈各有一個靠近N端和可變區（V區）和靠近胞膜的恒定區（C區）。由于α和β鏈是由V-J-C及V-D-J-C基因片段重排后所編碼的，因此不同的T細胞克隆TCR的氨基酸組成和排列不同，所識別抗原的特異性也不同，形成了T細胞識別抗原的多樣性。
⑵補體受體：已發現T細胞表面有CR1（CD35），但生物學功能尚不明了。
⑶病毒受體：CD4分子胞膜外第一個結構區是HⅣ包膜gp120的受體，因此HⅣ具有選擇性感染CD4陽性T細胞，導致獲得性免疫缺陷綜合征。此外，人類嗜T淋巴細胞逆轉錄病毒（humanTlymphotropicretrovirusHTLV）或稱人T細胞白血病毒（humanTcellleukemiavirusHTLV）主要感染人T細胞，與人類T細胞白血病發病有關。
⑷致有絲分裂原受體：致有絲分裂原（mitohen）是指能刺激細胞發生有絲分裂的物質。在免疫學中，主要是指刺激多克隆淋巴細胞增殖的物質。不同的致有絲分裂原對T細胞和B細胞有作用有很大差別。常用的誘導T細胞發生增殖的致有絲分裂原有刀豆素A（concanavalinAConA），植物血凝素（phytohemagglutininPHA）和PWM。在臨床上常用PHA來刺激人外周血的T細胞，觀察T細胞增殖的程度，稱為淋巴細胞轉化試驗（lymphocytetransformationtest），是一種細胞免疫功能的體外檢測方法。被轉化的淋巴細胞表現為細胞體積增大，胞漿增多，細胞核著色變淺，疏松，可見到核仁。外源凝集素（lectin）是指來自植物種子中可與某些糖和寡糖特異性結合的蛋白質，大多數外源凝集素分子含有2個或4個同源亞單位，可與細胞膜表面的糖或寡糖結合而凝集細胞。許多外源凝集素如PHA、ConA和PWM等可作為致有絲分裂原，在免疫學中廣泛用于刺激淋巴細胞的增殖。
⑸細胞因子受體（cytokinereceptor,CKP）：多種細胞因子可作用于T細胞，這是由于T細胞表面表達有多種細胞因子的受體，如白細胞介素-1受體（IL-1R）、IL-2R、IL-3R、IL-4R、IL-6R、IL-7R、IL-8R、IL-9R、IL-12R、IL-αR、G-CSFR和TGF-βR等。靜止和活化T細胞表面細胞因子受體的數目以及親和力可有很大差別，如靜止T細胞IL-2R表達β鏈，T細胞活化后可同時表達IL-2R的α鏈，并與β鏈、γ鏈組成與IL-2結合的高親和力受體。
T細胞表面還具有多種內分泌激素、神經遞質和神經肽等受體，如生長激素、雌激素、甲狀腺素、腎上腺皮質激素、腎上腺素，前列腺素E、胰島素等激素受體，內啡肽、腦啡肽、P物質等神經肽受體，5-羥色胺、多巴胺等神經遞質受體。免疫細胞表面的激素、神經肽和神經遞質受體是機體神經內分泌免疫網絡中的一個重要環節。