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隆尹
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1 第十四章抗原提呈细胞与抗原的处理及提呈早期研究发现, 在胸腺依赖性抗原诱导 B 淋巴细胞产生抗体的过程中, 不仅需要 T B 淋巴细胞的协同作用, 还需要另一类细胞的协助, 遂将该类细胞称为辅佐细胞 (accessory cells) 现已知辅佐细胞在机体的免疫应答过程中起着十分重要的作用, 能摄取加工处理抗原并将抗原信息提呈给 T 淋巴细胞, 故又称为抗原提呈细胞 (antigen-presenting cell, APC) 通常所说的抗原提呈细胞多指的是单核 / 巨噬细胞树突状细胞 (dendritic cells, DC) B 淋巴细胞等能表达 MHC Ⅱ 类分子的细胞, 即所谓的专职性的抗原提呈细胞 (professional APC) ( 表 14-1) 其它细胞如内皮细胞纤维母细胞各种上皮及间皮细胞等也具有一定的抗原提呈功能, 又称这类细胞为非专职性抗原提呈细胞表主要专职性抗原提呈细胞类型缩写体内分布吞噬作用 MHCⅡ 类分子 FCR C3R Birbeck 颗粒单核巨噬细胞 Mo/MΦ 全身组织器官树突状细胞 DC 并指树突状细胞 IDC 胸腺淋巴样组织胸腺依赖区郎格汉斯细胞 LC 皮肤表皮淋巴结副皮质区 B 淋巴细胞无外周血淋巴结第一节抗原提呈细胞的特点抗原提呈细胞之所以在机体的免疫应答过程中发挥着十分重要的作用, 与其本身的生物学特点有密切的关系, 不同抗原提呈细胞之间的功能特点也有一定的差异一树突状细胞树突状细胞 (DC) 是由美国学者 Steinman 于 1973 年发现的, 是目前所知的功能最强的抗原提呈细胞, 因其成熟时伸出许多树突样或伪足样突起而得名有别于其他抗原提呈细胞,DC 最大的特点是能够显著刺激初始 T 细胞 (naive T

2 cells) 增殖, 而 Mφ B 细胞仅能刺激已活化的或记忆性 T 细胞, 因此 DC 是机体适应性 T 细胞免疫应答的始动者, 在适应性 T 细胞免疫应答的诱导中具有独特的地位对 DC 的研究不仅有助于深刻了解机体免疫应答的调控机制, 而且可以通过人为调节 DC 的功能来调节机体的免疫应答, 对肿瘤移植排斥感染自身免疫性疾病的发生机制的认识和防治措施的制定具有重要意义 ( 一 ) 表面标志具有典型树突状形态膜表面高表达 MHC II 类分子能移行至淋巴器官和刺激初始 T 细胞活化, 使之增殖, 并具有一些相对特异性表面标志的一类细胞, 方能称之为 DC 由于尚没有鉴定出 DC 的特异性分子标志, 目前只能通过形态学组合性细胞表面标志在混合淋巴细胞反应 (MLR) 中能刺激初始 T 细胞增殖等三个方面加以综合判断当然, 也有数种 DC 相对特异性标志得到人们的公认和应用, 例如 33D1 和 NLDC145 是小鼠 DC 比较特异性的标志 ; 人 DC 的主要特征性标志为 CD1a CD11c 和 CD83 DC 能表达可特异性结合病原微生物的受体以及 FcR, 这些分子主要参与抗原的摄取 ;DC 还表达 MHC II 类分子辅助刺激分子 CD80 及 CD86 粘附分子 CD40 CD54 以及 β1 β2 整合素家族成员, 参与抗原的提呈此外,DC 还能分泌 IL-1 IL-6 IL-12 TNF-α IFN-α/β 等细胞因子及多种趋化性细胞因子, 参与机体的免疫调节 ( 二 ) 来源组织分布与分类根据来源, 可将 DC 分为髓系来源的 DC(myeloid DC) 及淋巴系来源的 DC (lymphoid DC) 两大类, 尽管这两大类 DC 均起源于体内的多能造血干细胞 ( 图 14-1), 但它们来源于各自的前体细胞且各有不同的功能特点, 其差别之一在于髓系 DC 前体 ( 与单核粒细胞有共同的祖细胞 ) 能分化发育成巨噬细胞, 而淋巴系 DC 前体 ( 与 T NK 细胞有共同前体细胞 ) 能分化为淋巴细胞大多数 DC 来源于骨髓, 由骨髓进入外周血, 再分布到全身各组织图 14-1 树突状细胞的来源 DC 广泛分布于脑以外的全身各脏器, 数量少, 仅占人外周血单个核细胞的 1% 以下, 占小鼠脾脏的 % 根据分布部位的不同, 可将 DC 大致分为 1 淋巴样组织中的 DC, 主要包括并指状 DC(interdigitating cell, IDC) 边缘区 DC 滤泡样 DC(follicular DC, FDC);2 非淋巴样组织中的 DC, 包括间质性 DC 郎格汉斯细胞 (Langerhans cell, LC) 等 ;3 体液中的 DC, 包括隐蔽细胞 (veiled cell) 和血液 DC 其中,IDC 位于淋巴组织 T 细胞区, 由 LC 移行至淋巴结而来,

3 高表达 MHC I 类分子和 II 类分子, 但缺乏 FcR 及补体受体, 主要发挥免疫激活作用 FDC 不表达 MHC II 类分子, 而高表达 FcR 和 C3bR, 可将抗原 - 抗体复合物和抗原 - 抗体 - 补体复合物滞留或浓缩于细胞表面, 由 B 细胞识别, 继而激发免疫应答和产生免疫记忆 LC 是位于表皮和胃肠道上皮部位的未成熟 DC, 高表达 FcR 补体受体 MHC I II 类分子, 胞浆内含有称为 Birbeck 颗粒的特征性细胞器, 可用于 LC 的鉴定 ;LC 具有较强的摄取和加工处理抗原的功能, 但其免疫激活能力较弱 ( 三 ) 分化发育成熟及迁移常用于研究的淋巴系 DC 为胸腺内 DC, 是 T 细胞阴性选择的主要承担细胞但目前对末梢淋巴样 DC 的分化发育过程所知甚少对于髓系 DC 的分化发育途径与过程已逐渐清楚正常情况下绝大多数体内 DC 处于非成熟状态 (immature), 表达低水平的辅助刺激分子和粘附分子, 体外激发 MLR 能力较弱, 但具有极强的抗原内吞和加工处理能力在摄取抗原或受到某些刺激 ( 主要是炎性信号如 LPS IL-1β TNF-α) 后, 可以分化成熟 (mature), 其 MHC 分子辅助刺激分子粘附分子的表达显著提高, 体外激发 MLR 能力很强, 但其抗原摄取加工能力显著降低 DC 在成熟过程中同时发生迁移 (migration), 由外周组织 ( 获取抗原信号 ) 通过淋巴管和 / 或血循环进入次级淋巴器官, 然后激发 T 细胞应答据此, 将髓系 DC 的分化发育分为四个阶段 : 前体阶段未成熟期迁移期成熟期, 各阶段 DC 有不同的功能特点 1 前体阶段目前从人胎肝脐血骨髓成人外周血以及小鼠的骨髓和外周血中均分离出髓系前体, 其功能在于产生各种髓系 DC 在体内, 这些前体的作用可能是维持非淋巴组织内 DC 的数量达到一定水平外周血单核细胞 (monocyte, Mo) 被认为是 Mφ 和 DC 的共同前体, 在体外能在某些细胞因子存在的条件下直接发育为 DC, 在体内它们有可能趋化至炎症反应部位, 并受到炎症刺激因素及某些细胞因子的影响, 而发育为 DC 或 Mφ 在急性炎症状态下,DC 前体均能迅速动员至非淋巴组织 2 未成熟期髓系 DC 在从前体发育为具有强免疫刺激功能的成熟 DC 的过程中, 需经过一个未成熟阶段, 此阶段 DC 的功能对于免疫应答来说十分重要未成熟 DC 主要存在于多种实体器官及非淋巴组织的上皮 ( 此处的 DC 即为 LC), 能表达一些膜受体如 FCγRⅡ 甘露糖受体( 人 DC) 或 DEC205 分子 ( 鼠 DC), 这些受体能介导 DC 摄取抗原 ; 未成熟 DC 也能通过吞饮和吞噬作用摄取抗原未成熟

4 DC 内含有一些重要的细胞器包括内体 MⅡC(MHC class II compartment) 和溶酶体等, 能合成 MHC Ⅱ 类分子此外, 未成熟 DC 还能分泌一些趋化性细胞因子和具有炎症介质作用的细胞因子, 如 LC 能产生 TNF-α IL-1 IL-6 IL-15 等因此, 未成熟 DC 具有摄取和加工处理抗原的功能, 但其刺激初始 T 细胞的能力很弱受炎症刺激因素的影响, 它们能从非淋巴组织进入次级淋巴组织并逐渐成熟 DC 在摄取抗原后, 也可自发成熟, 表现为 MHC 分子及粘附分子的表达上调, 迁移能力增强, 由外周逐渐向次级淋巴器官归巢, 与此同时, 其摄取处理完整蛋白抗原的能力下调, 在次级淋巴器官内,DC 完成其免疫激发功能 3 迁移期这类 DC 主要存在于输入淋巴管外周血肝脏血液及淋巴组织, 经过淋巴和血液循环, 从输入淋巴管进入淋巴结从外周血进入脾脏或从肝窦进入腹腔淋巴结, 从而启动 T 细胞产生免疫应答 4 成熟期 DC 成熟期 DC 主要存在于淋巴结脾脏及派氏结合淋巴结它们受趋化性细胞因子的作用归巢至 T 细胞区, 同时本身也分泌一些趋化性细胞因子, 从而保持与 T 细胞的接触成熟 DC 的细胞表型特征是除表达特异性抗原外, 还高表达 MHC I 类分子 MHC II 类分子 CD80 CD86 CD40 CD54 即细胞间黏附分子 (intercellular adhesion molecule-1, ICAM-1) 和热休克蛋白 (heat shock protein, HSP) 等免疫刺激分子,CD1a 和 CD83 也是人成熟 DC 的标志由于成熟 DC 表达高水平抗原肽 -MHC 分子复合物及高水平辅助刺激分子 CD80 CD86 及 CD40 等, 并能分泌 IL-12, 尤其是在 CD40 L 作用下能分泌 Th1 型细胞因子, 因而它们能有效地将抗原提呈给初始 T 细胞, 并使之激活, 活化 T 细胞后它们自身即出现凋亡 ( 四 ) 树突状细胞与免疫激活和免疫耐受 DC 对于 T B 细胞具有直接或间接的激活作用 DC 表达多种趋化性细胞因子, 具有趋化 T 细胞的作用 DC 可直接激活 T 细胞, 提呈于 DC 膜表面丰富的抗原肽 -MHC I 类分子复合物抗原肽 -MHC II 类分子复合物, 为相应的 CD8 + CD4 + T 细胞的结合提供了分子基础 DC 除了为 T 细胞提供抗原肽 -MHC 分子复合物这一抗原信号 ( 第一信号 ) 外, 还高表达 CD80 CD86 CD40 等辅助刺激分子, 为 T 细胞提供了充分的第二信号 DC 高表达 ICAM-1 等粘附分子, 更有助于与 T 细胞的进一步结合此外,DC 所分泌的 IL-12 对于初始 T 细胞是产生 Th1 型免疫应答的重要因素 DC 还能通过诱导 Ig 类别的转换通过释放某些可溶性因子等调节 B 细胞的增殖与分化

5 DC 还能诱导免疫耐受目前发现 DC 是在胸腺内对发育中 T 细胞进行阴性选择的最重要的细胞, 通过排除自身反应性 T 细胞克隆, 参与中枢免疫耐受的诱导血循环中的抗原, 在浓度很高的情况下, 可以到达胸腺, 由胸腺 DC 提呈 DC 亦可在外周参与外周致耐受作用应用 DC 的免疫激活作用和诱导免疫耐受的特点, 可将 DC 用于某些疾病的治疗, 如用病原体抗原在体外致敏 DC, 通过过继回输的方式激活免疫应答, 以治疗多种感染性疾病应用肿瘤抗原致敏的 DC 回输机体以治疗肿瘤等 ; 在移植免疫中, 供体的非成熟 DC 倾向于诱导免疫耐受, 而成熟 DC 倾向于引发免疫排斥因此, 若预先去除移植物中 DC 或用非成熟 DC 诱导同种免疫耐受, 均可延长同种移植物的存活时间 ;DC 在自身免疫性疾病和变态反应性疾病发生发展中起一定的促进作用, 阻断或降低 DC 的 APC 功能, 或用非成熟 DC 诱导特异性外周免疫耐受, 可以达到防治此类疾病的目的二单核 / 巨噬细胞在机体的免疫系统中, 巨噬细胞 (macrophage, Mφ) 由于其活跃的生物学功能尤其是其在免疫应答和机体防御机制中的重要作用, 而一直受到重视 Mφ 能表达数十种受体产生数十种酶, 并能分泌近百种生物活性产物, 因此 Mφ 是体内功能最为活跃的细胞之一早期研究中常将具有高吞噬力的吞噬细胞包括 Mφ 及低吞噬力的网状细胞统称为网状内皮细胞系统 (reticulo-endothelial system, RES), 并认为它们在体内承担着防御和清除代谢产物的功能 ; 现在的研究表明, 具有这种功能的细胞主要为单核细胞和巨噬细胞, 因而改称为单核吞噬细胞系统 (mononuclear phagocyte system, MPS) 单核细胞来源于骨髓中的前体细胞, 进入组织中分化为 Mφ 成熟机体主要由骨髓不断产生单核细胞, 进入血液, 存留数小时至数日后, 移行到全身各组织器官如神经器官内分泌器官肾脏肝脏脾脏及淋巴组织, 发育成熟为 Mφ 组织器官中静息的 Mφ 与趋化至炎症反应部位主要承担杀伤作用的 Mφ 相比, 能存活更长时间 ( 几天至几周不等 ) 炎症状态下,Mφ 与其它细胞一起 ( 尤其是中性粒细胞 ) 从骨髓及循环系统进入损伤部位 Mφ 功能的发挥与 Mφ 所表达的各种表面分子产生的酶或分泌产物有密切关系 Mφ 表达的数十种受体, 将 Mφ 与其周围环境联系起来, 而调节 Mφ 的各种活性, 如生长分化激活迁移粘附识别吞噬及分泌等, 它们表达于 Mφ 表面的特定部位, 介导 Mφ 内的信号转导或介导 Mφ 对颗粒状物质或细胞的摄取与加工处理因此它们在机体的防御炎症反应损伤修复等生理和病理过程中发挥着重要的作用 Mφ 还能产生多种胞内酶和胞外酶, 如各种溶酶体酶, 可销毁吞入细

6 胞内的异物, 溶菌酶能水解吞入细胞的革兰阴性菌 ; 髓过氧化物酶能杀灭细菌 Mφ 尤其是活化的 Mφ 还产生近百种生物活性产物, 包括多种细胞因子如 IL-1 IFN-α TNF-α IFN-γ TGF-β 等多种补体成分如 C1 C2 C3 C4 C5 B 因子 D 因子等多种凝血因子如凝血因子 IX X V VII 等, 此外还能产生反应性氧代谢中间产物和 NO 等这些分泌产物因 Mφ 所受刺激的不同而不同, 也与 Mφ 活化的程度和所处的活化阶段有密切关系 Mφ 上还表达丰富的 MHC I 类分子和 II 类分子, 这是 Mφ 处理和提呈抗原所不能缺少的免疫分子三 B 淋巴细胞已知 B 淋巴细胞在体液免疫应答中有重要的作用, 此外, 它们不仅能在体外将蛋白抗原有效地提呈给辅助性 T 淋巴细胞, 在体内也能发挥抗原提呈作用, 尤其是当抗原浓度较低时 B 淋巴细胞的抗原提呈功能主要与其表达的膜免疫球蛋白有关, 它能浓集抗原并使之内化 B 淋巴细胞的这一功能对于辅助性 T 细胞的活化, 向对 TD 抗原应答的 B 细胞提供, 以产生抗体, 具有极为重要的作用第二节抗原的处理和提呈 T 细胞受体 (TCR) 只能识别抗原分子中很小的片段, 抗原提呈细胞最重要的功能就是将抗原分子降解并加工处理成多肽片段, 以抗原肽 -MHC 复合物的形式, 表达于抗原提呈细胞的表面 ( 此过程统称为抗原处理 ), 在与 T 细胞接触的过程中, 被 T 细胞识别, 从而将抗原信息传递给 T 细胞 ( 此过程统称为抗原提呈 ) 如果体内有足够数量的辅助性 T 细胞 (Th) 获得这样的信息, 就会进一步活化 B 淋巴细胞, 而产生特异性体液免疫反应, 或活化其他 T 细胞, 而引起机体产生特异性细胞免疫反应绝大部分抗原需经过抗原提呈细胞的加工处理才能被 T 细胞识别, 不同抗原提呈细胞对于不同性质抗原的加工处理过程也有一定的差别一抗原的摄取抗原常根据来源分为两大类 ( 见图 14-2): 来源于细胞外的抗原称为外源性抗原 (exgenous antigen), 如被吞噬细胞吞噬的细菌细胞蛋白质抗原等, 需经过抗原提呈细胞摄取至细胞内才能被加工处理并以抗原肽 -MHC II 类复合物的方式提呈给 T 细胞未成熟 DC, 尤其是皮肤中的郎格汉斯细胞 (Langerhans cell, LC) 以及单核 / 巨噬细胞具有很强的摄取抗原的能力细胞内合成的抗原称为内源性抗原 (endogenous antigen), 如被病毒感染细胞合成的病毒蛋白和肿瘤细胞内合成的蛋白等, 内源性抗原在细胞内合成后直接被细胞加工处理并以抗原肽 -MHC I 类复合物的方式提呈给 CD8 + T 细胞

7 图 14-2 外源性抗原及内源性抗原的产生未成熟 DC 除了具有活跃的吞饮功能外, 也具有一些功能性受体, 介导颗粒性抗原的吞噬处理未成熟 DC 可通过三条途径摄取抗原, 第一条途径是通过巨吞饮作用吞入非常大量的液体, 每小时可达其细胞体积的一半第二条途径是受体介导的内吞作用 (receptor-mediated endocytosis), 受体介导的内吞具有高效性选择性及饱和性的特点, 借助细胞膜表面的受体, 可以有效地捕捉到浓度很低的相应抗原 DC 不表达特异性受体, 但表达 FcγRII 受体, 可有效捕捉抗原抗体复合物, 及表达甘露糖受体, 可摄取甘露糖化及岩藻糖化抗原受体介导内吞后,FcR 及 Ig 与抗原一起被降解, 而甘露糖受体可在内吞体的 ph 环境中释放出其配体, 并进入再循环过程, 从而通过少量受体可捕捉和浓集较多的抗原物质第三条途径是吞噬作用, 吞噬是细胞摄取大颗粒或微生物 (>0.5μm) 的一种内吞方式巨噬细胞具有很强的吞噬能力, 而 DC 仅在发育的某些特定阶段, 具有一定吞噬功能从皮肤中新鲜分离的 LC, 在体外可以摄入完整的细菌 0.5~3.5μm 的溶胶微粒, 但并不能象 Mφ 那样吞噬绵羊红细胞及胶体碳外周组织中的非成熟 DC 摄取抗原后迁移至淋巴器官, 在迁移过程中逐渐成熟, 表现为摄取抗原的能力下降, 而提呈功能却增强单核 - 巨噬细胞的细胞膜上存在的许多特异性的载体蛋白和通道, 使小分子或离子能有效地出入细胞单核 - 巨噬细胞摄入大分子和颗粒状或细胞性物质时, 主要通过胞吞作用 (endocytisis) 来完成所谓胞吞作用即指细胞膜接触大分子或颗粒状物质后, 将其包围, 形成小泡, 并吞入细胞内的过程, 又称内化 (internalization) 根据吞入物质的状态大小及特异性的不同而分为吞噬作用胞饮及受体介导的胞吞作用等三种方式吞噬 (phagocytosis) 是指细胞吞入较大的固体或分子复合物, 如细菌细胞碎片等物质的过程, 吞噬作用常常是某些组织细胞和血细胞 ( 如 Mφ 及多形核粒细胞 ) 的一种重要功能, 因此, 又称它们为吞噬细胞在吞噬的过程中, 被吞入细胞内的颗粒状及细胞性异物常被细胞膜包裹形成吞噬体与此相对应, 细胞吞入液态物质或极微小颗粒的过程为胞饮作用 (pinocytosis) 受体介导的胞吞作用是一种特异性很强的胞吞作用, 大分子物质首先被细胞膜上的特异受体识别并与之结合, 然后通过膜囊泡系统完成物质的传送, 这种作用常发生于细胞膜上的特殊区域 ( 称包被区 ), 在电镜下所见到的是细胞膜表面包被的一层锯齿状结构的物质, 这层物质由几种蛋白组成一些膜表面受体与衣被小区相连接, 另有一些只有在与相应配体结合后才聚集在衣被区在此过程中形成的囊泡称为衣被小体 (coated vesicle) 胞吞作用较胞饮作用速度快, 使细胞摄入大量分子而带入过多的细胞外液, 具有选择性浓缩作用, 即

8 使某种溶质分子在细胞外液中浓度很低, 也能被捕获摄入与胞吞作用相反, 细胞内一些由浆膜包裹的小体与细胞膜相融合, 再将其内容物吐出胞外的过程, 称为胞吐作用 (exocytosis), 细胞内的分子可以通过胞吐而分泌, 也可以储存于胞内的膜小体中, 等待胞吐信号而对其分泌进行调节 B 淋巴细胞通过两种方式摄取抗原, 即通过非特异的胞饮作用或通过其表面的抗原特异性受体 ( 即膜表面免疫球蛋白 ) 的介导, 后一作用是以其高亲合力受体使抗原浓集于 B 淋巴细胞表面后摄入胞内, 故在抗原浓度非常低的情况下也能有效提呈抗原二抗原的加工处理 T 细胞通常不能识别可溶性游离抗原, 只能识别细胞表面与 MHC 结合的抗原肽外源性抗原和内源性抗原都需经过不同途径的加工处理, 与 MHC 分子结合成复合体, 转移到细胞表面再提呈给 T 细胞 ( 图 14-3) 两类 MHC 分子可以看作是抗原肽的载体, 分别提呈外源性和内源性抗原根据参与的 MHC 分子不同, 将抗原在细胞内的加工处理分为 MHC I 类途径和 MHC II 类途径, 两条途径的差别见表 14-2 表 14-2 抗原处理的两条途径 MHC I 类途径 MHC II 类途径抗原的主要来源内源性抗原外源性抗原降解抗原的酶结构蛋白酶体溶酶体处理抗原的细胞所有有核细胞专职性抗原提呈细胞抗原与 MHC 分子结合部位内质网溶酶体及内体参与的 MHC 分子 MHC I 类分子 MHC II 类分子提呈对象 CD8 + T 细胞 ( 主要是 Tc) CD4 + T 细胞 ( 主要是 Th) 图 14-3 抗原加工处理基本模式 ( 一 ) MHC I 类途径对抗原的加工处理内源性抗原主要通过 MHC I 类途径加工处理, 其具体过程还不完全清楚由

9 于所有有核细胞 ( 也包括前述的专职性抗原提呈细胞 ) 均表达 MHC I 类分子, 因此, 所有有核细胞均具有通过 MHC I 类途径加工处理抗原的能力完整的抗原必须首先在胞浆中降解成多肽, 已知细胞内蛋白酶体 (proteasome) 在内源性抗原的降解中发挥着重要的作用蛋白酶体, 又称低分子量多肽或巨大多功能蛋白酶 (low molecular weight polypeptide or large mutifunctional protease,lmp), 是 MHC 内蛋白酶体相关基因 (LMP2, LMP7) 编码的产物蛋白酶体以 20S 和 26S 两种形式普遍存在于各种生物体胞内, 主要负责将溶酶体外的蛋白降解为多肽抗原在胞浆经蛋白酶体降解形成多肽后, 首先转移至内质网 (ER) 腔内与新组装的 MHC I 类分子结合现已明确两个同源基因参与了该过程, 它们编码的抗原加工相关转运体或抗原肽装运体 (transporter associated with antigen processing or transporter of antigenic peptides,tap) 是一种异二聚体 (TAP1/2),TAP1 和 TAP2 各跨越内质网膜 6 次共同形成一个孔样结构, 依赖 ATP 对多肽进行主动转运 TAP1 和 TAP2 属于 ABC(ATP binding cassete) 转运器家族, 用光激活肽交联物研究发现, 多肽是通过与 TAP1 和 TAP2 构成的结合域结合后才转运的只要有微量 TAP 存在即可完成对多肽的转运一个细胞每分钟大约能转运个多肽, 足够与 MHC I 类分子结合 TAP 对长度为 8-13 个氨基酸的多肽的亲和力最高, 该长度与 MHC I 类分子结合的多肽长度相近, 但它也能转运较长和较短的多肽, 只是亲和力较低, 最多能转运几个氨基酸尚未确定 ; TAP 对多肽的特异性要求并不严格, 但通常不转运在 2 位和 3 位上含有脯氨酸残基的多肽, 然而这类多肽可被 MHC I 类分子提呈, 这可能是由于此类多肽较长而在 ER 内被进一步修剪成可运转的多肽小鼠 TAP 由 Cimb 等位基因编码, 主要转运羧基端为疏水性氨基酸或芳香族氨基酸的多肽 ; 大鼠和人类 TAP 由 Cima 等位基因编码, 对底物多肽无明显的选择性, 然而人类 MHC I 类分子通常利用疏水性氨基酸芳香族氨基酸作为锚定氨基酸与多肽结合在内质网中, 结合了抗原肽的 MHC I 类分子再经高尔基体转运到细胞膜上 ( 二 ) MHC II 类途径对抗原的加工处理外源性蛋白抗原进入体内后首先与抗原提呈细胞结合, 数分钟后被内吞, 然后运送到胞浆内的一种膜性细胞器内体 (endosome) 中, 内体精确的超微结构及生化特征尚不清楚, 进入内体的蛋白质在酸性环境中被附着于内体膜上的蛋白酶水解为多肽片段, 并随内质体转运至溶酶体, 溶酶体的超微结构及内含的酶类已了解得较清楚溶酶体及内体是抗原提呈细胞加工处理抗原的主要场所蛋白抗原经加工处理后降解为多肽, 多数为含有 10~30 个氨基酸残基的短肽, 其

10 中仅有小部分与 MHC II 类分子结合的多肽具有免疫原性哺乳动物的细胞不能将多糖和脂类加工处理成为能与 MHC 分子结合的分子, 因而它们不能被 MHC 限制的 T 淋巴细胞识别且不能诱发细胞介导的免疫应答然而, 糖脂类抗原可与表达于抗原提呈细胞表面的 CD1 分子结合, 活化 αβτ 细胞典型的糖脂类抗原为分枝杆菌胞壁成份, 如分枝菌酸, 及磷酸肌醇等等, 这类抗原在内体内与 CD1 分子结合, 再行提呈在内质网中新合成的 MHCⅡ 类分子是与一种称为恒定链 (invariant chain, Ii) 的辅助分子连接在一起形成 (αβii) 3 九聚体 Ii 的主要功能是 :1 促进 MHC Ⅱ 类分子二聚体的形成, 包括组装和折叠 ; 2 促进 MHCⅡ 类分子二聚体在细胞内的转运, 尤其是从内质网向高尔基体的转运 ; 3 阻止 MHC Ⅱ 类分子在内质网内与某些内源性多肽结合 MHC II 类分子在与抗原肽结合前由内质网转移到内质体腔, 形成富含 MHC II 类分子的 MIIC, 在腔内 Ii 被降解, 但在 MHC II 类分子的抗原肽结合沟槽内留有一小片段, 即 II 类分子相关的恒定链多肽 (class II-associated invariant chain peptide, CLIP), 再由 HLA-DM 分子辅助, 使 CLIP 与抗原肽结合沟槽解离, MHC II 类分子才能与抗原多肽结合, 形成稳定的抗原肽 -MHC Ⅱ 类分子复合物, 然后转运至细胞膜部分外源性抗原也可不通过 Ii 依赖性途径而与 MHCⅡ 类分子结合, 而是直接与胞膜表面的空载 MHCⅡ 类分子结合后, 被吞噬进入细胞内, 在内体中抗原被降解为多肽, 随后与再循环至胞内的空载的成熟 MHCⅡ 类分子结合, 形成稳定的抗原肽 -MHCⅡ 类分子复合物, 转运至细胞膜三抗原的提呈天然的变性的化学修饰的抗原, 均可能被抗原提呈细胞加工或酶解处理后转变为抗原肽而提呈给 T 细胞 CD4 + T 辅助细胞识别抗原提呈细胞上与 MHC Ⅱ 类分子结合的某种多肽, 而 CD8 + 细胞毒性 T 细胞识别靶细胞表面 MHC I 类分子结合的抗原肽复合体因此抗原提呈是指转移至细胞表面的抗原肽与 MHC 分子结合的复合体被提呈给 T 淋巴细胞, 并与其表面的 TCR 结合为 TCR- 抗原肽 -MHC 三元体, 从而活化 T 细胞的全过程但并非所有肽段均能与 MHC 分子结合, 即使已经形成抗原肽 -MHC 复合体, 某些个体的 T 细胞库中也不一定存在能表达识别此复合体受体的 T 淋巴细胞 ( 一 ) 抗原提呈的基本过程表达抗原肽 -MHC 复合体的细胞与相应的 T 细胞接触后,T 细胞表面的 TCR 同时识别 MHC 和结合于 MHC 分子沟槽里的抗原肽, 并传递抗原信息而导致 T 细胞的活化, 多种分子参与了此过程细胞表面的黏附分子 ( 如 ICAM-1 ICAM-3 等 )

11 及其配体 (LFA-1 等 ) 介导了细胞之间的接触, 若缺乏黏附分子及其配体的作用, 表达抗原肽 -MHC 复合体的细胞和 T 细胞之间就会很快解离表达抗原肽 -MHC 复合体的细胞和 T 细胞通过黏附分子及其配体结合后, 必须同时接受抗原信息和协同刺激信号才能有效活化和增殖, 提供协同刺激信号的分子也称为共刺激分子 ( 如 B7.1 B7.2 等 ) 如果仅仅获得抗原信息, 而缺乏协同刺激信号,T 细胞不能有效活化或发生失能 T 细胞的两个重要亚群 Th 和 Tc 分别表达 CD4 分子和 CD8 分子, 这两种分子在 TCR- 抗原肽 -MHC 三元体形成过程中也发挥着重要作用,CD4 及 CD8 分子是 TCR 与 MHC 分子结合的辅助受体, 其中,CD4 分子与 MHC II 类分子结合,CD8 分子与 MHC I 类分子结合, 从而增加了 T 细胞与相关分子结合的敏感性和牢固性 TCR 和其辅助受体被触发后的 T 细胞高表达一些细胞因子及其受体, 其中最重要的是 IL-2 和 IL-2R, IL-2 和 IL-2R 通过自分泌或旁分泌作用结合后, 促进了 T 细胞的分裂缺乏协同刺激信号的 T 细胞产生的 IL-2 水平非常低,T 细胞不能有效增殖, 甚至会产生耐受无论抗原通过 MHC I 类途径还是 MHC II 类途径加工处理, 其提呈过程均可分为四个阶段 : 细胞间的黏附抗原特异性活化协同刺激作用细胞因子信号的参与 ( 二 )MHC 分子对抗原的交叉提呈现象现已证实,MHC 分子对抗原的提呈存在交叉提呈现象, 即 MHC I 类分子也能提呈外源性抗原, 而内源性抗原也能通过 MHC II 类途径加以提呈, 目前认为这种交叉提呈并不是抗原提呈的主要方式小结在机体免疫反应过程中, 最重要的 APC 是 DC Mφ B 细胞 Mφ 是体内功能最为活跃的细胞之一, 在机体的防御体系及提呈来源于细菌等感染性微生物的抗原中发挥了重要作用 DC 是机体内功能最强和最重要的 APC, 是机体免疫反应的始动者, 能够显著刺激处女型或初始型 T 细胞增殖, 而 Mφ B 细胞仅能刺激已活化的或记忆性 T 细胞非成熟 DC 在摄取抗原后迁移至淋巴器官, 在迁移过程中逐渐成熟, 摄取抗原的能力下降, 而抗原提呈功能增强外源性抗原被摄取后主要通过 MHC II 类途径加工处理和提呈, 内源性抗原主要通过 MHC I 类途径加工处理和提呈, 但也存在交叉提呈现象

12 思考题 : 1. DC Mφ 及 B 细胞摄取抗原过程的主要异同点是什么? 2. 抗原是如何通过 MHC I II 类途径被加工处理和提呈的? 参考文献 1. Tristram G.Parslow,,Daniel P. Stites, Abba L.Terr, John B. Imboden. Medical Immunology. 10 th ed. New York:McGraw-Hill, William E. Paul. Fundamental Immunology, 4th ed. Philadelphia: Lippincott-Raven Publishers,, Roitt Ivan, Jonthan Brostoff, David Male. Immunology. 5th ed. London: Mosby International Ltd,, 2001 ( 曹雪涛 )

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