免疫学第十章抗原递呈细胞及抗原

1、授课时间：授课时间： 两个学时两个学时 目的与要求：目的与要求： 1掌握抗原提呈细胞概念、种类（巨噬细胞，树突状细胞，细胞掌握抗原提呈细胞概念、种类（巨噬细胞，树突状细胞，细胞及靶细胞）和特点。及靶细胞）和特点。 2掌握掌握MHC I和和MHC II类抗原提呈途径和过程。类抗原提呈途径和过程。 重点：重点： 1.基本概念基本概念 2.树突状细胞树突状细胞 3.胞质溶胶（胞质溶胶（MHC-I类分子途径）类分子途径） 4.溶酶体途径（溶酶体途径（MHC- II 类分子途径）类分子途径） 难点：难点： 1.胞质溶胶（胞质溶胶（MHC-I类分子途径）类分子途径） 2.溶酶体途径（溶酶体途径（MHC-

2、II 类分子途径）类分子途径） 1抗原递呈细胞抗原递呈细胞(antigen presenting cell, APC) 能摄取、加工处理抗原，并将抗原递呈给能摄取、加工处理抗原，并将抗原递呈给T淋巴淋巴细胞的一类免疫细胞，在机体免疫应答中发挥重细胞的一类免疫细胞，在机体免疫应答中发挥重要作用，也称辅佐细胞（要作用，也称辅佐细胞（accessory cell，亦成，亦成称称A细胞）。细胞）。 专职专职APC(professional APC)能组成性表能组成性表达达MHC-II类分子和类分子和T细胞活化的共刺激分子，抗细胞活化的共刺激分子，抗原递呈能力强，包括巨噬细胞原递呈能力强，包括巨噬细胞(

3、M)、树突状细胞、树突状细胞(dendritic cell,DC)和和B细胞等。细胞等。 非专职性非专职性APC(non-professional APC)诱导性表达诱导性表达MHC-II类分子，抗原递呈能力类分子，抗原递呈能力弱，包括内皮细胞、成纤维细胞、上皮细弱，包括内皮细胞、成纤维细胞、上皮细胞等。胞等。 抗原递呈（抗原递呈（antigen presentation）抗原递呈细胞将抗原加工处理、降解为抗抗原递呈细胞将抗原加工处理、降解为抗原肽片段并与胞内原肽片段并与胞内MHC分子结合，以抗原分子结合，以抗原肽肽/MHC分子复合物的形式递呈给分子复合物的形式递呈给T细胞识细胞识别的过程。别

4、的过程。 二、抗原递呈细胞二、抗原递呈细胞 （一）树突状细胞（一）树突状细胞(dendentic cell,DC) 来源、分化及种类来源、分化及种类 （）来源：主要由骨髓中干细胞（）来源：主要由骨髓中干细胞分化而来，其中大部分由髓系干分化而来，其中大部分由髓系干细胞分化而来的细胞分化而来的DC，称为髓样，称为髓样DC（MDC）；部分由淋巴样干）；部分由淋巴样干细胞分化而来的细胞分化而来的DC，称为淋巴样，称为淋巴样DC（LDC） （）分化（）分化 * 组织中未成熟组织中未成熟DC的特征：的特征： 具有强吞噬和具有强吞噬和吞饮作用，处理抗原能力强，低水平表达吞饮作用，处理抗原能力强，低水平表达的

5、的MHC分子，缺乏共刺激分子，递呈抗原分子，缺乏共刺激分子，递呈抗原能力弱。能力弱。 * 淋巴组织中成熟淋巴组织中成熟DC的特征：不再有吞噬的特征：不再有吞噬能力，表达共刺激分子能力，表达共刺激分子(B7-1,B7-2)，高表，高表达达MHC和黏附分子，抗原递呈能力强。和黏附分子，抗原递呈能力强。 （）分类（）分类 * 朗格汉斯细胞（朗格汉斯细胞（Langerhans cell，LC）: 分布于表皮分布于表皮和上皮和上皮DC。 * 间质性间质性DC（interstitial DC）: 分布于心肺肾肝胃间质。分布于心肺肾肝胃间质。 * 外周血外周血DC（peripheral blood DC）：

6、分布于血浆中。）：分布于血浆中。 * 隐弊细胞（隐弊细胞（veiled cell）：分布于输入淋巴管和淋巴液。）：分布于输入淋巴管和淋巴液。 * 并指状并指状DC（interdigitating DC，IDC）：分布于外周淋）：分布于外周淋巴组织胸腺依赖区。巴组织胸腺依赖区。 * 胸腺胸腺DC（thymic DC，TDC）：分布于胸腺髓质。）：分布于胸腺髓质。 * 滤泡滤泡DC（follicular DC，FDC)：分布于淋巴滤泡。：分布于淋巴滤泡。 生物学功能生物学功能 （）抗原递呈功能：主要以吞饮和受体（）抗原递呈功能：主要以吞饮和受体（FcR、C3bR和甘露糖受体等）介导的胞吞作用摄取抗

7、和甘露糖受体等）介导的胞吞作用摄取抗原，其吞噬作用较弱。此外，原，其吞噬作用较弱。此外，FDC通过通过FcR和和C3bR捕获并滞留抗原于细胞表面。捕获并滞留抗原于细胞表面。 （）免疫调节（）免疫调节 * 激活初始激活初始T细胞，启动免疫应答细胞，启动免疫应答 * 分泌细胞因子，调节免疫细胞分化发育分泌细胞因子，调节免疫细胞分化发育 * 分泌趋化性细胞因子，趋化分泌趋化性细胞因子，趋化T/B细胞细胞 * 利用未成熟利用未成熟DC诱导免疫耐受诱导免疫耐受 （二）单核吞噬细胞系统生物学特征（二）单核吞噬细胞系统生物学特征(mononuclear phagocyte system, MPS) 来源及组

8、织分布：来源及组织分布： 骨髓造血干细胞骨髓造血干细胞髓样干细胞髓样干细胞单核母细单核母细胞胞前单核细胞前单核细胞单核细胞单核细胞组织中的各组织中的各种巨噬细胞种巨噬细胞 肺吞噬细胞吞噬大肠杆菌 生物学特征生物学特征 （）表面标志（）表面标志 MHC-I/II类抗原、粘附分子（类抗原、粘附分子（LFA-1,ICAM-1）、）、共刺激分子共刺激分子(B7,CD40)、FcR、补体受体、补体受体(CR1、CR3、CR4等等)、LPS受体受体(CD14)和和CKR等。等。 （）分泌功能：（）分泌功能： * 产生溶酶体酶、髓过氧化物酶、活性氧等产生溶酶体酶、髓过氧化物酶、活性氧等 * 分泌细胞因子、补

9、体、凝血因子等分泌细胞因子、补体、凝血因子等 * 产生前列腺素、白三烯、产生前列腺素、白三烯、ACTH、内啡肽、内啡肽 MPS的主要生物学功能吞噬消化作用：的主要生物学功能吞噬消化作用： 吞噬、胞饮和受体介导（吞噬、胞饮和受体介导（FcR、C3bR、PRR和和TLR等）的胞吞作用捕获病原体，通过氧依赖和等）的胞吞作用捕获病原体，通过氧依赖和非依赖机制杀伤、消化病原体；非依赖机制杀伤、消化病原体； （）抗肿瘤作用：通过直接杀伤作用、（）抗肿瘤作用：通过直接杀伤作用、ADCC作用和激发抗瘤免疫；作用和激发抗瘤免疫； （）参与免疫应答：（）参与免疫应答： * 加工和递呈抗原，提供第二活化信号；加工和

10、递呈抗原，提供第二活化信号； * 参与参与Th1细胞介导的细胞免疫的效应阶段。细胞介导的细胞免疫的效应阶段。 （）参与免疫调节（）参与免疫调节: * 产生产生IL-1/12，TNF-a等细胞因子促进免疫等细胞因子促进免疫应答应答 * 产生前列腺素、产生前列腺素、TGF- 等细胞因子抑制免等细胞因子抑制免疫应答疫应答 （）介导炎症反应（）介导炎症反应: * 吞噬杀伤病原体的同时，产生溶酶体损伤吞噬杀伤病原体的同时，产生溶酶体损伤周围组织。分泌各种炎症介质周围组织。分泌各种炎症介质 B淋巴细胞淋巴细胞 B细胞是再次免疫应答过程中的最重要的细胞是再次免疫应答过程中的最重要的APC，主要通过，主要通过

11、BCR途径和非特异性胞饮途径和非特异性胞饮摄取抗原。摄取抗原。 （一）概念（一）概念 抗原处理（抗原处理（antigen processing）指）指APC细胞将胞浆内自身产生或摄入胞内的抗原消化降细胞将胞浆内自身产生或摄入胞内的抗原消化降解成一定大小的抗原肽片段，以适合与胞内解成一定大小的抗原肽片段，以适合与胞内MHC分子结合的过程。分子结合的过程。 外源性抗原外源性抗原(exogenous antigen)：来源于：来源于APC外的抗原，通过溶酶体途径由外的抗原，通过溶酶体途径由MHCII类分子类分子递呈给递呈给CD4T细胞。细胞。 内源性抗原内源性抗原(endogenous antige

12、n)：细胞内：细胞内合成的抗原，通过胞质溶胶途径由合成的抗原，通过胞质溶胶途径由MHCI类分子递类分子递呈给呈给CD8T细胞。细胞。 （二）胞质溶胶（二）胞质溶胶（MHC-I类分子途径）类分子途径） 内源性抗原被胞质溶胶中蛋白酶体降解为内源性抗原被胞质溶胶中蛋白酶体降解为小分子抗原肽后，与小分子抗原肽后，与MHC-I类分子结合，类分子结合，形成抗原肽形成抗原肽/MHC-I类分子复合物，供类分子复合物，供CD8+T细胞识别的过程。如病毒抗原、肿细胞识别的过程。如病毒抗原、肿瘤抗原，组织抗原等主要经此途径递呈。瘤抗原，组织抗原等主要经此途径递呈。其具体过程如下：其具体过程如下： 蛋白酶体：一种存在

13、于大多数细胞内的大分子多重蛋白酶复合体 蛋白酶体将胞内蛋白质降解，在LMP2和LMP7的作用下产生6-10个氨基酸残基的肽。在蛋白酶体中的降解在蛋白酶体中的降解蛋白酶体包括 MECL-1, LMP2, LMP7等酵母酵母20s蛋白酶体的晶体结构蛋白酶体的晶体结构ViewEnd on 由TAP选择性的将8-15个氨基酸残基的肽转运到内质网。 TAP分子位于内质网膜上，其跨膜段在内质网膜上环绕形成跨膜孔道。内质网CYTOSOL抗原肽需要转运给新合成的抗原肽需要转运给新合成的MHC I分子分子新合成的MHC I分子在装配到MHCI分子前抗原肽必须穿过内质网膜ER membraneLumen of E

14、RCytosolTAP1 、2参与了抗原肽的转运参与了抗原肽的转运TAP-1TAP-2PeptideTAP-1TAP-2PeptideTAP-1TAP-2PeptideTAP-1TAP-2PeptideTAP-1TAP-2PeptideTAP-1TAP-2PeptideTAP-1TAP-2PeptideTAP-1TAP-2PeptideTAP-1TAP-2PeptideTAP-1TAP-2Peptide内质网膜内质网基质胞质TAP-1TAP-2肽段ATP结合结构域(ABC)来自蛋白酶体的肽段 在内质网中进行 在钙联蛋白、钙网蛋白的协助下折叠形成/2m二聚体，通过TAP1相关蛋白的作用结合于内质

15、网孔道的内侧口，并与内源性抗原肽结合。2-M链与链结合，钙联蛋白脱离TAP-1TAP-2PeptideTAP-1TAP-2PeptideTAP-1TAP-2PeptideTAP-1TAP-2PeptideTAP-1TAP-2PeptideTAP-1TAP-2PeptideTAP-1TAP-2PeptideTAP-1TAP-2PeptideTAP-1TAP-2PeptideTAP-1TAP-2PeptideTAP-1TAP-2Peptide钙网蛋白, TAP 1 & 2 与MHC形成复合体胞质中的抗原肽被装入MHC分子MHC I分子的成熟与荷肽分子的成熟与荷肽钙联蛋白与I类分子链结合 结

16、合了肽的I类分子在高尔基体中与TAP1相关蛋白解离，通过外吐空泡运送到细胞表面，供CD8+T细胞识别。Fate of MHC class ISent to lysosomes for degradation 内源性抗原（如病毒抗原、肿瘤抗原）内源性抗原（如病毒抗原、肿瘤抗原） 胞质胞质被蛋白酶体酶解被蛋白酶体酶解 抗原肽（含抗原肽（含8-13个个AA） 经经TAP转运至内质网转运至内质网 形成抗原肽形成抗原肽/MHC-I类分子复合物类分子复合物 转运至转运至APC表面表面 递呈给递呈给CD8+T细胞识别细胞识别 （三）溶酶体途径（三）溶酶体途径（MHC- II 类分子途径）类分子途径） 外源性

17、抗原被外源性抗原被APC摄取、加工、处理为抗摄取、加工、处理为抗原肽，与原肽，与MHC-II类分子形成抗原肽类分子形成抗原肽/MHC-II类分子复合物，表达于类分子复合物，表达于APC表面，供表面，供CD4+T细胞识别的过程，称为溶酶体途径。细胞识别的过程，称为溶酶体途径。其具体过程如下：其具体过程如下： MHC类途径。 分为抗原的摄取、加工、 MHC类分子的合成与转运、MHC类分子荷肽、递呈几个阶段。 通过胞吞作用，外源性抗原由细胞外进入细胞内，形成内体。 内体：胞吞的抗原被质膜包围形成的空泡，是外源性抗原加工的场所。 内体成熟后与溶酶体融合。YYPinocytosisPhagocytosi

18、s膜Ig受体介导摄取Y外源抗原的摄取外源抗原的摄取Complement receptormediated phagocytosis补体受体介导的吞噬作用YFc receptor mediated phagocytosisFc受体介导的吞噬作用摄取作用介导外源抗源进入细胞内形成内体，以便加工吞噬作用 胞饮作用 1005075250% of max.T cellresponse10-110-210-3Antigen gml-1Receptor-mediatedantigen uptakeNon-receptor-mediated uptakeReceptor-mediated uptake enh

19、ances theefficiency of the T cell response 外源性抗原在内体的酸性环境和蛋白酶的作用下被降解成适于与MHC类分子结合的肽。Proteases produce 24 amino acid long peptides from antigensDrugs that raise the pH of endosomes inhibit antigen processingEndosomesExogenous pathwayIncreasein acidityCell surfaceTo lysosomesUptakeProtein antigensIn end

20、osomeCathepsin B, D and L proteases are activated by the decrease in pH组织蛋白酶 Activation of Cathepsin B at low pHAt higher pH cathepsin B exists in a pro-enzyme formAcidification of the endosome alters the conformation of the proenzyme to allow cleavage of the pro-regionLoss of the pro-region exposes

21、 the catalytic site of the proteaseHence: drugs that alter acidification of the endosomes disturb exogenous antigen processing 在粗面内质网合成，/二聚体与Ii链结合。 Ii链：Ia-associated invariant chain, Ii链 CLIP：Ii链中81-104位氨基酸残基的特殊肽段结构，能与所有MHC类分子的抗原结合槽以不同亲和力结合，称为类分子结合的不变肽链（class II associated invariant peptide, CLIP) 帮

22、助II类分子折叠和装配 阻止II类分子与ER中新合成的肽或内源性抗原肽结合 引导II类分子进入内体Need to prevent newly synthesised, unfolded self proteins from binding to immature MHC Invariant chain stabilises MHC class II by non- covalently binding to the immature MHC class II molecule and forming a nonomeric complexIn the endoplasmic reticulum

23、-内质网MHC class II maturation and invariant chain成熟与不变链成熟与不变链Invariant chain structureThree extended peptides each bind into the grooves of three MHC class II molecules to form the nonomeric complexA peptide of the invariant chain blocks the MHC molecule binding site.This peptide is called the CLass I

24、I associated Invariant chain Peptide (CLIP) Invariant chain CLIP peptide and chains of MHC class II moleculesCLIP 荷肽：MHC分子与抗原肽结合的过程， 在M C和C V中进行。是富含外源性抗原肽和HLA-DM分子的内体。 （1）蛋白水解酶降解Ii链，CLIP与II类分子结合。 （2）HLA-DM分子与HLAII-CLIP复合物结合。 （3）CLIP脱离抗原结合槽，抗原结合槽处于开放状态。 （4）具有合适锚定基的高亲和力外源性抗原肽进入抗原结合槽，HLA-DM解离。Endosomes

25、Cell surfaceUptakeClass II associated invariant chain peptide (CLIP)(inv)3 complexesdirected towardsendosomes byinvariant chainCathepsin L degrades Invariant chainCLIP blocks groove in MHC moleculeMHC Class IIcontaining vesiclesfuse with antigencontaining vesiclesRemoval of CLIP?How can the peptide

26、stably bind to a floppy binding site?Competition between large number of peptides 通过胞吐作用，空泡膜与细胞膜融合，外源性抗原肽-II类分子表达于APC表面，供CD4+T细胞识别。HLA-DM catalyses the removal of CLIPMIIC compartmentHLA-DMReplaces CLIP with a peptide antigen using a catalytic mechanism (i.e. efficient at sub-stoichiometric levels)Disc