《医学免疫学教学课件》07apca

1、Lecture 7,Antigen presenting cell and Antigen presentation （抗原提呈细胞与抗原提呈）,第十一章 其他免疫细胞 第十二章第三节 抗原提呈,Outlines,Antigen presenting cells(APC) Concepts and classification Dendritic cells(DC) Mononuclear phagocyte system (innate immunity) B lymphocytes (lymphocyte) Antigen presentation(AP),第一节Antigen Prese

2、nting Cell, APC(抗原提呈细胞),能摄取、加工处理抗原，并将抗原以抗原肽-MHC分子复合物的形式提呈给T淋巴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（accessory cell）。,抗原提呈细胞 (antigen presenting cell, APC),APCs: antigen presenting cells,Professional APCs: They can capture and process antigens, express MHCI and MHCII molecules and co-stimulatory molecules.,

3、Non-professional APCs: They can be induced to express class II MHC molecules or co-stimulatory molecules, such as endothelial cells, epithelial cells, and fibroblasts.,广义上讲：体内的有核细胞均表达MHC类分子，能将内源性蛋白抗原降解、处理为多肽片断，以抗原肽-MHC类分子复合物的形式表达于细胞表面，提呈给CD8+T细胞，辅助其活化后分化为CTL（cytotoxic T lymphocyte）。因此所有能表达MHC类分子的细胞均

4、可成为APC。,Professional APC,DC由加拿大学者 Steinman于1973年 首次在小鼠淋巴结中 发现，因其在成熟时 伸出许多树突状或伪足状突起而得名，是迄今所知的以抗原提呈为主要功能，且提呈能力最强大的抗原提呈细胞，主要活化初始T细胞。(Steinman获2011年诺贝尔医学奖),简 介,一 树突状细胞 (dendritic cell，DC),（一）DC的来源、分布与表面标志 （二）DC的分化、发育与迁移 （三）DC的功能,主要内容,1. 来源,（一）DC的来源、分布与表面标志,2 . DC的分布与分类,按照谱系来源分类,*髓样树突状细胞（myeloid dendriti

5、c cell，MDC） *淋巴样树突状细胞（lymphoid-derived dendritic cell，LDC）,2 . DC的分布与分类,*未成熟DC (Immature DC): 广泛分布于机体内，如上皮下及多数组织器官, 例如心脏、肾脏，但大脑除外。,*成熟DC (Mature DC): 淋巴组织。,按照细胞的成熟状态分类,按照分布分类,1）淋巴样组织中的DC（成熟DC ） 并指状DC (interdigitating DC，IDC)： 外周淋巴组织 胸腺依赖区 滤泡样DC (follicular DC，FDC)、淋巴滤泡 胸腺DC (thymic DC，TDC ) ：胸腺髓质 2）

6、非淋巴样组织中的DC（未成熟DC） 郎罕细胞（Langerhans cell）: 表皮和上皮 间质性DC （interstitial DC）: 心肺肾肝胃间质 3）体液中的DC 隐蔽DC (veiled cell)：输入淋巴管和淋巴液 血液DC （peripheral blood DC）：外周血,3. DC的表面标志,与淋巴细胞不同的是，DC尚未发现特征性的表面标志。对DC的鉴定除了在细胞形态上加以区别外，常用细胞表面标志组合等进行鉴别。 常见的DC表面标志有MHCI、MHC、CD1a、CD11、ICAM-1、CD58、CD40、CD44、CD83、CD80、CD86、整合素（1、2）、DC-

7、SIGN、FcR、C3bR及各种趋化因子受体等。 DC的表面标志具有很大的差异性，并随细胞分化发育程度的变化而变化，其详细的分化发育调控机制还鲜为人知。,（二）DC的分化、发育与迁移,目前对于髓系DC的分化发育过程已基本清楚。一般来说将DC的发育分为四个阶段：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。,未成熟DC是体内DC的主要存在状态 ，其高表达FcR、补体受体、Toll样受体、甘露糖受体等。未成熟DC主要以吞噬 、胞饮和受体介导的内吞的方式摄取抗原 ，其主要功能以摄取和加工处理抗原为主 。,迁移期DC主要存在于输入淋巴管、外周血、肝血液及淋巴组织，经过淋巴和血液循环，

8、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。未成熟DC在迁移过程中逐渐成熟。 成熟DC具有典型的树突状形态，主要存在于淋巴结、脾及派氏结的T细胞区，其捕获和处理抗原的能力逐渐降低，提呈抗原的能力则明显增强。,（二）DC的分化、发育与迁移,（二）DC的分化、发育与迁移,未成熟DC广泛分布于外周非淋巴组织，如皮肤、呼吸道与消化道的上皮组织及多种脏器等，这些部位也是病原体入侵的主要场所。上皮组织中的未成熟DC主要为郎罕细胞（Langerhans cells，LC），尽管数量少，但在表皮和上皮组织分布广泛。与M一样，DC处于机体防御外环境病原体入侵的第

9、一线，迅速捕获抗原，诱导机体产生免疫应答。,郎罕细胞的迁移,皮肤中的郎罕细胞在摄取抗原后通过淋巴循环进入淋巴结，并逐渐成熟，高表达MHC类分子及协同刺激分子(B7)，活化初始T细胞。,外周未成熟DC从皮肤、各种脏器及血液等处捕获抗原后移行到淋巴结或脾脏等淋巴器官的过程，伴随着DC的成熟，表面标志发生一系列的变化。其过程受到诸多因素的影响，包括抗原的种类、各种细胞因子、与其它细胞间的相互作用等，形成复杂的调控机制。,DC的成熟,组织中未成熟DC - 强吞噬和吞饮作用 - 处理抗原能力强 - 低水平的MHC - 缺乏协同刺激分子(B7-1,B7-2) - 递呈抗原能力弱 淋巴组织中成熟DC - 不

10、再有吞噬能力 - 表达协同刺激分子(B7-1,B7-2) - 高表达MHC和黏附分子 - 抗原递呈能力强,未成熟DC与成熟DC的比较,未成熟DC 成熟DC,主要功能 抗原捕获、加工处理 提呈抗原 Fc受体和甘露糖受体的表达(PRR) + - DC-SIGN 高表达 低表达 DC-CK - + 胞浆内MHC数量 多 少 表面MHC-类分子的数量 106 7106 表面MHC-类分子的半衰期 10hr 100hr 共刺激分子（B7等）的表达 -或低表达 + 黏附分子(LFA-3,ICAM-1等)的表达 -或低表达 + 活化初始T细胞的能力 无 强,未成熟与成熟DC的比较,备注：PRR：patter

11、n recognition receptors，模式识别受体,影响DC成熟的因素,1、抗原的刺激：抗原的刺激是DC成熟的早期事件， 简言之，凡能被DC捕获并内化的抗原均能激活DC 并导致其成熟。,2、细胞因子：影响DC成熟的细胞因子种类较多，包括 GM-CSF、IL-4、TNF-、TGF-、IL-10等 。 目前得到公认的是GM-CSF为DC成熟所必需的细胞 因子，但单独使用GM-CSF并不能诱导DC完全成熟， 只有联合运用IL-4、TNF-或IFN-等细胞因子，才 能得到具有典型形态、表型及功能的DC。,（三）DC的生物学功能,1. 抗原提呈，激活初始T细胞，启动免疫应答； 2. 参与T细胞

12、分化成熟； 3. 参与细胞发育、分化及激活 。 4. 免疫调节 5. 参与免疫耐受,1、提呈抗原及活化T细胞,皮肤中的DC在摄取抗原后通过淋巴循环进入淋巴结，并逐渐成熟，高表达MHC-类分子及共刺激分子B7，活化初始T细胞。,2、参与T细胞分化成熟,外周淋巴器官细胞依赖区的FDC不表达MHC类分子,而表达大量的FcR和CR,这些受体可结合免疫复合物但不发生内吞,免疫复合物可在FDC表面长期保存，并向B细胞提供抗原信号及共刺激信号,诱导Ig类别转换,亲和力成熟和免疫记忆。,3、参与细胞发育、分化及激活,FDC表达CR1、CR2、CR3 结合Ag/Ab/C3b复合物 长期滞留在FDC表面 维持记忆

13、性B细胞形成,FDC参与B细胞记忆形成,DC可分泌多种细胞因子,调节免疫功能。 人DC：IL-1、IL-1、IL-8、INF-、 TNF-和GM-CSF等； 小鼠DC：可分泌IL-6和IL-12等。 DC还可分泌多种趋化因子，介导其他免疫细胞的趋化作用。,4、免 疫 调 节,5、参与免疫耐受,胸腺DC还参与胸腺内T细胞的阴性选择，通过清除自身反应性T细胞而参与T细胞的中枢耐受。（详见淋巴细胞） 未成熟DC不表达协同刺激分子，因此不能有效激活T细胞，并诱导T细胞无能，引起免疫耐受，从而参与外周耐受的形成。（详见免疫耐受）,二、单核巨噬细胞,（一）单核-巨噬细胞的来源和主要特征 （二）表面标志 （

14、三）单核-巨噬细胞的生物学功能,(monocyte/macrophage) （详见固有免疫）,骨 髓,血 液,组 织,多能干细胞,髓样干细胞,单核母细胞,前单核细胞,单核细胞,单核细胞,巨噬细胞 结缔组织：组织细胞 肺：肺泡巨噬细胞 肝：枯否细胞 脾与淋巴结：游走与固定巨噬细胞 浆膜腔：胸、腹腔巨噬细胞 神经组织：小胶质细胞 骨：破骨细胞 关节：滑膜A型细胞,单核巨噬细胞系统细胞的分化和分布,（二）表面标志,1. MHC I/类分子 2.FcR和CR1/3/4 3.趋化因子受体 4.其他分子 黏附分子（LFA-1,ICAM-1) 协同刺激分子(B7,CD40) LPS受体(CD14)等各类PR

15、R （详见固有免疫） CKR等,（三）单核巨噬细胞的生物学功能,1.吞噬杀伤作用 2.抗原提呈作用 3.免疫调节 ：通过提呈抗原、产生和分泌各种细胞因子， 产生补体系统分子及凝血因子、组织修复因子等；生成胞内酶 类；产生某些神经肽及激素等发挥作用。 -正调：产生IL-1/12，TNF- -负调：前列腺素、TGF- 4.抗肿瘤作用：直接杀伤、ADCC、激发抗瘤免疫 5.其他：致炎症、调节生血、止血、参与组织修复 和再生等,巨噬细胞吞噬杀伤细菌,抗原提呈作用,可通过BCR途径和非特异性胞饮摄取抗原,三、B 细 胞 （详见第九讲淋巴细胞）,细胞的生物学功能,体液免疫的主要执行细胞：B2细胞介导了适应

16、性免疫-体液免疫的发生。 参与固有免疫：B1细胞是固有免疫的组成细胞。 抗原提呈：B细胞作为专职APC，提呈抗原，辅助适应性免疫-细胞免疫应答的发生，是细胞免疫应答的辅佐细胞。 免疫调节：B细胞通过分泌各种细胞因子，调节免疫应答。,三种专职APC的特性比较,第二节 抗原提呈（Antigen Presentation,AP）,抗原提呈细胞将抗原加工处理、降解为抗原肽片段并与胞内MHC分子结合，以抗原肽-MHC分子复合物的形式递呈给T细胞识别的过程。,递呈抗原的来源,* 外源性抗原(exogenous antigen)： 来源于APC外的抗原，通过溶酶体途径 由MHC类分子递呈给CD4+T细胞。

17、* 内源性抗原(endogenous antigen)： 细胞内合成的抗原，通过胞质溶胶 途径由MHC类分子递呈给CD8+T细胞。,Exogenous /Endocytosed Pathway(溶酶体途径) Endogenous /Cytosolic Pathway(胞质溶胶途径) CD1 Pathway: 脂类抗原的提呈,Three Pathways,外源性抗原被APC摄取、加工、处理为抗原肽，与MHC类分子形成抗原肽/MHC类分子复合物，表达于APC表面，供CD4+T细胞识别的过程。,（一）溶酶体（MHC类分子)途径,外源性抗原的提呈过程,外源性抗原的提呈,主要过程分为三大阶段： 外源性抗

18、原的摄取 外源性抗原的处理 外源性抗原的提呈 提呈细胞：各类表达MHC分子的APC（主要为专职APC） 参与的MHC分子：MHC 抗原加工处理部位：endosome（内体）及lysosome（溶酶体） 荷肽（peptide loading）部位 ：MHC类小室（MC） 提呈对象：CD4+T细胞 其他参与分子：Ii（invariant chain，恒定链），CLIP（Class II associated invariant chain peptide ，II类分子相关的恒定链肽段）, HLA-DM,Y,Pinocytosis,Phagocytosis,Membrane Ig receptor

19、mediated uptake,Uptake of exogenous antigens,Complement receptor mediated phagocytosis,Fc receptor mediated phagocytosis,opsonization,Proteases produce 24 amino acid long peptides from antigens Drugs that raise the pH of endosomes inhibit antigen processing,Exogenous pathway,Protein antigens In endo

20、some,Cathepsin（组织蛋白酶） B, D and L proteases are activated by the decrease in pH,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 complex,In the

21、endoplasmic reticulum,MHC class II maturation and invariant chain（Ii）,参与II类分子的组装和折叠，形成（Ii）3九聚体； 封闭II类分子的肽结合槽 阻止II类分子与胞浆中内源性抗原结合 引导组装后的MHC类分子转运至吞噬溶酶体内，形成富含MHC类分子的溶酶体样细胞器，称为MHC类小室(MHC class compartment，M C) 吞噬溶酶体内的蛋白酶将Ii链逐级降解形成CLIP (class II-associated invariant chain peptide, II类相关的恒定链肽段）,恒定链 （ invar

22、iant chain，Ii ）的作用,Class II associated invariant chain peptide (CLIP),(Ii)3 complexes directed towards endosomes by invariant chain,Cathepsin L degrades Invariant chain CLIP blocks groove in MHC molecule,MHC Class II containing vesicles fuse with antigen containing vesicles,Removal of CLIP,?,How can

23、 the peptide stably bind to a floppy binding site?,Competition between large number of peptides,HLA-DM catalyses the removal of CLIP,HLA-DM Replaces CLIP with a peptide antigen using a catalytic mechanism Discovered using mutant cell lines that failed to present antigen HLA-DO may also play a role i

24、n peptide exchange,溶 酶 体 途 径,外源性抗原 新合成的MHC类分子 （内质网中） 内体 li占据抗原结合槽 溶酶体 蛋白酶 内体 吞噬溶酶体 li CLIP 蛋白酶作用 HLA-DM 降解成1318AA小肽 + CLIP脱落,暴露抗原结合槽 (相对选择性和包容性) 抗原肽/MHC类分子复合物 转运至APC表面,供CD4+T细胞识别,吞噬、吞饮、受体介导的内吞,二、胞质溶胶（MHC类分子）途径,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 MHCI类分 子结合，形成抗原肽-MHCI类分子复合物，供CD8+T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

25、途径递呈。抗原提呈细胞主要是病毒感染细胞，肿瘤细胞等。,内源性抗原的提呈,主要过程分为两大阶段： 内源性抗原的处理； 内源性抗原的提呈。 提呈细胞：各类表达MHCI分子的APC 参与的MHC分子：MHCI 抗原加工处理部位：胞浆 荷肽（peptide loading）部位：内质网 提呈对象：CD8+T细胞 其他参与分子：蛋白酶体（proteasome），泛素（ubiquitin）抗原加工相关转运体（transporters associated with antigen processing，TAP ）, 热休克蛋白（heat shock protein，HSP ）等。,抗原的加工处理,（）泛

26、素化：,内源性抗原泛素,去折叠,线状,泛素,脱泛素,（）Degradation in the proteasome,Proteasome， 又称为low molecular polypeptide，负责将溶酶体外的蛋白降解为多肽。,Cytoplasmic cellular proteins, including non-self proteins are degraded continuously by a multicatalytic protease of 28 subunits,低分子量多肽（low molecular polypeptide，LMP）,ENDOPLASMIC RETIC

27、ULUM,CYTOSOL,Peptide antigens produced in the cytoplasm are physically separated from newly formed MHC class I,（）Transporters associated with antigen processing (TAP1 & 2):抗原加工相关转运体,Transporter has preference for 8 amino acid peptides with hydrophobic C termini.,Calnexin binds to nascent class I chain until 2-M binds,b2-M binds and stabilises floppy MHC,HSP, calreticulin, TAP 1 & 2 form a complex with the floppy MHC,Cytoplasmic peptides are loaded onto the MHC molecule and the structure becomes compact,（）Maturation and loading of MHC class I,胞质溶胶途径