抗原提呈细胞及抗原提呈.ppt

第五章 抗原提呈细胞及抗原提呈,(一)抗原呈递细胞的类型 一个细胞能够作为APC对MHC II类限制性T辅助细胞发挥作用，必需具有两个特性，即加工吞入抗原和表达MHC II类分子的能力大多数哺乳动物细胞表现为能够内吞和处理蛋白质抗原 已确定的为辅助T淋巴细胞提呈抗原的APC有：①单核吞噬细胞；②B淋巴细胞；②树突状细胞；④郎汉斯巨细胞；⑤内皮细胞巨噬细胞和单核吞噬细胞系统其他细胞活跃地吞噬大的颗粒在呈递来自感染性病原体(如细菌和寄生虫)的抗原时，它们可能起着重要作用B淋巴细胞在体外能有效地将抗原呈递给T辅助细胞，在体内也可作为APC，尤其在有效抗原的浓度很低时发挥作用 抗原特异性B细胞能成为特殊的有效APC，原因就在于其膜Ig分子能以高亲和力结合抗原，即使在抗原浓度较低时也有效在T辅助细胞依赖性抗体产生中，B细胞呈递抗原的功能可能特别重要树突状细胞位于脾和淋巴结中，是一类形状不规则、无吞噬功能的细胞这类细胞在脾和淋巴结中仅占细胞总数的很少一部分(＜1％) 树突状细胞能够将蛋白质抗原呈递给辅助T细胞；树突状细胞在同种组织移植中诱导细胞对外源(同种异型)MHC分子的应答具有重要作用 树突状细胞是混合淋巴细胞反应的有效刺激因素。

郎汉斯巨细胞是具有树突状形态学特征的表皮细胞它们来自骨髓前体母细胞，表达CDl分子，并含有一种特殊的称为BirBeck颗粒的细胞器 郎汉斯巨细胞在遗传上与脾和淋巴结中的树突状细胞有关它们在呈递引起表皮接触性超敏反应的抗原中可能具有重要作用在人类，血管内皮细胞表达MHC II类分子，也同T细胞相互作用，这对于迟发型超敏反应尤为重要 -干扰素(1FN-)能诱导一些细胞表达MHC II类分子；进而获得呈递抗原的能力如上皮细胞、间质细胞以及血管内皮细胞免疫应答是由表达MHC II类分子的APC所触发，导致T细胞在抗原暴露部位的激活、IFN—的局部生成以及滞留的APC上的MHC II类分子表达增强，IFN- 刺激表达MHC II类分子的能力对于T细胞介导的免疫应答是一个重要的放大机制 有核细胞均表达MHCI类分子，这些细胞都能呈递外来蛋白质抗原给MHCI类限制性CTL，并成为CD8+CTL的靶细胞IFN - 和TNF均可增加MHCI类分子的表达这两种细胞因子都可由CTL产生提示细胞因子调节MHCI类分子表达，可以扩大CTL-靶细胞间的相互作用二) 抗原呈递细胞对细胞外蛋白质抗原的摄取和加工,抗原在结合至APC后的几分钟内，通常靠吞噬作用或以受体介导的内吞作用而进入细胞。

可溶性蛋白质抗原亦可借助液相胞饮作用被内化入APC而不必结合至细胞表面这种内化的抗原被局限在细胞内膜形成的囊内，称为吞噬小体蛋白质抗原的加工有如下几个特征：,(1)抗原加工是一种依赖于时间和新陈代谢的现象，发生在APC内化抗原之后 功能性抗原呈递仅发生在从抗原进入到化学固定之间l一3小时内(图) APC需要在这段时间内加工抗原并结合MHC II类分子表达在细胞表面2)抗原加工发生在细胞内酸性小体中，增加细胞内酸性小体pH的化学因子，如氯喹和氯化铵，是有效的抗原加工抑制因子 (3)许多蛋白质抗原的加工需要细胞蛋白酶蛋白酶抑制剂如亮抑酶肽(Leupetin)，可阻碍APC对蛋白质抗原的呈递蛋白酶的作用是将天然蛋白质抗原切割为小肽许多细胞蛋白酶在酸性pH时作用最佳，这可能就是造成抗原加工在酸性吞噬小体中最活跃的原因4)大多数T细胞识别的蛋白质抗原是表达在APC上的蛋白质水解切割片段 被固定或预先用氯喹处理的巨噬细胞能呈递预先消化的肽抗原(而非完整蛋白)给特异的T细胞(图)经体外灭活复杂球蛋白水解产生的肽或合成肽在固定的APC存在时，能够有效地刺激抗原特异性T细胞，并可以分析这些肽的氨基酸序列及次级结构。

许多复杂球蛋白的免疫原性肽，如细胞色素c、卵白蛋白、肌球蛋白和溶菌酶等，也可用这种方法进行分析由蛋白水解作用切割产生的鸡蛋溶菌酶(HEL)免疫原性片段，已由EmilUnanue及其助手进行了大量分析总之，内吞的蛋白在细胞内酸性条件下的蛋白水解，产生能与MHC分子结合并呈递给T细胞的肽段因为MHC分子的肽结合裂隙，可容纳肽的大小仅为10—20个氨基酸长 对能以非折叠构象方式结合MHC分子的蛋白质来说，蛋白水解作用可能是不必要的，即使分子较大但其末端可从MHC分子的结合裂隙内延伸出来如纤维素原，一种30kDa的分子，能被固定的APC呈递，而不需经过加工该蛋白的羧基末端(C)含有不具明确二级结构的亲水部分，可以天然构象形式结合MHC分子 T细胞活化之前对抗原加工的需要，解释了为什么T细胞识别蛋白质的线性而非构象决定簇以及为什么T细胞不能区分同一蛋白质抗原的天然和变性结构,在哺乳动物细胞内，多糖和脂肪不能被加工成结合MHC分子的形式因此多糖和脂肪不能被MHC限制性T细胞识别，从而无法刺激细胞免疫应答 大多数类型的APC，包括M、B细胞及树突状细胞，其加工内吞抗原的能力在性质上是相似的，只是数量的不同。

例如M较B细胞含有更多的蛋白酶，吞噬更活跃，以至于M可能较B细胞更为有效地内化和加工大的颗粒性抗原并呈递这些抗原的肽段 因其吞噬小体中所含的蛋白酶不同，不同类型的APC加工相同的天然蛋白质，而产生出不同种类的肽三)MHC II类分子与加工肽的结合,蛋白质抗原经加工后，仍被隔离在APC的膜性小囊内，而后结合MHC II类分子含MHC分子的囊泡与含加工抗原的吞噬小体在细胞内的自然融合，MHC II类分子与加工肽形成非共价结合(图)，然后肽—MHC II类分子复合物被运送并表达在APC表面 肽结合MHC分子阻止了肽的进一步酶性降解；结合至MHC分子上的纯化肽段在体外能抵抗蛋白酶的破坏，而同样的肽在缺乏MHC分子时可被蛋白裂解酶水解成氨基酸实验证实，抗原肽即使在无细胞溶液中也可与纯化的MHC分子结合，这为阐述MHC结合性抗原识别的结构基础提供了重要的新方法肽—MHC的结合，首先由平衡透析技术所证实 目前已发展了其他技术来检测肽和MHC分子的自然结合，包括利用放射活性标记肽和凝胶过滤，从较大的肽—MHC复合物中分离出未结合肽，并测量两种不同荧光素标记的蛋白质之间相互作用时所传递的荧光共振能在这些研究的基础上，已了解到肽与MHC II类分子结合的几个重要特征。

1)多种肽抗原能结合相同的MHC分子 MHC分子显示出与肽结合的广泛特异性，而抗原识别的精细特异性大部分属于T淋巴细胞的抗原受体 个别的MHC分子并非毫无区别地结合所有外来抗原2)抗原肽与MHC分子是一种低亲和力的相互作用，伴随着低结合率和更低的解离速率这种亲和力比抗原抗体的结合力要低得多溶液中肽与MHC分子的结合，在15—30分钟内达到平衡中性pH下可保持结合状态最长达6小时，在酸性pH时解离发生的更快低结合速率提示需要结构的改变，或许是肽的结构改变，结合才能发生尽管肽—MHC结合的亲和性低，极低的解离速率保证MHC—肽复合物有足够长的时间与T细胞相互作用3)肽与MHC分子的结合取决于这两种分子的一级和二级结构 预测的II类分子中唯一的肽结合裂隙具有一个片层和螺旋加工后的抗原肽是以结合 片层和螺旋结构的形式存在于分子裂隙中 所有的免疫原性肽都携有一定的氨基酸，可与MHC分子其他从裂隙中伸出的氨基酸接触，并可能为T细胞所识别 抗原肽的突变分析对于确定哪个残基结合MHC分子并与其他抗原竞争呈递以及哪些残基被T细胞所识别是极其有用的 研究显示：肽必须与MHC分子形成非共价结合以刺激T细胞。

但此种结合，对于免疫原性来说是不够的，每一肽分子也都同时必须携有能被特异性T细胞识别的残基4)抗原肽与MHC分子的结合被抗原特异的MHC限制性T细胞与肽—MHC复合物的相互作用所稳定 蛋白质抗原在体内不断地被APC吞噬加工，结合MHC II类分子，然后表达在T细胞表面如果这些表面复合物不为T细胞所识别，它们将再循环进入吞噬小体在酸性pH条件下，肽将从MHC分子中解离出来 肽可能在溶酶体内被降解，MHC分子则不能再结合另外的加工抗原而成为有效的MHC分子相反，如果肽—MHC复合物在APC表面被抗原特异的MHC限制性T细胞所识别，由于T细胞抗原受体的稳定影响，该复合物就会避免进入再循环，并导致T细胞的激活5)加工的抗原和MHC分子的双分子复合体是T细胞抗原受体的特异性配体 细胞脂膜上OVA肽与I—Ad的复合物可诱导激活OVA特异的I—Ad限制性单克隆T细胞杂交瘤在许多其他抗原—MHC复合体中已得到类似的结果6)在游离细胞实验系统中，MHC—肽复合物是在完整的细胞内产生的 如果将某APC与放射活性标记的蛋白质抗原一起温育，就能从APC的浆膜中分离出抗原片段和MHC II类分子组成的放射活性复合物；,(7)内源性肽与自身MHC分子的结合。

内源性肽和自身MHC分子的复合物在体内也能形成用两种MHC相同，而表达血红蛋白链等位基因Hbb d和Hbb s的鼠系，已正式证明了这一点这些发现(即内源性肽能被MHC分子结合)提出两个重要的问题第一，如果自体加工自身蛋白并与自身MHC分子结合，那么为什么在正常情况下对自身蛋白不发生免疫应答?看起来像是自身耐受，但主要是由于缺乏能识别并应答自身抗原的淋巴细胞，因此自身肽—MHC复合物不能诱导自身免疫 第二，如果MHC分子被混在加工过的内源性蛋白质中，它们怎样结合并表达外来抗原性肽?曾有人假定：MHC分子从细胞表面到酸性吞噬小体再到细胞表面不断的再循环，确保了自身MHC分子能从与自身肽的结合中脱离足够长的时间与外来肽结合T细胞受体的功能如前所述可能是稳定肽—MHC间的相互作用，而且仅发生在外来肽—自身MHC的复合体中，因为T细胞在正常情况下仅识别外来抗原总而言之，MHC II类分子结合抗原的呈递，其基本步骤如下： (1)天然蛋白抗原的内化，从细胞外环境进入APC内 (2)抗原在酸性吞噬小体内加工，产生肽片段 (3)肽在APC内以低亲和力与MHC II类分子结合 (4)肽—MHC复合体表达在APC细胞表面。

(5)通过外源性肽和自身MHC分子构成能被特异的T细胞识别的复合体四)MHCI类分子结合抗原的呈递,CD8+T细胞大多数为溶细胞性T细胞(CTL)，识别MHCI类分子结合的外来蛋白质抗原 CD8+T细胞通常识别那些在APC内合成随之结合MHCI类分子并表达在APC表面的蛋白质抗原 细胞内合成的异源蛋白有病毒蛋白和肿瘤抗原MHCI类分子具有单独的肽结合裂隙，能容纳10一20个氨基酸长的肽不同的肽结合至MHCI类分子的同一部位，彼此间竞争呈递 任何一个肽分子都能结合MHCI类和II类分子，并没有对MHCI类或II类分子结合抗原肽赋予特异性的结构基元 某特定的抗原是否会被APC以结合I类或II类 MHC分子的形式呈递，主要取决于细胞内蛋白质的定位 在APC中内源合成的抗原和自胞外环境进入胞内的抗原定位于不同的细胞内间隔1)如果将卵白蛋白或病毒蛋白如流感核蛋白以溶解状态加入表达I类和II类MHC分子的细胞环境中，抗原会被内化加工并仅以结合MHC II类分子的形式呈递这种外源加入的抗原，将被抗原特异的MHC II类限制性CD4+T细胞所识别，而不会激活CD8+细胞的杀伤活性另一方面，若将编码病毒蛋白或卵白蛋白的基因转染至APC内，使抗原在细胞内合成，该细胞将会对抗原特异的MHCI类限制性CD8+T细胞的溶细胞作用变得敏感(图6—10)。

表达这些转染基因产物的APC不刺激CD4+T细胞细胞内定位而非细胞内合成可能是决定抗原肽与MHCI类分子结合的关键因素例如，通过胞浆膜短暂地通透大分子物质，将抗原引入细胞浆中，抗原随即被加工，生成的肽仅与MHCI类分子结合(图6—lo)这进一步证实了细胞内生蛋白质和内吞蛋白质的传递方式的不同2)某些胞内合成的病毒抗原向CD8+CTL的呈递不被氯喹所抑制，而外源所加的病毒蛋白向CD4+T细胞的呈递对氯喹敏感，这提示对内源性生成抗原的加工可能不是发生在酸性吞噬小体中。