醫(yī)學(xué)免疫學(xué)：抗原呈遞細(xì)胞對(duì)抗原的處理及呈遞

1、抗原呈遞細(xì)胞對(duì)抗原的處理及呈遞抗原呈遞細(xì)胞對(duì)抗原的處理及呈遞 （1 1）固有免疫應(yīng)答）固有免疫應(yīng)答（2 2）適應(yīng)性免疫應(yīng)答）適應(yīng)性免疫應(yīng)答 免疫系統(tǒng)如何識(shí)別抗原（外來(lái)或自身）免疫系統(tǒng)如何識(shí)別抗原（外來(lái)或自身）? ? Antigen presentation cells required T細(xì)胞受體(TCR): T細(xì)胞表面的抗原受體 不能識(shí)別可溶狀態(tài)的抗原 抗原需要被加工后提呈給T細(xì) 胞 一些特殊的分子在抗原提呈中起重要作用：MHC 1 3 2 APC TCR MHC 抗原提呈需要以下條件抗原提呈需要以下條件 抗原提呈細(xì)胞 (Antigen presenting cells, APC) MHC

2、分子 MHC class I MHC class II T cells 輔助性輔助性CD4 T細(xì)胞細(xì)胞 細(xì)胞毒性細(xì)胞毒性CD8 T細(xì)胞細(xì)胞 主要內(nèi)容主要內(nèi)容 抗原提呈細(xì)胞(APC) 抗原提呈過(guò)程(antigen presentation) 抗原提呈細(xì)胞 (Antigen presenting cells, APC) 在機(jī)體特異性免疫應(yīng)答的過(guò)程中，能夠加工，處理抗原， 并將其提呈給T細(xì)胞的一類(lèi)免疫細(xì)胞 APC分類(lèi)分類(lèi) 專(zhuān)職性專(zhuān)職性APCs 樹(shù)突狀細(xì)胞 DC 單核-巨噬細(xì)胞 Mo/M B 細(xì)胞 非專(zhuān)職性非專(zhuān)職性APC: 內(nèi)皮細(xì)胞 上皮細(xì)胞 成纖維細(xì)胞 靶細(xì)胞靶細(xì)胞 APC: 被病毒感染的細(xì)胞 腫瘤

3、細(xì)胞 專(zhuān)職性專(zhuān)職性APC 組成性表達(dá)MHC-II分子和協(xié)同刺激分子, 可以激活T 淋巴細(xì)胞 樹(shù)突狀細(xì)胞 (Dendritic cell, DC) 單核-巨噬細(xì)胞 Mo/M B 細(xì)胞 Three major professional APCs Naive T cell activation: expansion and diff into effector T Effector T cell activation: activation of macro (cellular immunity) Effector T cell activation: activation of B cell (h

4、umoral immunity) 非專(zhuān)職性APC 不表達(dá)MHC-II分子 受炎癥刺激或細(xì)胞因子誘導(dǎo)： 可表達(dá)MHC-II分子 抗原提呈能力較專(zhuān)職APC 弱 內(nèi)皮細(xì)胞，上皮細(xì)胞，成纖維細(xì)胞等 可能參與了炎癥及自身免疫病的發(fā)生 所有有核細(xì)胞均表達(dá) MHC-I分子 受病原微生物感染，自身突變，惡性轉(zhuǎn)化等情況下， 可將相應(yīng)抗原加工處理，提呈給CD8 T 細(xì)胞，導(dǎo)致被殺 傷 靶細(xì)胞APC 17 直接的直接的CTL殺傷作用殺傷作用 CTL TUMOR CELL Fas (CD95) FasL TCR MHC Class I + tumor specific Ag Perforin Granzyme B A

5、PC分類(lèi)分類(lèi) 專(zhuān)職性專(zhuān)職性APCs 樹(shù)突狀細(xì)胞 DC 單核-巨噬細(xì)胞 Mo/M B 細(xì)胞 非專(zhuān)職性非專(zhuān)職性APC: 內(nèi)皮細(xì)胞 上皮細(xì)胞 成纖維細(xì)胞 靶細(xì)胞靶細(xì)胞 APC: 被病毒感染的細(xì)胞 腫瘤細(xì)胞 一一. . 樹(shù)突狀細(xì)胞樹(shù)突狀細(xì)胞 1973年被年被 Dr. Ralph M. Steinman 發(fā)現(xiàn)發(fā)現(xiàn) 成熟時(shí)伸出許多樹(shù)突狀或偽足樣突起而得名成熟時(shí)伸出許多樹(shù)突狀或偽足樣突起而得名 是唯一能夠活化初始是唯一能夠活化初始T T細(xì)胞的一種細(xì)胞的一種APC 是適應(yīng)性免疫應(yīng)答的主要啟動(dòng)者是適應(yīng)性免疫應(yīng)答的主要啟動(dòng)者 抗原提呈功能最強(qiáng)的抗原提呈功能最強(qiáng)的APC Dendritic cells have d

6、endrites Dendrites Image by Julie La Cour Karottki Dr. Ralph M. Steinman 2011年Dr. Ralph M. Steinman 獲得諾貝爾 生理或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng) 晚年罹患胰腺癌，用 DC做免疫治療延長(zhǎng)了 自己生命 不幸的是，在諾貝爾宣 讀前幾天去世 樹(shù)突狀細(xì)胞樹(shù)突狀細(xì)胞( (dendritic cells, DC) DC的一般特點(diǎn) DC的來(lái)源、分類(lèi) DC的分化、發(fā)育 DC的生物學(xué)功能 （一）（一） DC的一般特點(diǎn)的一般特點(diǎn) 能活化初始T細(xì)胞 抗原提呈功能最強(qiáng)的APC，可以激發(fā)初次免疫應(yīng) 答，連接固有和適應(yīng)性免疫應(yīng)答 高表達(dá)MHC-

7、II 表達(dá)參與抗原攝取和轉(zhuǎn)運(yùn)的特殊膜受體 有效攝取和處理抗原，然后遷移至T細(xì)胞區(qū) 1.按照來(lái)源及發(fā)育過(guò)程 2.按照成熟狀態(tài) 3.按照組織分布 （二）（二） 樹(shù)突狀細(xì)胞的分類(lèi)樹(shù)突狀細(xì)胞的分類(lèi) 樹(shù)突狀細(xì)胞的來(lái)源樹(shù)突狀細(xì)胞的來(lái)源 髓樣DC(DC1)：經(jīng)典意義的DC (convential DC, cDC),處理和提呈抗原,免疫應(yīng)答誘導(dǎo)與啟動(dòng)。 淋巴樣DC(DC2): 漿細(xì)胞樣DC (plasmacytoid DC, pDC)，病毒感染后， 釋放大量型IFN，參與抗病毒免疫反應(yīng)。 根據(jù)來(lái)源、分化發(fā)育過(guò)程不同： Dendritic cell DC分類(lèi) (成熟狀態(tài)） 未成熟DC（immature DC）

8、表型：高表達(dá)與吞噬有關(guān)的受體(FcR，甘露糖受體） 低表達(dá)CD40、CD80等共刺激分子和黏附分子 功能：較強(qiáng)的抗原攝取、加工處理能力； 可誘導(dǎo)免疫耐受 成熟DC（mature DC） 表型：低表達(dá)與吞噬有關(guān)的受體 高表達(dá)CD40、CD80、CD86 功能：較強(qiáng)的抗原提呈能力 靜止及活化的DC的形態(tài)特征 未成熟DC和成熟DC的特點(diǎn) 特點(diǎn)特點(diǎn)未成熟未成熟DC成熟成熟DC 主要功能攝取、處理抗原提呈抗原 存在部位非淋巴組織，器官外周淋巴組織 表達(dá)MHC-II類(lèi)分子 半衰期 數(shù)量/細(xì)胞 10小時(shí) 106 100小時(shí) 7106 共刺激分子的表達(dá) /+ + 表達(dá)FcR, CR, TLR, 甘露糖受體 +

9、 +- 遷移的傾向性炎癥組織外周淋巴組織 DC分類(lèi)(組織分布) 淋巴樣組織中的DC 非淋巴樣組織中的DC 朗格漢斯細(xì)胞（Langerhans cell,LC） 間質(zhì)性DC（interstitial DC) 血液DC,隱蔽細(xì)胞（veiled cell） 循環(huán)DC 并指狀DC（interdigitating DC,IDC） 濾泡DC (follicular DC,FDC) 胸腺DC 并指狀DC (interdigitating DC,IDC): 淋巴組織T細(xì)胞區(qū); 成熟DC；高表達(dá)MHCI、類(lèi)分 子；抗原提呈功能強(qiáng)，啟動(dòng)初次免疫應(yīng)答。 淋巴樣組織中的DC B cells FDC 濾泡濾泡DC (F

10、DC): 淋巴結(jié)淺皮質(zhì)區(qū); 高表 達(dá)FcR、CR;識(shí)別免疫復(fù)合 物形式存在的抗原；參與 體液免疫和維持免疫記憶; B細(xì)胞的抗原呈遞細(xì)胞 朗格漢斯細(xì)胞朗格漢斯細(xì)胞（Langerhans cell, LC）： 位于表皮和胃腸上皮;未成熟DC；高表達(dá) FcR,CR,MHC I, MHC II類(lèi)分子；胞漿內(nèi)含有 Birbeck顆粒；具有較強(qiáng)的吞噬抗原能力 間質(zhì)性間質(zhì)性DC (interstitial DC): 分布在心臟、肝臟、腎臟、肺臟等實(shí)質(zhì)器官間質(zhì) 的毛細(xì)血管附近;未成熟DC；形態(tài)各異；攝取抗 原 非淋巴樣組織中的DC Langerhans Cell Migration Antigen From

11、Janeway, CA Immunobiology, 5th ed. 血液DC: DC前體細(xì)胞，及遷移中攜帶抗原的LC和間質(zhì)DC 隱蔽細(xì)胞(veiled cell): 全身各器官中DC在感染等刺激后遷移至淋巴管中 循環(huán)DC DC的分布及其主要特性 細(xì)胞名稱(chēng)體內(nèi)分布MHC- IIFcRC3R Birbeck顆粒 濾泡DC淋巴濾泡 +/-+- 并指狀DC同上，淋巴組織胸腺 依賴(lài)區(qū) +- 胸腺DC胸腺 +？+ 朗格漢斯細(xì) 胞 表皮粒層及基層；胃 腸上皮層 + 間質(zhì)DC實(shí)質(zhì)性器官間質(zhì)毛細(xì) 血管附近 +？+ 隱蔽DC淋巴結(jié)輸入管 +？- (三三) DC的分化及成熟過(guò)程的分化及成熟過(guò)程 前體階段：前體階段

12、：維持DC數(shù)量 胎肝，骨髓，外周血等 未成熟期：未成熟期：攝取加工抗原 實(shí)體組織；表達(dá)與攝取抗原有關(guān)的受體等;產(chǎn)生CK, 趨化或炎性介質(zhì)作用 遷移期：遷移期：歸巢 淋巴管、外周血中 成熟期：成熟期：呈遞抗原 外周免疫器官T細(xì)胞區(qū) Langerhans cell DC遷移成熟過(guò)程中生物學(xué)特性的變化 (四四) DC生物學(xué)功能生物學(xué)功能 抗原提呈與免疫應(yīng)答 參與免疫耐受的誘導(dǎo) 免疫調(diào)節(jié) T細(xì)胞活化需要雙信號(hào) T細(xì)胞與APC間主要的協(xié)同刺激分子 抗原提呈與免疫應(yīng)答 免疫耐受的維持與誘導(dǎo) 胸腺DC:T細(xì)胞陰性選擇,刪除自身反應(yīng)性T細(xì)胞克隆 分泌多種CytoKines和趨化因子,調(diào)節(jié)其它免疫細(xì)胞的 分化，

13、發(fā)育，功能等 免疫調(diào)節(jié)作用 DC與疾病的防治 SpecificAg- primed DCs 二二 單核吞噬細(xì)胞系統(tǒng)單核吞噬細(xì)胞系統(tǒng) 包括：骨髓內(nèi)的前單核細(xì)胞，外周血中的單核細(xì)胞 和組織內(nèi)的巨噬細(xì)胞 骨髓髓樣干細(xì)胞受CK作用發(fā)育成前單核細(xì)胞。 前單核細(xì)胞進(jìn)一步發(fā)育成為單核細(xì)胞進(jìn)入血流。 移行至全身各組織器官內(nèi)，發(fā)育成熟為M Self-renewing stem cell Puripotent stem cell 髓樣干細(xì)胞髓樣干細(xì)胞 Lymphoid progenitor Granulocyte-monocyte CPU Neutrophils Blood巨噬細(xì)胞巨噬細(xì)胞 單核細(xì)胞單核細(xì)胞 巨噬

14、細(xì)胞的表型與功能 表型：高表達(dá)CR, FcR, PRR，清道夫受體，MHC I, II類(lèi)分子 功能： 吞噬作用：通過(guò)多種方式吞噬和清除病原微生物； 攝取和加工抗原能力強(qiáng)，提呈能力弱 IFN-可刺激MHC I, II類(lèi)分子和共刺激分子水平，提高抗原提呈能力。 參與炎癥反應(yīng)及免疫調(diào)節(jié) M的表面分子 antibody complement CD16 (Fc R III) CD11b/CD18 scavenger CD28 CD32 （Fc R II） CD35 （CR1） CD64 （Fc R I） B7-2 LPS antibody antibody complement MHCTCR 三三 B細(xì)

15、胞細(xì)胞 持續(xù)表達(dá)MHC-，有效提呈抗原給CD4+Th 在抗原刺激下表達(dá)B7等共刺激分子 通過(guò)BCR高效攝取抗原，具有濃集抗原的作用。 過(guò)程：BCR識(shí)別抗原，內(nèi)吞作用，抗原分子水解， 與MHC-類(lèi)分子形成復(fù)合物，并提呈給CD4+T 細(xì)胞。 過(guò)程過(guò)程：BCR識(shí)別抗原，內(nèi)吞作用，抗原分子水解，與 MHC-類(lèi)分子形成復(fù)合物，并提呈給CD4+T細(xì)胞 醫(yī)學(xué)免疫學(xué)上海第二醫(yī)科大學(xué)免疫教研室 抗原加工或處理（antigen processing） 將胞質(zhì)內(nèi)自身產(chǎn)生的或攝入胞內(nèi)的抗原分子降解并加工成一 定大小的多肽片段,使多肽與MHC分子結(jié)合,然后以pMHC復(fù) 合物的形式表達(dá)于APC表面 抗原的提呈（antig

16、en presentation） APC表面抗原肽與MHC分子結(jié)合的復(fù)合物與T細(xì)胞表面的 TCR結(jié)合為T(mén)CR-抗原肽MHC三元體，將抗原信息提呈給T 細(xì)胞，活化T細(xì)胞的全過(guò)程 四四 抗原的攝取、加工及提呈抗原的攝取、加工及提呈 （一）抗原的攝取 1.1. 外源性抗原(exogenous Ag)：并非由抗原提呈 細(xì)胞合成、來(lái)源于細(xì)胞外的抗原。如吞噬的細(xì) 胞或細(xì)菌等。 2. 2. 內(nèi)源性抗原(endogenous Ag)：在抗原提呈細(xì)胞 內(nèi)合成的抗原。如病毒蛋白、腫瘤抗原等 根據(jù)來(lái)源分為外,內(nèi)源性抗原： 外源性抗原的攝取 Y Y 吞飲吞飲 直接吞噬直接吞噬 FcR FcR 介導(dǎo)的內(nèi)吞介導(dǎo)的內(nèi)吞 Y

17、 CRCR介導(dǎo)的吞噬介導(dǎo)的吞噬 Y FcR FcR 介導(dǎo)的吞噬介導(dǎo)的吞噬 （二）抗原的處理及提呈 內(nèi)源性抗原的處理及提呈 外源性抗原的處理及提呈 非經(jīng)典的抗原提呈途徑（交叉提呈） 脂類(lèi)抗原的CD1分子提呈途徑 MHC類(lèi)分子途徑 （胞質(zhì)溶膠途徑，the Cytosolic Pathway） -內(nèi)源性抗原的處理及提呈 細(xì)胞質(zhì)蛋白酶體加工處理內(nèi)源性Ag 多肽的轉(zhuǎn)運(yùn) 與MHC類(lèi)分子組裝為pMHC pMHC表達(dá)于細(xì)胞表面 內(nèi)源性抗原的加工、處理與轉(zhuǎn)運(yùn) 加工、處理： 蛋白酶體(proteasome)(20S) 酶活性組分： PSMB8 (proteasome subunit beta type) PSMB

18、9 內(nèi)源性抗原的降解蛋白酶體 細(xì)胞內(nèi)Ag泛素化細(xì)胞內(nèi)蛋白酶體630aa多肽 2個(gè)內(nèi)環(huán)和2個(gè)外環(huán)， 每個(gè)環(huán)含7個(gè)亞單位 抗原肽的轉(zhuǎn)運(yùn)：抗原加工相關(guān)轉(zhuǎn)運(yùn)物 Transporter associated with antigen processing，TAP 抗原肽（抗原肽（812aa） Endoplasmic reticulum TAP-1 TAP-2 Peptide TAP-1 TAP-2 Peptide TAP-1 TAP-2 Peptide TAP-1 TAP-2 Peptide TAP-1 TAP-2 Peptide TAP-1 TAP-2 Peptide TAP-1 TAP-2 Pept

19、ide TAP-1 TAP-2 Peptide TAP-1 TAP-2 Peptide TAP-1 TAP-2 Peptide TAP-1 TAP-2 Peptide u MHC I的翻譯，pMHC I的組裝 伴侶蛋白伴侶蛋白（ Calnexin）與與 結(jié)合結(jié)合 ，直到，直到2m合成合成 B2m結(jié)合結(jié)合 ，組裝成，組裝成 二聚體二聚體 TAP 1 & 2 等與等與MHC形成形成 復(fù)合物，復(fù)合物，TAP構(gòu)象改變構(gòu)象改變 抗原肽與抗原肽與 MHC組裝組裝 u內(nèi)源性抗原肽的遞呈 pMHC I在高爾基體中與TAP1相關(guān)蛋白解離， 通過(guò)外吐空泡運(yùn)送到細(xì)胞表面，供CD8+T細(xì) 胞識(shí)別 MHC類(lèi)分子途徑 （

20、溶酶體途徑, the Endocytic Pathway） -外源性抗原的處理及提呈 外源性Ag在內(nèi)體/溶酶體的加工處理 MHC-類(lèi)分子的表達(dá)與轉(zhuǎn)運(yùn) pMHC-II復(fù)合體的組裝 抗原肽的提呈表達(dá) u外源性抗原的加工處理 攝入抗原，形成內(nèi)體（endosome) 內(nèi)體與溶酶體融合內(nèi)體/溶酶體，富含組織蛋白 酶，過(guò)氧化氫酶 剪切抗原為1030aa短肽 外源性抗原的處理 內(nèi)體內(nèi)體Endosomes Increase in acidity Cell surface 溶酶體溶酶體 Uptake 抗原肽抗原肽 低低pH激活組織蛋白酶激活組織蛋白酶 u MHC-II 分子合成和轉(zhuǎn)運(yùn) MHC-II 與Ii鏈結(jié)合

21、成（Ii)3九聚體 Ia-associated invariant chain Ia相關(guān)恒定鏈，Ii鏈 Ii鏈的功能：輔助 促進(jìn)組裝與折疊 阻止MHC-II 與內(nèi)源性多肽結(jié)合 促進(jìn)MHC-II 的轉(zhuǎn)運(yùn) 阻止MHC結(jié)合新合成的 內(nèi)源性多肽 Ii鏈與不成熟MHC-II分子非共價(jià) 結(jié)合形成復(fù)合物，穩(wěn)定 Ia相關(guān)的恒定鏈（相關(guān)的恒定鏈（Ii鏈）鏈） Ia相關(guān)恒定鏈 l蛋白水解酶降解Ii鏈，僅在MHC-II抗原肽結(jié)合槽留 有一段，即CLIP（class II-associated chain peptide,MHC-II類(lèi)分子相關(guān)的恒定鏈多肽) u MHC-II的轉(zhuǎn)運(yùn) l（Ii)3九聚體經(jīng)高爾基體由ER

22、轉(zhuǎn)運(yùn)到內(nèi)體，形成富 含MHC-II類(lèi)分子腔室（MHC class II compartment, MIIC) （1）HLA-DM與HLAII-CLIP復(fù)合物結(jié)合 （2）CLIP脫離抗原結(jié)合槽，抗原結(jié)合槽處于開(kāi)放狀態(tài) （3）具有合適錨定殘基的高親和力外源性抗原肽進(jìn)入 抗原結(jié)合槽，HLA-DM解離。 u MHC-II類(lèi)分子與抗原肽的組裝 HLA-DM 輔助輔助 CLIP與抗原肽結(jié)合槽解離與抗原肽結(jié)合槽解離 MIIC compartment MHCII類(lèi)分子腔室類(lèi)分子腔室 HLA-DM 輔助輔助CLIP分子與抗原肽分子與抗原肽 結(jié)合槽解離結(jié)合槽解離 C端端aa使使HLA-DM分子分子 滯留于內(nèi)體中滯留于內(nèi)體中 HLA-DM MIIC 分子腔室選擇 pMHC：表達(dá)或者溶酶體降解 轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞表面轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞表面 (t1/2 = 50hr)(t1/2 = 50hr) 發(fā)送到溶酶體 u 抗原肽的提呈