抗原的加工與遞呈

1、抗原的加工與遞呈,包頭醫(yī)學(xué)院于敬達,TCR,MHC + Ag肽,,MHC I,MHC II,內(nèi)源性Ag,外源性Ag,（細胞內(nèi)合成）,（細胞外攝入）,所有有核細胞,APC,,正常 腫瘤Ag 病毒Ag,,,Tc（CD8+T）,,正常組分,異常Ag（細菌、寄生蟲等）,,Th（CD4+T）,,提呈抗原的C被殺死,（靶C）,,活化B、Tc、炎癥反應(yīng),（M?、DC、B）,,,蛋白降解成肽、形成MHC-肽復(fù)合物、表達于C膜供T識別,

2、靶細胞,靶細胞：所有的有核細胞都具有降解胞質(zhì)內(nèi)蛋白的能力，而且都表達MHC I類分子，所以，有核細胞一旦表達非己抗原時，例如病毒感染細胞和腫瘤細胞等，都能成為APC，向CD8+ T細胞遞呈抗原。但通常把通過MHC I類分子向CD8+ T細胞遞呈抗原的細胞稱為靶細胞，而只把表達MHCⅡ類分子并能向CD4+ T細胞提呈抗原的細胞稱為APC。,一、基本概念,抗原加工：蛋白質(zhì)抗原在細胞內(nèi)被降解成能與MHC分子結(jié)合的肽的過程?？乖f呈：MHC分

3、子與抗原肽結(jié)合，將其展示于細胞表面供T細胞識別的過程。內(nèi)源性抗原：細胞內(nèi)產(chǎn)生的蛋白質(zhì)抗原，包括自身抗原和非己抗原----MHCⅠ分子遞呈。外源性抗原：由細胞外攝入細胞內(nèi)的蛋白質(zhì)抗原，包括非己抗原和自身抗原---MHCⅡ分子遞呈。,二、抗原遞呈細胞的種類,APC：即抗原遞呈細胞，表達MHC和協(xié)同刺激分子，能夠攝取、加工、處理抗原，并把抗原肽遞呈給T細胞的一類特化的細胞群，包括DC、巨噬細胞、活化的B細胞和其他非專職APC。,樹突狀細胞

4、,巨噬細胞,B 細胞,APC的分類：,非專職APC：內(nèi)皮細胞、上皮細胞、纖維母細胞及腦內(nèi)小膠質(zhì)細胞、各種上皮細胞及間皮細胞等。專職APC：DC、巨噬細胞、活化的B細胞,抗原遞呈細胞的特點,1. 樹突狀細胞(dendritic cell, DC),由美國學(xué)者Steinman于1973年發(fā)現(xiàn)，因其伸出樹枝樣突起而得名。1993年Inaba等用GM-CSF體外擴增獲得成功。根據(jù)來源：分為髓系來源的DC和淋巴系來源的DC。根據(jù)分布：淋巴組

5、織中的DC(并指狀DC，邊緣區(qū)DC）；非淋巴樣組織中的DC（間質(zhì)性DC、郎格罕斯細胞）；體液中的DC（隱蔽細胞，血液DC）,,,呈集落懸浮生長的成熟DC（ ×400）Mature DC suspended in media by colony（ ×400）,,,,,,呈散在生長的成熟DC（ ×400）scattered mature DC（ ×400）,,,,,DC的特點及功能：,通過形態(tài)學(xué)

6、、組合性表面標(biāo)志及在混合淋巴細胞反應(yīng)中能夠刺激初始T細胞增殖鑒定。人DC的主要特征性標(biāo)志為CD11c、CD1a、CD83，是惟一能激活初始T細胞的APC。是目前所知的機體內(nèi)功能最強的APC，其抗原遞呈功能是巨噬細胞的10-100倍。通過三種方式攝取抗原：巨吞飲、受體介導(dǎo)的內(nèi)吞作用、吞噬作用。,在正常組織，DC處于靜息狀態(tài)，為“重量級吞飲者”，每小時可吸收四倍于其體積的細胞外液，表達有一些B7和相對低水平的MHC分子，不擅于抗原提呈

7、,一旦有微生物入侵，其定居的組織將成為戰(zhàn)場，DC被激活，這發(fā)生于其細胞表面的受體識別入侵者的特征性分子（如LPS）或能提供信號提示先天免疫系統(tǒng)正忙于戰(zhàn)斗的CK（如Mφ分泌的TNF），DC會離開組織，遷移至最近的淋巴結(jié)。在此過程中，其儲備的MHCⅡ類分子與來自戰(zhàn)區(qū)的抗原裝載，同時上調(diào)MHCⅠ類分子的表達，增加B7產(chǎn)生，故具備了激活初始T的條件,DC表面標(biāo)志,樹突狀偽足 組合性表面標(biāo)志,CD1a、CD11c、CD83,MHC-II

8、類分子,協(xié)同刺激分子CD80、CD86,黏附分子CD40、CD54,特點：激活初始T細胞,,DC來源、組織分布與分類,來源： 淋巴系DC、髓系DC,命名：DC根據(jù)分布或分化程度的不同而命名：,表皮、胃腸上皮,,朗格漢斯細胞,實質(zhì)器官結(jié)締組織,,間質(zhì)樹突狀細胞,,并指樹突狀細胞,外周免疫器官淋巴濾泡區(qū),,濾泡狀樹突狀C,外周免疫器官胸腺依賴區(qū) 胸腺髓質(zhì)區(qū),朗格漢斯細胞(Langerhans cell LC) 位于表

9、皮和胃腸道上皮部位的未成熟DC，具有較強攝取和加工處理抗原的能力，但其免疫刺激能力較弱。間質(zhì)性DC（interstitial DC） 主要分布在某些非淋巴組織間質(zhì)中的DC，屬不成熟DC，其攝取和加工處理抗原的能力較強，但不能遞呈抗原激發(fā)免疫應(yīng)答。隱蔽細胞(veiled cell) 為輸入淋巴管和淋巴液中遷移形式的DC，由淋巴引流區(qū)的局部皮膚或粘膜組織中攜帶抗原的DC遷移而來。并指狀DC(interdigit

10、ating DC IDC) 存在于外周淋巴組織的胸腺依賴區(qū)，是由LC或間質(zhì)性DC移行至淋巴結(jié)而衍生的成熟DC，具有較強的免疫激發(fā)作用。,樹突狀細胞的分化、發(fā)育、成熟及遷移,前體階段 功能在于產(chǎn)生各種髓系DC。 未成熟期 未成熟DC主要存在于多種實體器官及非淋巴組織的上皮（LC，間質(zhì)性DC ）。 表型特征：表達一些膜受體，具有很強的內(nèi)吞、加工、處理抗原的能力，但僅表達低水平共刺激分子和粘附分子，刺激初始T細胞的

11、能力較弱。遷移期 通過淋巴和血液循環(huán)進入淋巴結(jié)（體液中的DC） 。,樹突狀細胞的分化、發(fā)育、成熟及遷移,成熟期 成熟期DC主要存在于淋巴結(jié)、脾及派氏集合淋巴結(jié)（ IDC、邊緣區(qū)DC ）。 表型特征：高表達MHC -I類分子、MHC -Ⅱ類分子、CD80(B7-1)、CD86(B7-2)、CD40、細胞間粘附分子(ICAM-1)和熱休克蛋白(HSP)等免疫刺激分子。 同時其攝取、處理抗原的能力下調(diào)。能有效地

12、將抗原遞呈給初始T細胞并使之激活。,非成熟DC與成熟DC：,非成熟DC具有極強的抗原攝取、加工和處理能力，但其表達MHC II類分子和共刺激分子、黏附分子水平低，故其提呈抗原和激發(fā)免疫應(yīng)答的能力較弱。非成熟DC可以分化成熟，在此過程中其抗原攝取加工能力顯著降低，但MHC分子、共刺激分子、黏附分子的表達顯著提高，故其提呈抗原和激發(fā)免疫應(yīng)答的能力很強。,樹突狀細胞的功能,攝取加工處理提呈抗原參與胸腺內(nèi)T細胞的陽性、陰性選擇參與免疫耐受

13、的誘導(dǎo)參與免疫記憶的維持調(diào)節(jié)免疫應(yīng)答,2. 巨噬細胞（macrophage, MФ）,由血液中的單核細胞分化而來。具有強大的吞噬功能（大吞噬細胞）?？赏ㄟ^三種方式攝取抗原。不能活化未致敏T細胞。靜止?fàn)顟B(tài)幾乎不表達 MHC和協(xié)同刺激分子。,,,,,,,,,,3. B細胞,主要加工和遞呈可溶性抗原。通過兩種方式攝取抗原：胞飲、受體介導(dǎo)通過BCR高效攝取抗原，具有濃集抗原的作用。組成性表達MHCII類分子，但不表達協(xié)

14、同刺激分子。通過BCR攝入抗原，能有效提呈低濃度抗原。,三、抗原加工和遞呈的途徑,經(jīng)典途徑： MHCⅠ類分子遞呈內(nèi)源性Ag----CD8+T MHCⅡ類分子遞呈外源性Ag------CD4+T非經(jīng)典途徑-----交叉致敏,（一）外源性抗原的加工遞呈,又稱為MHCⅡ類途徑。分為抗原的攝取、加工、 MHCⅡ類分子的合成與轉(zhuǎn)運、MHCⅡ類分子的組裝和抗原多肽的提呈幾個階段。,,M?,吞噬,顆粒Ag,DC,巨吞飲,B,BCR介

15、導(dǎo)的胞吞,1. 外源性抗原的攝取,1. 外源性抗原的攝取,通過胞吞外源性抗原由細胞外進入細胞內(nèi)，形成內(nèi)體。內(nèi)體：胞吞的抗原被質(zhì)膜包圍形成的空泡，是外源性抗原加工的場所。內(nèi)體經(jīng)歷早期、中期、晚期內(nèi)體幾個階段，逐漸成熟，最終與溶酶體融合。,2. 外源性抗原的加工,外源性抗原在內(nèi)體的酸性環(huán)境中被附著于內(nèi)體膜上的蛋白酶水解為多肽片段，并隨內(nèi)體轉(zhuǎn)運至溶酶體或融合為內(nèi)體/溶酶體。溶酶體及內(nèi)體是抗原提呈細胞加工處理外源性抗原的主要場所。溶酶體

16、含組織蛋白酶、過氧化氫酶等多種酶，且為酸性環(huán)境，可將蛋白抗原降解為適于與MHCⅡ類分子結(jié)合的肽。,Activation of Cathepsin B at low pH,At higher pH cathepsin B exists in a pro-enzyme form,Acidification of the endosome alters the conformation of the proenzyme to allow cl

17、eavage of the pro-region,,,Hence: drugs that alter acidification of the endosomes disturb exogenous antigen processing,3. MHC Ⅱ類分子的生物合成與轉(zhuǎn)運,合成場所：粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)MHC IIα/β二聚體與Ii鏈結(jié)合，形成（Iiαβ）3Ii鏈：Ia分子相關(guān)的不變鏈（Ia-associated invariant ch

18、ain, Ii鏈）CLIP：Ii鏈中81-104位氨基酸殘基的特殊肽段結(jié)構(gòu)，能與所有MHCⅡ類分子的抗原結(jié)合槽以不同親和力結(jié)合，稱為Ⅱ類分子結(jié)合的不變肽鏈（class II associated invariant peptide, CLIP),Need to prevent newly synthesised, unfolded self proteins from binding to immature MHC,Invariant

19、 chain stabilises MHC class II by non- covalently binding to the immature MHC class II molecule and forming a nonomeric complex,,,,,,,In the endoplasmic reticulum,MHC class II maturation and invariant chain,A peptide of

20、the invariant chain blocks the MHC molecule binding site.This peptide is called the CLass II associated Invariant chain Peptide (CLIP),Invariant chain CLIP peptide,Ii鏈的作用：,促進MHC II類分子α鏈與β鏈組裝和折疊及二聚體的形成。阻止MHC II類分子二聚體在ER

21、（粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)）內(nèi)與其他內(nèi)源性多肽結(jié)合。促進MHC II類分子二聚體在細胞內(nèi)的轉(zhuǎn)運。,4. MHCⅡ類分子的組裝,荷肽：MHC分子與抗原肽結(jié)合的過程， 在MⅡC和CⅡV中進行。MⅡC和CⅡV：MⅡC即MHCⅡ類腔室（MHC class Ⅱ compartment)，CⅡV即含MHCⅡ類分子的空泡（MHC class Ⅱ-cintaining vesicles),是富含外源性抗原肽和HLA-DM分子的內(nèi)體。,M

22、HCⅡ類分子荷肽過程：,（1）蛋白水解酶降解Ii鏈，CLIP與II類分子結(jié)合。（2）HLA-DM分子與HLAII-CLIP復(fù)合物結(jié)合。（3）CLIP脫離抗原結(jié)合槽，抗原結(jié)合槽處于開放狀態(tài)。（4）具有合適錨定基的高親和力外源性抗原肽進入抗原結(jié)合槽，HLA-DM解離。,Removal of CLIP,,?,How can the peptide stably bind to a floppy binding site?,Competi

23、tion between large number of peptides,,,,,,,,,,,,HLA-DM catalyses the removal of CLIP,MIIC compartment,HLA-DMReplaces CLIP with a peptide antigen using a catalytic mechanism (i.e. efficient at sub-stoichiometric levels)

24、Discovered using mutant cell lines that failed to present antigenHLA-DO may also play a role in peptide exchange,,5. 外源性抗原的遞呈,通過胞吐作用，空泡膜與細胞膜融合，外源性抗原肽-II類分子表達于APC表面，供CD4+T細胞識別。,Ag蛋白,,內(nèi)體,短肽,?、?鏈,,MHC II /li鏈,內(nèi)質(zhì)網(wǎng),,,Li被降解，

25、留CLIP與MHC結(jié)合,,HLA-DM,,MHC-肽復(fù)合物,MⅡC,,表達于C表面,Y,,,Pinocytosis,Phagocytosis,Membrane Igreceptor mediateduptake,,Uptake of exogenous antigens,Complement receptormediated phagocytosis,Fc receptor mediated phagocytosis,Uptake

26、 mechanisms direct antigen into intracellular vesiclesfor exogenous antigen processing,,,,Proteases produce ~24 amino acid long peptides from antigensDrugs that raise the pH of endosomes inhibit antigen processing,,Exo

27、genous pathway,,,Protein antigensIn endosome,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,Cathepsin B, D and L proteases are activated by the decrease in pH,,,,,,,,Class II associated invariant chain peptide (CLIP),,,,,,,,,(??inv)3 complexesdi

28、rected towardsendosomes byinvariant chain,Cathepsin L degrades Invariant chainCLIP blocks groove in MHC molecule,MHC Class IIcontaining vesiclesfuse with antigencontaining vesicles,（二）內(nèi)源性抗原的加工遞呈,又稱為MHCⅠ類途徑。分為內(nèi)源性抗原

29、的加工、轉(zhuǎn)運、MHCⅠ類類分子荷肽、遞呈幾個階段。,內(nèi)源性抗原的加工處理和提呈,病毒等微生物侵入易感宿主細胞（靶細胞）后，將其本身的遺傳物質(zhì)注入宿主細胞核內(nèi)，借助宿主細胞本身的轉(zhuǎn)錄和翻譯元件，最后在宿主細胞漿中合成具有異物性的蛋白質(zhì)抗原。,1. 內(nèi)源性抗原的加工,內(nèi)源性抗原被存在于胞漿內(nèi)的蛋白酶體 (proteasome)，即低分子量多肽（Low-molecular-weight polypeptide，LMP）降解成6-30個氨基酸殘

30、基的抗原肽。蛋白酶體：一種存在于大多數(shù)細胞內(nèi)的大分子多重蛋白酶復(fù)合體。,,Degradation in the proteasome,The components of the proteasome include MECL-1, LMP2, LMP7These components are induced by IFN-? and replace constitutive components to confer proteoly

31、tic properties.LMP2 & 7 encoded in the MHCProteasome cleaves proteins after hydrophobic and basic amino acids and releases peptides into the cytoplasm,Cytoplasmic cellular proteins, including non-self proteinsar

32、e degraded continuously by a multicatalytic protease of 28 subunits,,,,,,,,,,,2. 內(nèi)源性抗原肽的轉(zhuǎn)運,降解的抗原肽首先轉(zhuǎn)移至內(nèi)質(zhì)網(wǎng)（ER）腔內(nèi)與新組裝的MHC-I類分子結(jié)合。該過程依賴于ER表面的抗原加工相關(guān)轉(zhuǎn)運物（TAP）。TAP分子位于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)（ER）膜上，由兩個亞單位組成的異二聚體（ TAP1/2），TAP1和TAP2各跨ER膜6次，共同在ER膜上形成

33、跨膜孔道。,胞質(zhì)中的抗原肽先于TAP結(jié)合，TAP以ATP依賴的方式對肽進行主動轉(zhuǎn)運。抗原肽與TAP結(jié)合后，使TAP異二聚體結(jié)構(gòu)改變，孔道開放，抗原肽得以通過孔道進入ER腔內(nèi)。TAP可選擇性的將8-12個氨基酸殘基的肽轉(zhuǎn)運到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)。,2. 內(nèi)源性抗原肽的轉(zhuǎn)運,Transporters associated withantigen processing (TAP1 & 2),Transporter has preference

34、 for >8 amino acid peptideswith hydrophobic C termini.,,,ENDOPLASMIC RETICULUM,CYTOSOL,Peptide antigens produced in the cytoplasm are physically separated from newly formed MHC class I,,,,,,,,,,,,3. MHCⅠ類分子生成與組裝,MHC

35、I類分子α鏈和β2m在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中合成。MHC I類分子α鏈立即與伴侶蛋白結(jié)合。伴侶蛋白可以參與α鏈折疊，保護α鏈不被降解，參與α鏈和β2m組裝成完整的MHC I類分子，并參與MHC I類分子與TAP的結(jié)合。通過TAP1相關(guān)蛋白的作用結(jié)合于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)孔道的內(nèi)側(cè)口，并與內(nèi)源性抗原肽結(jié)合。,Calnexin bindsto nascentclass I? chainuntil ?2-M binds,,,,,,,B2-M binds and

36、 stabilises floppy MHC,Tapasin, 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

37、,4. 內(nèi)源性抗原肽的遞呈,結(jié)合了肽的I類分子在高爾基體中與TAP1相關(guān)蛋白解離，通過外吐空泡運送到細胞表面，供CD8+T細胞識別。,Fate of MHC class I,,MHC-Ⅰ類途徑,內(nèi)源性抗原（如病毒抗原、腫瘤抗原) 　　↓ 被細胞內(nèi)蛋白酶體(LMP)酶解 抗原肽（含8-13個aa） 　 ↓經(jīng)抗原肽轉(zhuǎn)運體(TAP)轉(zhuǎn)運至內(nèi)質(zhì)網(wǎng) 形成抗原肽/MHC -I分子復(fù)

38、合物 ↓ 轉(zhuǎn)運細胞表面 表達于細胞膜,,,MHC-I 分子+ 內(nèi)源性抗原肽MHC-II 分子+ 外源性抗原肽,CD8+ T細胞CD4+T細胞,1. 類型,2. 方式,MHC - 抗原肽 - TCR 免疫三分子復(fù)合體,CD4/CD8 MHC-Ⅱ/MHC-Ⅰ 輔助受體,協(xié)同刺激分子與多種黏附分子,抗原提呈的基本過程,,,,,3. 過程 （APC與T細胞的相互

39、作用）,非特異性結(jié)合（黏附分子）,,特異性識別（免疫三分子復(fù)合體 + 輔助受體）,,免疫突觸形成,（黏附分子表達增高、親和力增強）,,信號轉(zhuǎn)導(dǎo),,T細胞激活,,不識別（解離）,內(nèi)源性和外源性抗原加工途徑特點比較,（三）非經(jīng)典遞呈途徑----交叉遞呈,MHCI類分子也能遞呈外源性抗原，MHCII類分子也能遞呈內(nèi)源性抗原。不是抗原遞呈的主要方式。,MHC-Ⅰ類分子提呈外源性抗原,內(nèi)體與再循環(huán)的MHC-Ⅰ類分子結(jié)合內(nèi)體與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)融合外