抗原提呈細胞與抗原的加工及提呈

1、抗原提呈細胞與抗原的加工及提呈,哈爾濱醫(yī)科大學基礎(chǔ)醫(yī)學院免疫教研室分子生物學館411室鞠環(huán)宇,學習目標,掌握：抗原提呈細胞的概念、種類及特點熟悉：抗原提呈細胞對抗原的攝取和加工處理途徑,能夠加工抗原并以抗原肽-MHC分子復合物的形式將抗原肽提呈給T細胞的一類細胞，在機體的免疫識別、免疫應答與免疫調(diào)節(jié)中起重要的作用。,抗原提呈細胞(antigen presenting cell, APC),一、抗原提呈細胞的分類,1.通過MHCⅡ

2、類分子提呈外源性抗原的APC①專職APC (professional APC) 組成性表達MHC-Ⅱ類分子和協(xié)同刺激分子和黏附分子，抗原提呈能力強，包括巨噬細胞(Mφ)、樹突狀細胞(dendritic cell, DC)和B細胞。②非專職性APC (non-professional APC) 誘導性表達MHCⅡ類分子，抗原提呈能力弱，包括內(nèi)皮細胞、成纖維細胞、上皮細胞等。2.通過MHCⅠ類分子提呈內(nèi)源性抗原的APC廣

3、義的APC能夠降解加工細胞內(nèi)抗原并以抗原肽-MHCⅠ類分子復合物的形式提呈給CD8+T細胞,DC由美國學者Steinman于1973年首次在小鼠淋巴結(jié)中發(fā)現(xiàn)，因其在成熟時伸出許多樹突狀或偽足狀突起而得名，是迄今所知的能刺激初始T細胞活化的主要專職APC。,,,一、 樹突狀細胞,,（一）DC的來源、分布與表面標志（二）樹突狀細胞的分化、發(fā)育與遷移（三）樹突狀細胞的功能,主要內(nèi)容,,,,,,,1. 來源,,2 . DC的分布

4、與分類,髓系前體階段DC:功能為產(chǎn)生各種髓系DCImmature DC: 廣泛分布于機體內(nèi)，如上皮下及 多數(shù)組織器官心臟、腎臟，但大腦除外.高表達各種受體,功能為攝取加工處理抗原遷移期DC:隨遷移逐漸成熟Mature DC: 淋巴組織,抗原提呈能力增強,,,DC的分類,⑴ 按照譜系來源分類,*髓樣樹突狀細胞（myeloid dendritic cell，MDC）*淋巴樣樹突狀細胞（lymphoid-d

5、erived dendritic cell， LDC）,按照組織分布分類,1）淋巴樣組織中的DC 并指狀DC (interdigitating cell，IDC)： 外周淋巴組織 胸腺依賴區(qū) 濾泡樣DC (follicular DC，F(xiàn)DC)：淋巴濾泡生發(fā)中心 胸腺DC (thymic DC，TDC ) ：胸腺髓質(zhì)2）非淋巴

6、樣組織中的DC 郎罕細胞（Langerhans cell）: 表皮和上皮 間質(zhì)性DC （interstitial DC）: 心肺腎肝胃間質(zhì)3）體液中的DC 隱蔽DC （veiled cell）：輸入淋巴液 血液DC （peripheral blood DC）：外周血,,,,,3. DC的表面標志,DC尚未發(fā)現(xiàn)特征性的表面標志。對DC的鑒定除了在細胞形態(tài)上加以區(qū)別外，常用細胞表面標志

7、組合等進行鑒別。常見的DC表面標志有MHC-I、MHC-Ⅱ、CD11a、CD11c、ICAM-1、CD58 、CD40、CD44、CD83、CD80、CD86、整合素（β1、β2）、DC-SIGN、FcR、C3bR及各種趨化因子受體等。,,（二）樹突狀細胞的分化、發(fā)育與遷移,骨髓DC前體,,血流,非淋巴組織,,分化,非成熟DC,,,定居,上皮組織、胃腸道、生殖道和泌尿管道、氣道以及實質(zhì)臟器的間質(zhì),,具有很強的攝取、處理和加工抗原的

8、能力，但提呈抗原能力弱,,細胞因子和抗原刺激下,DC細胞成熟并遷移進入局部淋巴結(jié),,攝取、處理和加工抗原的能力變?nèi)?，但提呈抗原能力逐漸增強,外周未成熟DC從皮膚、各種臟器及血液等處捕獲抗原后移行到淋巴結(jié)或脾臟等次級淋巴器官的過程，伴隨著DC的成熟，表面標志發(fā)生一系列的變化。其過程受到諸多因素的影響，包括抗原的種類、各種細胞因子、與其它細胞間的相互作用等，形成復雜的調(diào)控機制。,影響DC成熟的因素,,,1、抗原的刺激：抗原的刺激是DC成熟

9、的早期事件， 簡言之，凡能被DC捕獲并內(nèi)化的抗原均能激活DC 并導致其成熟。,2、細胞因子：影響DC成熟的細胞因子種類較多，包括 GM-CSF、IL-4、TNF-α、TGF-β、IL-10等 。 目前得到公認的是GM-CSF為DC成熟所必需的細胞 因子，但單獨使用GM-CSF并不能誘導DC完全成熟， 只有聯(lián)合運用IL-4、TNF-α或IFN-α等細胞因子

10、，才 能得到具有典型形態(tài)、表型及功能的DC。,,,DC的成熟,組織中未成熟DC- 強吞噬和吞飲作用- 處理抗原能力強 - 低水平的MHC- 缺乏共刺激分子 - 提呈抗原能力弱淋巴組織中成熟DC- 不再有吞噬能力- 表達共刺激分子(B7-1, B7-2)- 高表達MHC和黏附分子- 抗原提呈能力強,,未成熟DC 成熟DC,主要功能

11、 抗原捕獲、加工處理 提呈抗原Fc受體和甘露糖受體的表達 ++ －存在部位 非淋巴組織器官 外周淋巴組織胞漿內(nèi)MHC數(shù)量 多

12、 少表面MHC-Ⅱ類分子的數(shù)量 ～106 ～7×106表面MHC-Ⅱ類分子的半衰期 ～10hr ＞100hr共刺激分子（B7等）的表達 －或低表達 ++黏附分子(LFA-3,ICAM-1等)的表達 －或低表達

13、 ++活化初始T細胞的能力 無 強,,,未成熟DC與成熟DC的比較,（三）DC的生物學功能,1. 識別、攝取和加工抗原，參與固有免疫2. 抗原提呈與免疫激活作用3. 免疫調(diào)節(jié)作用4. 免疫耐受的誘導與維持,1、識別、攝取和加工抗原，參與固有免疫,DC表達多種模式識別受體以及Fc受體，可識別多種微生物或抗原抗體復合物，通過胞飲

14、作用、吞噬作用和受體介導的內(nèi)吞作用等攝取抗原物質(zhì)。pDC活化后可快速產(chǎn)生I型干擾素，參與抗病毒固有免疫應答。,2、抗原提呈與免疫激活作用,1.提供初始T細胞活化的啟動信號2.成熟DC高表達共刺激分子為T細胞活化提供第二信號3.產(chǎn)生的細胞因子進一步誘導活化的T細胞增殖和分化，從而啟動完整免疫應答4.DC能通過誘導Ig的類別轉(zhuǎn)換和釋放某些可溶性因子等促進B細胞增殖與分化,,DC可分泌多種細胞因子,調(diào)節(jié)免疫功能。人DC：IL-1α

15、、IL-1β、IL-8、INF-α、 TNF-α和GM-CSF等；小鼠DC：可分泌IL-6和IL-12等。DC還可分泌多種趨化因子，介導其他免疫細胞的趨化作用。,3、免 疫 調(diào) 節(jié),4、免疫耐受的誘導與維持未成熟DC可誘導外周免疫耐受不表達共刺激分子,不能激活T細胞,誘導T細胞失能,引起自身耐受;誘生調(diào)節(jié)性T細胞,分泌IL-10,TGF-β,抑制T細胞應答,促進外周耐受形成;胸腺DC參與胸腺內(nèi)T細胞的陰性選擇

16、,清除自身反應性T細胞，參與T細胞的中樞耐受.,骨 髓,血 液,組 織,多能干細胞,髓樣干細胞,單核母細胞,前單核細胞,單核細胞,單核細胞,巨噬細胞 結(jié)締組織：組織細胞 肺：肺泡巨噬細胞 肝：枯否細胞 脾與淋巴結(jié)：游走與固定巨噬細胞 漿膜腔：胸、腹腔巨噬細胞 神經(jīng)組織：小膠質(zhì)細胞 骨：破骨細胞 關(guān)節(jié)：滑膜A型細胞,,,,,,,,,二、單核

17、吞噬細胞,表面標志,1. MHCⅡ類分子2.FcR和CR1/3/43.趨化因子受體4.其他受體 粘附分子（LFA-1,ICAM-1) 共刺激分子(B7,CD40) LPS受體(CD14)、 CKR等,單核-巨噬細胞的生物學功能1.吞 噬 作 用,巨噬細胞吞噬細菌,2. 處理及提呈抗原,3.免疫調(diào)節(jié) ：通過提呈抗原、產(chǎn)生和分泌各種細胞因子，產(chǎn)生補體系統(tǒng)分子及凝血因子、組織修復因子等；生成

18、胞內(nèi)酶類；產(chǎn)生某些神經(jīng)肽及激素等發(fā)揮作用。 正調(diào)：產(chǎn)生IL-1/12，TNF-α 負調(diào)：前列腺素、TGF-β4.抗腫瘤作用：直接殺傷、ADCC、激發(fā)抗瘤免疫5.其他：致炎癥、調(diào)節(jié)生血、止血、參與組織修復和再生等,三、B 細 胞,B細胞能持續(xù)表達MHC-II類分子，有效提呈抗原給CD4+Th細胞，也表達B7-1分子，對活化的Th細胞有協(xié)調(diào)刺激作用。機制：BCR結(jié)合抗原決定簇，發(fā)生受體介導內(nèi)吞作用，被吞入的抗原分子水解

19、成抗原性多肽，與MHC-II類分子形成復合物，表達在B細胞表面，并提呈給CD4 + Th細胞，誘導Th細胞活化，而活化的Th細胞可選擇性誘導特異性B細胞活化。,第二節(jié) 抗原的加工和提呈 （antigen processing and presentation）,將抗原加工處理、降解為抗原肽片段并與胞內(nèi)MHC分子結(jié)合的過程稱為抗原加工或處理.抗原肽片段與MHC分子結(jié)合形成復合物被T細胞的TCR識別的過程,稱為抗原提呈。,,,一

20、、APC提呈抗原的分類,* 外源性抗原(exogenous antigen)： 來源于細胞外的抗原，例如：被吞噬的細胞、細菌或蛋白質(zhì)抗原等。通過溶酶體途徑由MHCⅡ類分子提呈給CD4+T細胞。* 內(nèi)源性抗原(endogenous antigen)： 細胞內(nèi)合成的抗原，例如：病毒感染的細胞內(nèi)合成的蛋白、腫瘤細胞內(nèi)合成的腫瘤抗原和某些細胞內(nèi)的自身抗原等。通過胞質(zhì)溶膠途徑由MHCⅠ類分子提呈給CD8+T細胞。,外源性抗原,內(nèi)源性抗原

21、,-MHCⅡ分子抗原提呈途徑-MHCⅠ分子抗原提呈途徑-脂類抗原的CD1分子提呈途徑 -非經(jīng)典的抗原提呈途徑,二、APC加工和提呈抗原的途徑,外源性抗原被APC攝取、加工、處理為抗原肽，與MHC-II類分子形成抗原肽-MHC-II類分子復合物，表達于APC表面，供CD4+T細胞識別的過程。,溶酶體（MHC-II類分子)途徑,Y,,,胞飲,吞噬,膜 Ig受體介導的內(nèi)吞,,（一）外源性抗原的攝取、加工和處理,補

22、體受體介導的吞噬,Fc R介導的吞噬,,,,調(diào)理作用,形成內(nèi)體,與溶酶體融合成吞噬溶酶體胞質(zhì)中存在一種稱為MHCⅡ類小室，與吞噬溶酶體融合，降解抗原多肽，大小適合MHCⅡ分子結(jié)合。,阻止新合成的未折疊的自身蛋白結(jié)合未成熟MHC-II類分子,Ii鏈通過非共價鍵結(jié)合未成熟MHC-II類分子，使之穩(wěn)定，形成(Ii)3九聚體,,,,,,,在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)鈣聯(lián)蛋白促進異二聚體折疊和組裝,(二)抗原肽-MHC II類分子復合物的形成和轉(zhuǎn)運,參與II類分子

23、的組裝和折疊；封閉II類分子的肽結(jié)合槽 ?阻止II類分子與胞漿中內(nèi)源性抗原結(jié)合引導組裝后的MHC-II類分子轉(zhuǎn)運至MIIC,Ii 的作用,,,,(Ii)3九聚體從高爾基體進入吞噬溶酶體,融合成MIIC，在此負載多肽片段.,,,,,,,,,,Class II associated invariant chain peptide (CLIP)II類分子相關(guān)的恒定鏈肽段,,,,,,,,,(??inv)3 complexesd

24、irected towardsendosomes byinvariant chain,Cathepsin L degrades Invariant chainCLIP blocks groove in MHC molecule,MHC Class IIcontaining vesiclesfuse with antigencontaining vesicles,,,CLIP解離,,?,多肽片段如何穩(wěn)定結(jié)合于糟狀結(jié)合位點？,,

25、,,,,,,,,,,,,HLA-DM 催化 CLIP的解離,,,,MHC II-多肽復合物的表面表達,外源性抗原的提呈過程,溶 酶 體 途 徑,外源性抗原 新合成的MHC-II類分子 （內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中） 吞

26、噬小體 li占據(jù)抗原結(jié)合槽 溶酶體 酸性蛋白酶 MIIC 吞噬溶酶體 li CLIP 蛋白酶作用

27、 HLA-DM降解成13?18aa小肽 + CLIP脫落,暴露抗原結(jié)合槽 抗原肽-MHC II類分子復合物 轉(zhuǎn)運至APC表面,供CD4+T細胞識別,,,,,,,,,吞噬、吞飲,,,胞質(zhì)溶膠（MHCⅠ類分子）途徑,內(nèi)源性抗原被胞質(zhì)溶膠中蛋白酶體降解為小分子抗原肽后，與 MHC-I類分子結(jié)合，形成抗原肽/ MHC-I類分子復

28、合物，供CD8+T細胞識別的過程。 如病毒抗原、腫瘤抗原、組織抗原等主要經(jīng)此途徑提呈。,,,(一)抗原的加工處理,（１）泛素化：,內(nèi)源性抗原＋泛素,去折疊，成螺旋線形,,,脫去泛素,進入蛋白酶體降解,,,,（２）蛋白酶體的降解,蛋白酶體裂解蛋白成小分子多肽，釋放到胞漿。,,,,,,,,,,,,,,,ENDOPLASMIC RETICULUM,CYTOSOL,(二)抗原肽-MHCI 復合物的形成和轉(zhuǎn)運胞漿中產(chǎn)生的抗原肽與ER

29、內(nèi)新合成的MHC-I類分子隔離開來,,,,,,,,,,,,,,（３）抗原加工相關(guān)轉(zhuǎn)運體Transporters associated withantigen processing (TAP1 & 2),轉(zhuǎn)運體能轉(zhuǎn)運>8aa，具有疏水C端的多肽片段,,,鈣聯(lián)蛋白 結(jié)合I類分子的? chain，直到 ?2m鏈結(jié)合為止,,,,,,,b2m鏈結(jié)合并穩(wěn)定MHC-I類分子,Tapasin, 鈣網(wǎng)蛋白, TAP 1 &

30、2 與 MHC-I類分子形成復合物,胞漿多肽片段負載到MHC-I類分子上形成穩(wěn)定的結(jié)構(gòu),（４）MHC- I類分子的成熟及負載抗原,,,MHC I-抗原肽復合物的命運,,胞質(zhì)溶膠途徑,內(nèi)源性抗原 α鏈、β2m鏈合成

31、 （內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中） 結(jié)合泛素 伴隨蛋白結(jié)合 進入蛋白酶體 TAP轉(zhuǎn)運 6~30aa進入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)

32、 MHC-I類分子組裝成二聚體 抗原肽-MHC I類分子復合物 轉(zhuǎn)運至APC表面,供CD8+T細胞識別,,,,,胞質(zhì)處理轉(zhuǎn)運,,,線形,＋,MHCⅠ類和Ⅱ類分子抗原提呈途徑的比較,小結(jié),思考題,概念：APC，抗原加工/處理，抗原提呈填空： - 人體內(nèi)功能最強的APC是( )。 - 唯