第七章抗原的加工递呈和T细胞对抗原的识别文档格式.docx
《第七章抗原的加工递呈和T细胞对抗原的识别文档格式.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第七章抗原的加工递呈和T细胞对抗原的识别文档格式.docx（21页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
（一）巨噬细胞
巨噬细胞（MΦ）属单核巨噬细胞系统，是APC中具有强大吞噬能力的细胞。
它能够吞噬大的颗粒性抗原，因此在加工和递呈胞外病原体和颗粒性抗原中起重要作用。
静止的MΦ只表达少量的MHCⅡ类分子，而且完全不表达协同刺激分子。
MΦ在吞噬病原体后，或在CD4+T细胞分泌的IFN-γ和TNF-β的作用下，诱导性表达MHCⅡ类分子、协同刺激分子B7（CD80和CD86）和粘附分子。
MΦ表面表达多种受体，如甘露糖受体、LPS受体、葡聚糖受体等，它们通过与病原体表面相应配体的结合而促进MΦ摄人病原体。
而MΦ表面的补体CR1和Fc受体则促进MΦ摄入经补体和抗体调理的抗原。
大多数病毒以及非病原体抗原常常不能诱导MΦ表达MHCII类和协同刺激分子。
（二）树突细胞
树突细胞（DC）起源于骨髓干细胞，分属两个不同的谱系。
一个来自髓样前体细胞，和单核吞噬细胞谱系有关，称为DC1，如间质树突细胞和郎格罕细胞；
另一种来自淋巴样前体细胞，称为DC2。
不同DC在组织分布、表型和功能上有所区别。
未成熟的DC分布于各种组织中，成熟DC存在于脾脏和淋巴结等二级淋巴器官中。
组织中的DC有两个特点。
首先，它们具有摄人抗原和加工抗原的能力。
DC能通过巨胞饮（macropinocytosis）和受体介导的内吞作用摄入抗原。
近来认为DC也具有吞噬作用。
第二，MHCⅡ类分子和协同刺激分子积累在内体和溶酶体中，而不在细胞表面表达，所以不能激活未致敏T细胞。
DC在外周摄取抗原后被激活，运动能力增强，经淋巴管进入引流淋巴结。
DC从外周进入淋巴结的过程中分化成成熟DC，并发生一系列表型的改变：
①它们失去主动摄入抗原的能力，只能被动摄入病毒抗原和细菌毒素；
②细胞表面MHCII类和MHCI类分子表达水平依次增高；
③高表达协同刺激分子。
外周DC在免疫应答中的作用可能是将感染部位的抗原运送到淋巴组织，在淋巴组织中激活再循环的T细胞。
淋巴结中的DC主要集中在T细胞区，这些DC高表达MHCI类和Ⅱ类分子、协同刺激分子（B7-1，B7-2，CD40）和粘附分子（ICAM—1，ICAM-3和LFA-3），所以具有很强的激活未致敏T细胞的能力。
但淋巴结中的DC不具有吞噬能力，不能从胞外液中摄取抗原。
这就意味着它们专门用来递呈病毒肽，也可能包括细菌毒素，因为病毒和细菌毒素本身具有进入细胞的能力。
DC递呈的病毒谱很广。
DC可通过MHCI类和Ⅱ类分子递呈病毒肽，激活CD8+和CD4+T细胞。
近来的研究显示DC1和DC2可分别激活Thl和Th2。
（三）B细胞
B细胞不具吞噬能力，但它们能通过抗原受体即细胞膜表面IgM特异性地摄取可溶性抗原。
B细胞高表达MHCⅡ类分子，但不组成性表达B7。
许多微生物成分，如LPS可诱导B细胞表达B7。
所以细菌佐剂可诱导机体对可溶性蛋白质产生应答。
B细胞的抗原递呈功能在胸腺依赖抗原诱导的抗体产生中起重要作用。
三类APC在组织分布、摄入抗原的方式、MHCⅡ类分子和协同刺激分子的表达、递呈抗原的种类等方面有一定的区别（表7-1）。
三类APC加工、递呈抗原的能力互相补充，使免疫系统能对所有的抗原产生应答。
二、抗原递呈分子
（一）MHCI类和MHCⅡ类分子
主要组织相客性复合体MHCI类和II类分子构成两种蛋白质抗原递呈系统，它们分别向CD8+和CD4+T细胞递呈抗原肽。
关于MHC分子与肽的相互作用参见第四章：
下面主要介绍CDl分子参与的第3类抗原递呈系统。
（二）CDl分子
近年来在抗原递呈研究中发现，分化抗原CDl分子能够递呈脂类抗原，供一些具有特殊表型的T细胞亚群识别。
CDl分子是细胞表面的糖蛋白。
在结构上和进化起源上，CDl分子与MHC基因编码的抗原递呈分子有关。
在细胞膜上，CDl分子也与β2-m非共价结合，构成异二聚体。
CDl分子膜外结构域与MHCI类和II类的氨基酸同源性约30％。
这些结构上的特点提示，CDI与MHCI类和Ⅱ类基因起源于同一祖先，它们在哺乳动物进化早期过程中的某一个时刻分成了两个独立的谱系。
1．CDl分类：
根据氨基酸同源性，CDl分子分成两组，分别具有不同的组织分布和功能。
人CDla、CDlb和CDlc属于第1组，CDld属于第2组。
CDle的归属未定。
小鼠中未发现与人第1组CDl对应的分子，其CDld则包括CDldl和CDId2。
2．CDl分子结构：
从近年来获得的小鼠CDld分子晶体的X线衍射图可以看出，CD1分子的三维结构在总体上与MHCI类和Ⅱ类分子是十分相似的。
CDl分子膜外的第3个结构域（α3）也具有Ig样折叠，并与一个β2-m非共价结合。
与MHC分子一样，CDl分子的α1和α2结构域构成抗原结合部位。
把CDldl分子与H-2Kb分子的晶体结构图以β2-m分子为基准重叠在一起，可以看出两者在结构上，特别是在α1和α2结构上存在一些重要的差别：
①CDld分子α3不能与CD8或CD4分子结合。
②CDld分子的抗原结合槽比MHCI类的更深、更狭但容量更大；
③MHCI类分子抗原结合槽中的一些保守残基在CDld分子中为一些较小的残基所取代，并且构成一个大袋（A’袋）和一个F袋。
CDId分子的A’袋壁由疏水残基组成，因而不能与肽分子形成氢键网。
F袋壁也大多由疏水残基组成。
④CDId抗原结合槽的两端似乎是闭合的，而且在纵长上互相靠近，只留下从槽中央至F袋这一段槽口是开放的。
上述CDld分子抗原结合槽的结构特点提示，CDl分子的抗原结合槽不大可能容纳蛋白质抗原肽，而是适合于结合双链脂肪酸。
所以CDl分子可能是与脂类分子中的脂肪酸相结合，而脂类分子头部的极性基团，即亲水性酰基和糖基则暴露于CDl分子抗原结合槽外，或位于抗原结合槽入口处。
脂类抗原在CDl分子中的这样一种定位，使得其亲水的头部和CDla螺旋表面的一些残基一起构成供TCR识别的部位。
最近的研究结果确认，T细胞对CDlb递呈的糖脂如葡萄糖单霉菌酸酯（glucosemonomycolate，GMM）的识别是针对其糖基而不是针对脂肪链的。
3．CDl分子的分布：
第1组CDl高表达于胸腺上皮细胞和各种APC表面。
如CD1a和CDlc高表达于郎格罕细胞上，CDlb与CDlc表达在皮肤、肝、肺和淋巴器官DC的表面，而脾脏、血液和扁桃体的B细胞中20％-50％表达CD1c。
GM-CSF和IFN-γ可诱导上述细胞表达CDla，CDlb和CDlc。
第2组CDl分子（人CDld，小鼠CDldl和CD1d2）的组织分布尚不明确。
在人和小鼠胃肠道上皮及小鼠的造血细胞中存在第2组CDl分子。
（三）其他抗原递呈分子
包括非经典的I类抗原HLA-E和HLA-C。
这些抗原的等位基因数十分有限。
HLA-E主要递呈经典I类分子和HLA-G分子引导序列中的一个九肽，参与激活NK细胞的抑制性受体，在免疫调节和非特异免疫中起重要作用。
最近发现HLA-E也能够像其他经典I类分子一样递呈蛋白质抗原。
HLA-G分子的分布比较局限，主要存在于人类母-胎交界面、胸腺髓质和包膜下上皮细胞中。
HLA-G分子可直接活化NK细胞的另一类抑制性受体KIR（参见第二章）。
新近有研究揭示，HLA-G可能也具有递呈蛋白质抗原的能力。
第二节两条主要的抗原加工递呈途径
这里所叙述的两条途径分别加工递呈外源性抗原（exogenousantigens）和内源性抗原（endogenousantigens）。
外源性抗原和内源性抗原专指蛋白质抗原，不包括脂类抗原。
一、外源性抗原和内源性抗原
首先需要指出的是，内源性抗原并非自身抗原的同义词，外源性抗原也不等于非不等于非己抗原。
内源性抗原和外源性抗原的区分是根据它们在加工途径前所处的位置，即位于细胞内还是位于细胞外来确定的。
任何抗原，无论是自己的，还是非己的，如在胞质内加工，都称为内源性抗原，而进入内体加工的都称为外源性抗原。
因此，自身的蛋白质，如可溶性MHC分子，或细胞膜结合的蛋白质分子，如被APC摄人后进入内体加工，则虽为自身蛋白，也称为外源性抗原。
反之，在宿主细胞中复制的病毒在宿主细胞质中产生的病毒蛋白和胞内感染的病原体等虽属非自身蛋白，但由于存在于胞质内，也称为内源性抗原。
外源性抗原和内源性抗原在细胞内加工的部位、所结合的MHC分子种类以及与MHC分子发生结合的区室是截然不同的，加工过程中涉及的酶、细胞内转运过程中所需的信号或伴随蛋白等也是不同的。
下面详细叙述这两条不同的抗原加工和递呈途径。
二、外源性抗原加工递呈途径
（一）抗原来源
外源性抗原主要来自通过各种途径进入机体的非己抗原，包括非己蛋白和病原体及其产生的毒素。
病原体包括各种胞外感染的细菌、真菌、原虫和肠道寄生虫等。
寄生虫有弓形虫和血吸虫等。
非已蛋白包括细菌外毒素、各种用于免疫防治的类毒素等。
自身蛋白经APC摄入后也进入外源性抗原加工递呈途径。
事实上，体外培养的MΦ表面MHCⅡ类分子所递呈的肽中99％以上来自自身蛋白。
当然，在正常情况下，这些自身肽是不会被免疫系统当成抗原来识别的。
（二）抗原的加工递呈
1．抗原加工区室：
外源性抗原被APC摄取后，质膜将抗原包围，在胞质中形成空泡称为内体（endosomes）。
内体的功能是运输和降解被摄人的外源性抗原，并且是MHCII类小于荷肽的场所。
初形成的内体逐渐向胞质深部移动。
移动过程中，内体逐渐成熟，最终成为溶酶体。
在从初形成的内体到成为溶酶体的过程中，存在一系列连续变化的、结构不同的内体，如早期内体、中期内体和晚期内体等。
这些不同的内体在密度、pH、所含有的酶的种类、MHCII类分子浓度、HIA-DM分子（下述）浓度等方面是不同的，它们的超微结构也不一样。
内体／溶酶体中均为酸性环境，含有各种能降解蛋白、糖类、脂类和核酸的酶。
从早期内体向溶酶体演化的过程中，各种内体中的pH值逐渐降低，至溶酶体时达最低点。
内体／溶酶体中均为酸性环境为各种酶类提供了适宜的作用条件，也有利于HLA-DM与II类分子的相互作用。
II类分子与肽的结合可在各种不同的抗原加工区室（compartmentsforantigenprocessing）内发生，但主要在含有丰富的MHCⅡ类、HLA-DM和外源性抗原肽的内体中进行。
这类区室有以下两种。
在MΦ内，有一种介于内体与溶酶体之间的晚期区室，称为MHCⅡ类区室（MHCclassⅡcompartment，MIIC）。
在B细胞中存在另一种称为CIIV的区室（CIIV：
MHCclassⅡ-containingvesicles）。
CIIV可能是由早期和晚期内体产生的。
2．蛋白质抗原降解：
在APC的内体／溶酶体中含有大量的在酸性环境下作用的酶，L例如存在于溶酶体中的酶多达40余种，包括蛋白酶、核酸酶、糖苷酶、脂酶和磷酸酶等。
内体／溶酶体中的蛋白酶按照作用方式的不同分为两类。
第一类是内切酶，主要包括四种组织蛋白酶（cathepsins，以下简称Cath）：
CathD，CathE，CathL和CathS。
在外源性抗原加工中起到要作用的是CathL和CathS。
第二类是外切肽酶，外切肽酶中又分为两类，一类是组织蛋白酶，另一类是肽基二肽酶。
IFN-γ对CathS的活性有很强的上调作用。
内体／溶酶体中蛋白酶的特异性不是很严格的，各种蛋白酶可组成一个多重催化单（multi-catalyticunit）。
这意味着，只要有足够的时间，大多数蛋白质和肽都将在内体中被彻底降解，这一点对于MHCⅡ类分子荷肽是十分重要的。
MHCⅡ类分子须在蛋白质已部分降解而未被彻底降解之前，即表位产生之时，出现在适当的部位，即同时含有外源性抗原和HLA-DM分子的内体／溶酶体中，才能递呈外源性抗原肽。
外源性抗原在内体／溶酶体中降解产生肽，其中一些长度为13～18个甚至长到30个氨基酸的肽可以与适当的MHCⅡ类分子结合。
这些肽经Ⅱ类分子递呈后供CD4+T细胞识别。
3．MHCⅡ类分子从内质网向内体转运：
在内质网（ER）腔中，新合成的Ⅱ类分子的α和β链经过部分糖化后，配对、折叠，形成异二聚体，通过α和β链中疏水的跨膜段插入ER膜。
α和β链装配成MHCII类分子过程需有2种非多态性蛋白参与。
第一种是钙联素（calnexin），其主要作用是保证α和β链在装配成II分子的这程中适当地折叠。
第二种蛋白是Ii相关的不变链（1a-associatedinvariantchain），简称Ii链。
人Ii基因定位于第5号染色体，含8个外显子。
Ii链是一种Ⅱ型膜蛋白，表达于ER膜上。
其N端位于胞质内，C端位于ER腔中。
因拼接方式不同和翻译起点不同，人Ii链有4种变构体（isoform）。
Ii链分子中有4个序列与Ⅱ类分子递呈抗原有关（图7-1A）。
第一个序列位于第81～104位，共包含24个氨基酸残基。
这一序列的特别之处是它能与所有MHCⅡ类分子的抗原结合槽以不同程度的亲和力结合。
所以称为与Ⅱ类结合的不变链肽段（classII-associatedinvariantchainpeptide），简称CLIP。
第二个序列位于胞质内的N端，其中的一个双亮氨酸结构与Ii链引导Ⅱ类分子进入内体有关。
第三个序列位于153～183位，Ii分子通过这一序列聚合成3聚体。
在ER中，Ii链即以3聚体形式存在。
最后一个序列只存在于p41分子中，即由Ii基因的第6个外显子编码的结构域。
这一序列位于p41分子的第193～256位，它对CathL具有强大的抑制作用，能促进内体中外源性抗原肽的产生，从而促进Ⅱ类分子的抗原递呈作用。
CLIP几乎能与所有II类分子的抗原结合槽结合，这是因为其锚着残基是甲硫氨酸和丙氨酸。
甲硫氨酸能自由伸曲，而丙氨酸可以使CLIP与槽的不利接触减小到最低程度。
CLIP的这一特点使它在结合各种Ⅱ类分子时避免发生空间上的不协调，因而能与特异性各不相同的Ⅱ分子结合的同时，又能与Ⅱ类分子保持一定程度的亲和力。
Ⅱ类分子的α和β链在内质网中装配成Ⅱ类分子后，Ii链即通过CLIP与Ⅱ类分子结合，从而阻止Ⅱ类分子与ER中的内源性肽结合。
在内质网中Ii链以3聚体形式存在，3聚体中的每一个Ii链各自通过CLIP与一个αβ二聚体结合，组成一个9聚体（Ii3α3β3）（图7-1B）。
9聚体在Ii链N端胞质内序列的引导下，离开ER，经高尔基体外侧网络（trans-Golginetwork）进入内体。
4.Ii链在内体中降解：
Ii-II类9聚体进入内体后，在内体中蛋白水解酶CathL和CathS，特别是后者的作用下，逐步降解。
降解过程从Ii链的C端开始。
经3步降解后，剩下CLIP仍与Ⅱ类分子抗原结合槽相连。
5.Ⅱ类分子荷肽：
CLIP占据了Ⅱ类分子的抗原结合槽，阻碍后者与内体中的外源性抗原肽结合。
因此，只有使CLIP与Ⅱ类分子解离，Ⅱ类分子才能荷肽。
CLIP与Ⅱ类分子的解离由内体中的HLA-DM分子执行。
（1）HLA-DM及其功能：
HLA-DM是一种非经典Ⅱ类分子，存在于内体／溶酶体，即外源性抗原加工和Ⅱ类分子荷肽的区室中，以CIIV／和MIIC中含量最高。
DM分子由一条α链和一条β链组成。
α链和β链的第1个结构域α1和β1不形成抗原结合槽，所以不能与肽结合。
DM作用的最适PH是4．5～5．5，在pH6～7时仍有作用，所以在早期内体中也能行使功能。
在CLIP与Ⅱ类分子解离之前，HLA-DM与Ⅱ类分子先发生物理性结合。
这一结合引起Ⅱ类分子构象改变，使抗原结合槽中两条。
螺旋略微分离，破坏了CLIP与抗原结合槽形成的非共价键，CLIP因而从抗原结合槽解离。
DM分子则继续保持与Ⅱ类分子结合，以维持Ⅱ类分子的稳定性，直到有适当的外源性抗原肽进入抗原结合槽，DM分子始与Ⅱ类分子脱离。
一个DM分子每分钟可转换10～12个DR分子。
HLA-DM除了帮助Ⅱ分子荷肽外，还能与Ⅱ类分子／抗原肽结合，促使对Ⅱ类分子亲和力低的肽从Ⅱ类分子中解离，保证丁Ⅱ类分子与亲和力较高的肽结合。
DM对肽的这种选择作用称为“编选”（editing）。
现知，另一种位于Ⅱ类基因亚区中的HLA-DO分子对DM介导的肽交换有下调作用。
（2）Ⅱ类分子荷肽的其他方式：
在内体中，Ⅱ类分子除了与已经降解的、具有适当长度的肽结合外，可能还存在另一种荷肽方式，即一个蛋白质或一个长的多肽在与一个或数个Ⅱ类分子的抗原结合槽结合后再在酶的作用下降解。
这种荷肽方式有利于保护某些对酶敏感的决定簇不被破坏，并且使得Ⅱ类荷肽可在早期内体中进行，从而扩大了被递呈的决定簇的范围。
6.外源性抗原递呈：
至此，Ⅱ类分子荷肽过程结束。
最后通过胞吐空泡（exocyticvesicles）膜与细胞膜融合，Ⅱ举分子／抗原肽表达于APC表面，供CD4+T细胞识别。
在细胞表面的中性环境下，Ⅱ类分子／抗原肽复合物形成一种更为紧密和稳定的状态，细胞外液中的肽很难置换Ⅱ类中的肽。
（三）Ⅱ类荷肽的调节
在外源性抗原加工和递呈途径中，有4个因素可影响Ⅱ类分子对肽的选择：
①Ii链加工成CLIP的效率，这一效率与CathS的表达水平有关。
②HLA-DM表达水平。
③肽在具有大量蛋白酶的内体中持续存在的能力。
④MHCⅡ娄对肽和CLIP的相对亲和力。
以上4种因素中任何一种发生改变，都会明显影响Ⅱ类对肽的选择。
Ⅱ类分子与Ii的亲和力受MHC单元型影响。
用CathS特异性抑制剂阻断CLIP形成的实验证明了Ⅱ类分子／Ii相互作用的强弱能影响Ⅱ类分子荷肽。
在对Ii具有高亲和力的小鼠品系（I-Ab）中，内体中Ⅱ类荷肽显著减少。
在对Ii亲和力低的I-AS小鼠中，即使缺乏CathS也不影响Ⅱ类荷肽。
人类中发现HLA-DR3与Ii亲和力低而HLA-DR1与Ii亲和力高。
外源性抗原本身的性质也影响其在内体中的加工及与II类分子的结合。
虾与花生中的某些蛋白质具有明显的抗热、抗化学和抗酶的特性。
屋坐螨中几种变应原本身就是消化酶，能抵抗酶解而持续存在，因而容易被Ⅱ类分子俘获和递呈。
最后，HLA-DO分子也可以通过影响DM分子的活性而参与调节，这一点上面已经提到。
三、内源性抗原加工递呈途径
内源性抗原来源已在叙述外源性抗原来源时提及。
简言之，一切出现在胞质内的抗原均属内源性抗原。
在自身免疫病中，某些自身蛋白也成为内源性抗原。
（一）内源性抗原肽的产生
内源性抗原肽在胞质中产生。
内源性抗原在细胞内的降解过程与胞内其他蛋白质的降解并无本质区别。
在真核细胞中，蛋白质的合成是受严密调节的。
每一种蛋白都处于不断转换和新陈代谢中。
陈旧的蛋白不断地降解，被新产生的蛋白更新。
内源性抗原在胞质内的降解过程所利用的，实际上就是正常细胞内蛋白质转换的降解机制。
内源性抗原的降解过程可分为内源性抗原泛生物素化（polyubiquitination）和泛生物素化内源性抗原在蛋白酶体中降解两个步骤。
下面分别叙述。
1．内源性抗原泛生物索化：
泛生素（ubiquitin）是一种小分子多肽。
蛋白质在多种酶和ATP的作用下与泛生素结合。
泛生素的作用是引导与之结合的蛋白质进入蛋白酶体。
但并非所有的内源性抗原都必须泛生素化后才能进入内源性抗原加工途径。
有些蛋白质可能是在ER中，而不是在蛋白酶体中降解的。
2．内源性抗原在蛋白酶体中降解：
蛋白酶体（proteosome）是存在于细胞中的一种大分子量蛋白质水解酶复合体，具有广泛的蛋白水解活性。
动物细胞中蛋白酶体由20s的蛋白酶体和调节复合物（regulatorycomplex）组成。
调节复合物有2种，一种为19S，另一种为11S（PA28／REG），后者由IFN-γ诱导产生。
11S调节复合物与蛋白酶体组成免疫蛋白酶体．与ER相连，其产生的肽经TAP转运进入ER与MHCI类分子结合。
20s蛋白酶体的结构象一个中空的圆柱体，由4个圆环串接而成。
圆环中央是一个贯穿纵长直径为l～2nm的孔道。
每个圆环含有7个球形亚单位。
圆柱体两端的两个圆环均含α亚单位，中间2个圆环均含β亚单位。
真核细胞的蛋白酶体的每个β环各含3个催化亚单位（X，Y，Z）。
泛生素化的内源性抗原进入孔道后，在蛋白水解酶的作用下降解。
蛋白酶体中的蛋白水解酶能裂解3～4种不同类型的肽键。
蛋白水解作用之所以在蛋白酶体的中央孔道中进行，并要求蛋白质在泛生素化后才能进入中央孔道，可能是为了避免对胞质中各种蛋白质产生旁观者降解效应。
在IFN-γ诱导下，X、Y和Z三个亚单位分别被三个同源的亚单位替代，它们是LMP7、LMP2和MECL-1，这时的蛋白酶体就称为免疫蛋白酶体。
LMP是低分子量多肽（lowmolecu1arweightpeptide）的缩写。
LMP2和LMP7分别由位于MHCⅡ类区中的同名基因编码，这两种基因都只有非常有限的多态性。
LMP2和LMP7分子能影响蛋白酶体产生的肽的特性。
LMP2和LMP7使蛋白酶体对碱性和（或）疏水性残基下游肽键的水解作用增强。
因为MHCI类分子结合的肽末端均为疏水性或碱性残基，所以LMP2和LMP7有利于蛋白酶体产生能与MHCI类结合的肽。
IFN-γ对LMP2和LMP7的表达有上调作用。
IFN-γ诱导的另一个产
升级会员 