Transcript 抗原的加工与递呈

第十一章 抗原的加工与递呈
T cells do not recognise native antigens
Y
Y
Y
Y
Y
Y
Y
BCR交联
YYY Y
Y Y Y Y
B
B B
B B BB
B B
活化增殖、产生抗体
T
T
无增殖
无CK产生
Y
Y
Antigens must be processed in order
to be recognised by T cells
T
Y
Soluble
native Ag
Cell surface
native Ag
Soluble
peptides
of Ag
抗原肽-MHC复合物
Cell surface
peptides
of Ag
抗原加工、递呈
无应答
无应答
无应答
无应答
T cell
response
基本内容
 基本概念
 抗原递呈细胞的种类
 抗原加工和递呈的途径
 抗原加工递呈的生理意义
一、基本概念




抗原加工：蛋白质抗原在细胞内被降解成能与MHC
分子结合的肽的过程。
抗原递呈：MHC分子与抗原肽结合，将其展示于细
胞表面供T细胞识别的过程。
内源性抗原：细胞内产生的蛋白质抗原，包括自身
抗原和非己抗原----MHCⅠ分子递呈。
外源性抗原：由细胞外摄入细胞内的蛋白质抗原，
包括非己抗原和自身抗原---MHCⅡ分子递呈。
二、抗原递呈细胞的种类

APC：即抗原递呈细胞，表达MHC和协
同刺激分子，能够摄取、加工、处理抗原，
并把抗原肽递呈给T细胞的一类特化的细
胞群，包括DC、巨噬细胞、活化的B细胞
和其他非专职APC。
APC的分类：


非专职APC：内皮细胞、上皮细胞、纤维
母细胞及脑内小胶质细胞等。
专职APC：DC、巨噬细胞、活化的B细胞
1. 树突状细胞(dendritic cell, DC)



由美国学者Steinman于1973年发现，因其伸出
树枝样突起而得名。1993年Inaba等用GM-CSF
体外扩增获得成功。
根据来源：分为髓系来源的DC和淋巴系来源的
DC。
根据分布：淋巴组织中的DC(并指状DC，边缘
区DC）；非淋巴样组织中的DC（间质性DC、
郎格罕斯细胞）；体液中的DC（隐蔽细胞，血
液DC）
图2-4 呈集落悬浮生长的成熟DC（ ×400）
Fig2-4 Mature DC suspended in media by colony（ ×400）
图2-5 呈散在生长的成熟DC（ ×400）
Fig2-5 scattered
mature DC（ ×400）
DC的特点及功能：




通过形态学、组合性表面标志及在混合淋巴细
胞反应中能够刺激初始T细胞增殖鉴定。
人DC的主要特征性标志为CD11c、CD1a、
CD83，是惟一能激活初始T细胞的APC。
是目前所知的机体内功能最强的APC，其抗原
递呈功能是巨噬细胞的10-100倍。
通过三种方式摄取抗原：巨吞饮、受体介导的
内吞作用、吞噬作用。
未成熟DC与成熟DC的区别：




摄取抗原的能力降低。
抗原加工、递呈功能增强。
MHC、协同刺激分子（CD80、CD86）、
黏附分子（LFA-1、ICAM-1）表达上调。
刺激T细胞增殖的能力增强。
2. 巨噬细胞（macrophage, MФ）





由血液中的单核细胞分化而来。
具有强大的吞噬功能（大吞噬细胞）。
可通过三种方式摄取抗原。
不能活化未致敏T细胞。
静止状态几乎不表达
MHC和协同刺激分子。
3. B细胞




主要加工和递呈可溶性抗原。
通过两种方式摄取抗原：胞饮、受体介导
通过BCR高效摄取抗原，具有浓集抗原的
作用。
组成性表达MHCII类分子，但不表达协同
刺激分子。
三、抗原加工和递呈的途径


经典途径：
MHCⅠ类分子递呈内源性Ag----CD8+T
MHCⅡ类分子递呈外源性Ag------CD4+T
非经典途径-----交叉致敏
（一）外源性抗原的加工递呈


又称为MHCⅡ类途径。
分为抗原的摄取、加工、 MHCⅡ类分子的
合成与转运、MHCⅡ类分子荷肽、递呈几
个阶段。
1. 外源性抗原的摄取



通过胞吞外源性抗原由细胞外进入细胞内，
形成内体。
内体：胞吞的抗原被质膜包围形成的空泡，
是外源性抗原加工的场所。
内体经历早期、中期、晚期内体几个阶段，
逐渐成熟，最终与溶酶体融合。
2. 外源性抗原的加工

外源性抗原在内体的酸性环境和各种组织
蛋白酶的作用下被降解成适于与MHCⅡ
类分子结合的肽。
3. MHC Ⅱ类分子的生物合成和转运




合成场所：粗面内质网
α/β二聚体与Ii链结合，形成Ii3α3β3
Ii链：Ia分子相关的不变链（Ia-associated
invariant chain, Ii链）
CLIP：Ii链中81-104位氨基酸残基的特殊肽
段结构，能与所有MHCⅡ类分子的抗原结合槽
以不同亲和力结合，称为Ⅱ类分子结合的不
变肽链（class II associated invariant
peptide, CLIP)
Ii链的作用：



帮助II类分子折叠和装配
阻止II类分子与ER中新合成的肽或内源性
抗原肽结合
引导II类分子进入内体
4. MHCⅡ类分子荷肽


荷肽：MHC分子与抗原肽结合的过程，
在M Ⅱ C和C ⅡV中进行。
M Ⅱ C和C ⅡV： M Ⅱ C即MHC Ⅱ 类区
室（MHC class Ⅱ compartment)，C ⅡV
即含MHCⅡ类分子的空泡（MHC class Ⅱcintaining vesicles),是富含外源性抗
原肽和HLA-DM分子的内体。
MHCⅡ类分子荷肽过程：




（1）蛋白水解酶降解Ii链，CLIP与II类分
子结合。
（2）HLA-DM分子与HLAII-CLIP复合物
结合。
（3）CLIP脱离抗原结合槽，抗原结合槽
处于开放状态。
（4）具有合适锚定基的高亲和力外源性
抗原肽进入抗原结合槽，HLA-DM解离。
5. 外源性抗原的递呈

通过胞吐作用，空泡膜与细胞膜融合，外
源性抗原肽-II类分子表达于APC表面，供
CD4+T细胞识别。
Uptake of exogenous antigens
Membrane Ig
receptor mediated
uptake
Y
Phagocytosis
Complement receptor
mediated phagocytosis
Pinocytosis
Y
Fc receptor mediated phagocytosis
Uptake mechanisms direct antigen into intracellular vesicles
for exogenous antigen processing
Receptor-mediated uptake enhances the
efficiency of the T cell response
Receptor-mediated
antigen uptake
Non-receptor
-mediated uptake
100
% of max.
T cell
response
75
50
25
0
10-3
10-2
10-1
Antigen gml-1
Exogenous pathway
Cell surface
Uptake
Protein antigens
In endosome
Endosomes
Increase
in acidity
To lysosomes
Cathepsin B, D and L proteases are activated by the decrease in pH
Proteases produce ~24 amino acid long peptides from antigens
Drugs that raise the pH of endosomes inhibit antigen processing
Activation of Cathepsin B at low pH
Loss of the proregion exposes the
catalytic site of the
protease
At higher pH cathepsin B
exists in a pro-enzyme form
Acidification of the
endosome alters the
conformation of the
proenzyme to allow
cleavage of the pro-region
Hence: drugs that alter
acidification of the
endosomes disturb
exogenous antigen
processing
MHC class II maturation and invariant chain
In the endoplasmic reticulum
Invariant chain stabilises MHC class
Need to prevent newly
II by non- covalently binding to the
synthesised, unfolded
self proteins from binding immature MHC class II molecule and
forming a nonomeric complex
to immature MHC
Invariant chain structure
Three extended peptides each bind into the grooves of three MHC class II
molecules to form the nonomeric complex
Invariant chain CLIP peptide
 and b chains of MHC
class II molecules
CLIP
A peptide of the invariant chain blocks the MHC molecule binding site.
This peptide is called the CLass II associated Invariant chain Peptide
(CLIP)
Class II associated invariant chain peptide (CLIP)
Cell surface
Uptake
(binv)3 complexes
directed towards
endosomes by
invariant chain
Endosomes
Cathepsin L degrades
Invariant chain
CLIP blocks groove in MHC
molecule
MHC Class II
containing vesicles
fuse with antigen
containing vesicles
Removal of CLIP
?
How can the peptide stably bind to a floppy binding site?
Competition between large number of peptides
HLA-DM assists in the removal of CLIP
HLA-DM
HLA-DR
HLA-DM: Crystallised without a peptide in the groove
In space filling models the groove is very small
HLA-DM
Single pocket in “groove”
insufficient to accommodate
a peptide
HLA-DR
Multiple pockets
in groove sufficient to
accommodate a peptide
HLA-DM catalyses the removal of CLIP
HLA-DM
Replaces CLIP with a
peptide antigen using a
catalytic mechanism (i.e.
efficient at substoichiometric levels)
Discovered using mutant
cell lines that failed to
present antigen
HLA-DR
HLA-DM
MIIC compartment
HLA-DO may also play a
role in peptide exchange
Sequence in cytoplasmic
tail retains HLA-DM in
endosomes
Surface expression of MHC class IIpeptide complexes
Exported to the cell surface (t1/2 = 50hr)
Sent to lysosomes for degradation
MIIC compartment sorts peptide-MHC complexes for surface expression or
lysosomal degradation
（二）内源性抗原的加工递呈


又称为MHCⅠ类途径。
分为内源性抗原的加工、转运、MHCⅠ类
类分子荷肽、递呈几个阶段。
1. 内源性抗原的加工


蛋白酶体：一种存在于大多数细胞内的大
分子多重蛋白酶复合体
蛋白酶体将胞内蛋白质降解，在LMP2和
LMP7的作用下产生6-10个氨基酸残基的
肽。
2. 内源性抗原肽的转运


由TAP选择性的将8-15个氨基酸残基的肽
转运到内质网。
TAP分子位于内质网膜上，其跨膜段在内
质网膜上环绕形成跨膜孔道。
3. MHCⅠ类分子荷肽


在内质网中进行
在钙联蛋白、钙网蛋白的协助下折叠形成
α/β2m二聚体，通过TAP1相关蛋白的作
用结合于内质网孔道的内侧口，并与内源
性抗原肽结合。
4. 内源性抗原肽的递呈

结合了肽的I类分子在高尔基体中与TAP1
相关蛋白解离，通过外吐空泡运送到细胞
表面，供CD8+T细胞识别。
Degradation in the proteasome
Cytoplasmic cellular proteins, including non-self proteins
are degraded continuously by a multicatalytic protease of 28 subunits
The components of the proteasome include MECL-1, LMP2, LMP7
These components are induced by IFN- and replace constitutive
components to confer proteolytic properties.
LMP2 & 7 encoded in the MHC
Proteasome cleaves proteins after hydrophobic and basic amino acids
and releases peptides into the cytoplasm
Crystal Structure Of The 20s Proteasome
From Yeast
View
End on
Peptide antigens produced in the cytoplasm are
physically separated from newly formed MHC class I
ENDOPLASMIC RETICULUM
Newly synthesised
MHC class I molecules
CYTOSOL
Peptides need
access to the ER in
order to be loaded onto
MHC class I molecules
Transporters associated with
antigen processing (TAP1 & 2)
Hydrophobic
transmembrane
domain
Lumen of ER
Peptide
ER membrane
Cytosol
Peptide
Peptide
Peptide antigens
from proteasome
ATP-binding cassette
(ABC) domain
Transporter has preference for >8 amino acid peptides
with hydrophobic C termini.
Maturation and loading of MHC class I
Peptide
Peptide
Peptide
Endoplasmic reticulum
B2-M
Calnexin binds
binds and
to nascent
stabilises
class I chain
floppy
until b2-M binds
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
Fate of MHC class I
Exported to the cell surface
Sent to lysosomes for degradation
Evasion of immunity by interference with endogenous
antigen processing
Peptide
Peptide
Endoplasmic reticulum
HSV protein blocks transport
of viral peptides into ER
Sent to lysosomes
for degradation
（三）非经典递呈途径----交叉递呈


MHCI类分子也能递呈外源性抗原，
MHCII类分子也能递呈内源性抗原。
不是抗原递呈的主要方式。
四、抗原加工递呈的意义


实现免疫系统对非己抗原的免疫监视作用
免疫调节作用
小 结
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


基本概念：APC
APC的种类
内外性抗原加工递呈的过程
生理意义