醫(yī)學(xué)免疫學(xué)第十一章：APC及抗原提呈(新)課件

1、醫(yī)學(xué)免疫學(xué)第十一章抗原提呈細(xì)胞及抗原提呈 概念抗原提呈細(xì)胞抗原的處理及提呈主 要 內(nèi) 容 能攝取、加工處理抗原，并將抗原提呈給T淋巴細(xì)胞的一類免疫細(xì)胞，在機(jī)體免疫應(yīng)答中發(fā)揮重要作用，也稱輔佐細(xì)胞（accessory cell）抗原提呈細(xì)胞(antigen- presenting cell, APC) 專職APC(professional APC) 能組成性表達(dá)MHC-II類分子和T細(xì)胞活化的共刺激分子，抗原提呈能力強(qiáng)，包括單核-巨噬細(xì)胞(M)、樹突狀細(xì)胞(dendritic cell,DC)和B細(xì)胞等 非專職APC(non-professional APC) 誘導(dǎo)性（炎癥過程中、或受到INF-

2、誘導(dǎo)）表達(dá)MHC-II類分子，抗原提呈能力弱，包括內(nèi)皮細(xì)胞、成纖維細(xì)胞、上皮細(xì)胞等抗原提呈細(xì)胞目前對APC的定義機(jī)體有核細(xì)胞能將內(nèi)源性蛋白抗原降解處理為多肽片段，后者與MHC類分子結(jié)合為復(fù)合物表達(dá)在細(xì)胞表面，并提呈給CD8+T細(xì)胞。以前曾不將此類細(xì)胞歸于嚴(yán)格意義上的APC，而是稱其為靶細(xì)胞，但近年亦將其稱為APC所有表達(dá)MHC分子并能處理和提呈抗原的細(xì)胞幾類主要APC的分布及其主要特性抗 原 提 呈（antigen presentation） 抗原提呈細(xì)胞將抗原加工處理、降解為抗原肽片段并與胞內(nèi)MHC分子結(jié)合，以抗原肽/MHC分子復(fù)合物的形式提呈給T細(xì)胞識別的過程 概念抗原提呈細(xì)胞 -樹突狀細(xì)

3、胞 -單核-吞噬細(xì)胞系統(tǒng) -B細(xì)胞抗原提呈主 要 內(nèi) 容樹突狀細(xì)胞由美國學(xué)者Steinman于1973年發(fā)現(xiàn)體內(nèi)功能最強(qiáng)的專職APC最大特點(diǎn)-能刺激初始T細(xì)胞增殖是機(jī)體免疫應(yīng)答的啟動(dòng)者（一）樹突狀細(xì)胞的來源、分化和種類GM-CSFTNF-aIL-4分化、發(fā)育和遷移前體期-隋系前體細(xì)胞存在于骨髓、外周血、臍血及胎肝中未成熟期-主要存在于多種實(shí)體器官及非淋巴組織遷移期-主要存在于輸入淋巴管、外周血、肝血液及淋巴組織成熟期-主要存在于淋巴結(jié)、脾及派氏集合淋巴結(jié)MenuFB樹突狀細(xì)胞的分化、發(fā)育和遷移樹突狀細(xì)胞分布與命名Langerhans cell: 表皮和上皮interstitial DC: 心肺

4、腎肝胃間質(zhì)peripheral blood DCveiled cell：輸入淋巴管和淋巴液interdigitating DC (IDC)：外周淋巴組織胸腺依賴區(qū)thymic DC (TDC)：胸腺髓質(zhì)follicular DC (FDC)：淋巴濾泡幾類主要APC的分布及其主要特性（二）DC的生物學(xué)功能 抗原提呈功能吞飲作用-細(xì)胞吞入液態(tài)物質(zhì)或極微小顆粒的過程稱為吞飲或胞飲。DC能吞飲大量胞外溶液，并有效攝取低濃度抗原（10-10mol/L）受體介導(dǎo)的內(nèi)吞作用-機(jī)制為：大分子物質(zhì)首先被細(xì)胞膜表面特異性受體識別并與之結(jié)合，經(jīng)過內(nèi)化并通過膜囊泡系統(tǒng)完成物質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)，包括BCR特異性結(jié)合抗原后的內(nèi)吞、

5、FcR、補(bǔ)體受體、甘露糖受體等介導(dǎo)的內(nèi)吞作用 吞噬作用-細(xì)胞非特異性吞入較大顆?；蚍肿訌?fù)合物（如細(xì)菌、細(xì)胞碎片等）的過程，僅處于某些特定發(fā)育階段的DC具有一定吞噬功能表面捕獲-FDC通過FcR和C3bR捕獲并滯留于細(xì)胞表面 抗原被DC攝入后，經(jīng)加工、處理、被提呈給T細(xì)胞 調(diào)節(jié)免疫應(yīng)答 DC的生物學(xué)功能*強(qiáng)的吞飲作 用*受體介導(dǎo)的內(nèi)吞(FcR/CR/ 甘露糖受體）*吞噬作用*表面捕獲(FDC)FcR和C3bR抗原提呈免疫調(diào)節(jié)* 激活初始T細(xì)胞，啟動(dòng)免疫應(yīng)答*分泌細(xì)胞因子，調(diào)節(jié)免疫細(xì)胞分化發(fā)育*分泌趨化性細(xì)胞因子，趨化T/B細(xì)胞*利用未成熟DC誘導(dǎo)免疫耐受 概念抗原遞呈細(xì)胞 -樹突狀細(xì)胞 -單核-

6、吞噬細(xì)胞系統(tǒng) -B細(xì)胞抗原遞呈主 要 內(nèi) 容 骨 髓 血 液 組 織多能干細(xì)胞髓樣干細(xì)胞單核母細(xì)胞前單核細(xì)胞單核細(xì)胞 單核細(xì)胞巨噬細(xì)胞 結(jié)締組織：組織細(xì)胞 肺：肺泡巨噬細(xì)胞 肝：枯否細(xì)胞 脾與淋巴結(jié)：游走與固定巨噬細(xì)胞 漿膜腔：胸、腹腔巨噬細(xì)胞 神經(jīng)組織：小膠質(zhì)細(xì)胞 骨：破骨細(xì)胞 關(guān)節(jié)：滑膜A型細(xì)胞單核吞噬細(xì)胞系統(tǒng)細(xì)胞的分化和分布 1. 表面標(biāo)志 MHC-I/II類抗原、粘附分子（LFA-1,ICAM-1)、共刺激分子(B7,CD40)、FcR、補(bǔ)體受體(CR1/3/4)、LPS受體(CD14)、CKR等2. 產(chǎn)生多種酶及分泌功能 -產(chǎn)生溶酶體酶、髓過氧化物酶、活性氧等 -分泌細(xì)胞因子、補(bǔ)體、

7、凝血因子等 -產(chǎn)生前列腺素、白三烯、ACTH、內(nèi)啡肽等單核吞噬細(xì)胞系統(tǒng)生物學(xué)特征(mononuclear phagocyte system, MPS)吞 噬 作 用抗原提呈作用抗 原 提 呈（antigen presentation） 抗原提呈細(xì)胞將抗原加工處理、降解為抗原肽片段并與胞內(nèi)MHC分子結(jié)合，以抗原肽/MHC分子復(fù)合物的形式提呈給T細(xì)胞識別的過程 概念抗原遞呈細(xì)胞 -樹突狀細(xì)胞 -單核-吞噬細(xì)胞系統(tǒng) -B細(xì)胞抗原遞呈主 要 內(nèi) 容 B淋巴細(xì)胞參入體液免疫應(yīng)答的重要免疫細(xì)胞重要的專職APC高表達(dá)MHC-II類分子，能攝取、加工抗原，并將抗原肽- MHC-II類分子復(fù)合物表達(dá)于細(xì)胞表面，

8、提呈給Th細(xì)胞受刺激后可表達(dá)共刺激分子B7-1和B7-2無吞噬功能，主要通過BCR途徑和非特異性胞飲作用攝取抗原B淋巴細(xì)胞可通過BCR途徑和非特異性胞飲攝取抗原三種APC細(xì)胞特征比較 概念抗原提呈細(xì)胞抗原提呈 -胞質(zhì)溶膠途徑(MHC-類分子途徑) -溶酶體途徑(MHC-類分子途徑) -脂類抗原的CD1分子提呈途徑（MHC非依賴性的抗原提呈途徑）主 要 內(nèi) 容 抗 原 處 理（antigen processing) APC細(xì)胞將胞漿內(nèi)自身產(chǎn)生或攝入胞內(nèi)的抗原消化降解成一定大小的抗原肽片段，以適合與胞內(nèi)MHC分子結(jié)合，此過程稱抗原加工或抗原處理抗 原 提 呈（antigen presentatio

9、n） 抗原提呈細(xì)胞將抗原加工處理、降解為抗原肽片段并與胞內(nèi)MHC分子結(jié)合，以抗原肽/MHC分子復(fù)合物的形式提呈給T細(xì)胞識別的過程提呈抗原的來源* 外源性抗原(exogenous antigen)： 來源于APC外的抗原，通過溶酶體途徑（亦稱MHCII途徑）由MHCII類分子遞呈給CD4+T細(xì)胞* 內(nèi)源性抗原(endogenous antigen)： APC細(xì)胞內(nèi)合成的抗原，通過胞質(zhì)溶膠途（亦稱MHCI途徑）徑由MHCI類分子遞呈給CD8+T細(xì)胞Pathogens in Cytosol/Vesicles 概念抗原提呈細(xì)胞抗原提呈 -胞質(zhì)溶膠途徑 -溶酶體途徑 -CD1分子遞呈途徑 主 要 內(nèi) 容

10、胞質(zhì)溶膠途徑（MHC-I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(fù)合物，供CD8+T細(xì)胞識別的過程。如病毒抗原、腫瘤抗原，組織抗原等主要經(jīng)此途徑提呈內(nèi)源性抗原提呈途徑 內(nèi)源性抗原（如病毒抗原、腫瘤抗原) 胞質(zhì)被蛋白酶體酶解 抗原肽（含8-13個(gè)AA） 經(jīng)TAP轉(zhuǎn)運(yùn)至內(nèi)質(zhì)網(wǎng) 形成抗原肽/MHC-I類分子復(fù)合物 經(jīng)高爾基體轉(zhuǎn)運(yùn)至APC表面 提呈給CD8+T細(xì)胞識別Degradation in the proteasomeThe components of the proteasome include MECL-1,

11、LMP2, LMP7These components are induced by IFN- and replace constitutive components to confer proteolytic properties.LMP2 & 7 encoded in the MHCProteasome cleaves proteins after hydrophobic and basic amino acids and releases peptides into the cytoplasmCytoplasmic cellular proteins, including non-self

12、 proteinsare degraded continuously by a multicatalytic protease of 28 subunitsProteasome, the Cytosolic Meat Grinder That Chops Up ProteinsCrystal Structure Of The 20s ProteasomeFrom YeastViewEnd onENDOPLASMIC RETICULUMCYTOSOLPeptide antigens produced in the cytoplasm are physically separated from n

13、ewly formed MHC class INewly synthesisedMHC class I moleculesPeptides needaccess to the ER inorder to be loaded onto MHC class I moleculesER membraneLumen of ERCytosolTransporters associated withantigen processing (TAP1 & 2)Transporter has preference for 8 amino acid peptideswith hydrophobic C termi

14、ni.TAP-1TAP-2PeptideTAP-1TAP-2PeptideTAP-1TAP-2PeptideTAP-1TAP-2PeptideTAP-1TAP-2PeptideTAP-1TAP-2PeptideTAP-1TAP-2PeptideTAP-1TAP-2PeptideTAP-1TAP-2PeptideTAP-1TAP-2PeptideER membraneLumen of ERCytosolTAP-1TAP-2PeptideATP-binding cassette(ABC) domainHydrophobictransmembranedomainPeptide antigensfro

15、m proteasomeEndoplasmic reticulumCalnexin bindsto nascentclass I chainuntil 2-M bindsTAP-1TAP-2PeptideTAP-1TAP-2PeptideTAP-1TAP-2PeptideTAP-1TAP-2PeptideTAP-1TAP-2PeptideTAP-1TAP-2PeptideTAP-1TAP-2PeptideTAP-1TAP-2PeptideTAP-1TAP-2PeptideTAP-1TAP-2PeptideTAP-1TAP-2PeptideB2-M binds and stabilises fl

16、oppy MHCTapasin, calreticulin, TAP 1 & 2 form a complex with the floppy MHCCytoplasmic peptides are loaded onto the MHC molecule and the structure becomes compactMaturation and loading of MHC class IFate of MHC class ISent to lysosomes for degradation Exported to the cell surface內(nèi)源性抗原提呈的MHC-I類分子途徑Me

17、nuFB內(nèi)源性抗原提呈途徑 內(nèi)源性抗原（如病毒抗原、腫瘤抗原) 胞質(zhì)被蛋白酶體酶解 抗原肽（含8-13個(gè)AA） 經(jīng)TAP轉(zhuǎn)運(yùn)至內(nèi)質(zhì)網(wǎng) 形成抗原肽/MHC-I類分子復(fù)合物 轉(zhuǎn)運(yùn)至APC表面 提呈給CD8+T細(xì)胞識別MenuFB 概念抗原提呈細(xì)胞抗原提呈 -胞質(zhì)溶膠途徑 -溶酶體途徑 -CD1分子提呈途徑 主 要 內(nèi) 容 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(fù)合物，表達(dá)于APC表面，供CD4+T細(xì)胞識別的過程溶酶體（MHC-II類分子途徑)YYPinocytosisPhagocytosisMembrane Igreceptor mediat

18、eduptakeYUptake of exogenous antigensComplement receptormediated phagocytosisYFc receptor mediated phagocytosisopsonizationProteases produce 24 amino acid long peptides from antigensDrugs that raise the pH of endosomes inhibit antigen processingEndosomesExogenous pathwayIncreasein acidityCell surfac

19、eTo lysosomesUptakeProtein antigensIn endosomeCathepsin B, D and L proteases are activated by the decrease in pHPathway for Peptide+MHC-II Formation, from Endocytosis Proteins into Vesicles to Formation of Peptides on MHC-IINeed to prevent newly synthesised, unfolded self proteins from binding to im

20、mature MHC Invariant chain stabilises MHC class II by non- covalently binding to the immature MHC class II molecule and forming a nonomeric complexIn the endoplasmic reticulumMHC class II maturation and invariant chain 參與II類分子的組裝和折疊； 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(dǎo)組裝后的MHC-II類分子轉(zhuǎn)運(yùn)至小室Ii 的作用CLIP：cla

21、ss II-associated invariant chain peptideEndosomesCell surfaceUptakeClass II associated invariant chain peptide (CLIP)(inv)3 complexesdirected towardsendosomes byinvariant chainCathepsin L degrades Invariant chainCLIP blocks groove in MHC moleculeMHC Class IIcontaining vesiclesfuse with antigencontai

22、ning vesiclesRemoval of CLIP?How can the peptide stably bind to a floppy binding site?Competition between large number of peptidesHLA-DM catalyses the removal of CLIPMIIC compartmentHLA-DMReplaces CLIP with a peptide antigen using a catalytic mechanism (i.e. efficient at sub-stoichiometric levels)Di

23、scovered using mutant cell lines that failed to present antigenHLA-DO may also play a role in peptide exchangeSequence in cytoplasmic tail retains HLA-DM in endosomesHLA-DMHLA-DRMIIC compartment sorts peptide-MHC complexes for surface expression orlysosomal degradationSurface expression of MHC class

24、 II-peptide complexesExported to the cell surface (t1/2 = 50hr)Sent to lysosomes for degradation MHC-II Goes from Golgi (G) to MHC-II Compartment (MIIC) Where Peptide Loading OccursLoading of MHC-II With Peptides From the ExteriorMenuFB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） 吞噬小體 li占據(jù)抗原結(jié)合槽 溶酶體 蛋白酶 MIIC

25、吞噬溶酶體 li CLIP 蛋白酶作用 DM降解成1318AA小肽 + CLIP脫落,暴露抗原結(jié)合槽 抗原肽/MHC II類分子復(fù)合物 轉(zhuǎn)運(yùn)至APC表面,供CD4+T細(xì)胞識別吞噬、內(nèi)吞、吞飲MenuFB 概念抗原提呈細(xì)胞抗原提呈 -胞質(zhì)溶膠途徑 -溶酶體途徑 -CD1分子提呈途徑 主 要 內(nèi) 容CD1分子提呈途徑1. CD1的特征分五型：CD1A、B、C、D、E, 與b2m組成二聚體；與MHCI/II類分子有30%同源性，無多態(tài)性CD1表達(dá)于專職APC表面，還可存在于內(nèi)體/溶酶體腔室中，酸性環(huán)境改變其構(gòu)象，與抗原結(jié)合2. 抗原提呈特征主要提呈糖脂或脂類抗原，特別是分支桿菌的某些成分提呈給CD4+T、CD8+T、CD4-CD8-T、NK1.1T細(xì)胞脂類抗原的CD1分子提呈途徑抗原提呈的三條途徑小 結(jié) MPS的生物學(xué)功能。 成熟與未成熟DC的生物學(xué)特征及DC 的生物學(xué)功能。 試述胞質(zhì)溶膠抗原提呈途徑的過程。 試述溶酶體抗原提呈途徑的過程。MenuFBMenuFBMenuFBThe Ins and Outs of Antigen PresentationFunction of Antigen Presenting CellsAPC Present Exogenous Antigens to CD4 T CellsFunction of Antigen Presenting Cel