抗原提呈细胞与抗原的加工及提呈.ppt

抗原提呈细胞与抗原的加工及提呈,哈尔滨医科大学基础医学院免疫教研室 分子生物学馆411室 鞠环宇,学习目标,掌握：抗原提呈细胞的概念、种类及特点 熟悉：抗原提呈细胞对抗原的摄取和加工处理途径,能够加工抗原并以抗原肽-MHC分子复合物的形式将抗原肽提呈给T细胞的一类细胞，在机体的免疫识别、免疫应答与免疫调节中起重要的作用。,抗原提呈细胞 (antigen presenting cell, APC),一、抗原提呈细胞的分类,1.通过MHC类分子提呈外源性抗原的APC 专职APC (professional APC) 组成性表达MHC-类分子和协同刺激分子和黏附分子，抗原提呈能力强，包括巨噬细胞(M)、树突状细胞(dendritic cell, DC)和B细胞。 非专职性APC (non-professional APC) 诱导性表达MHC类分子，抗原提呈能力弱，包括内皮细胞、成纤维细胞、上皮细胞等。 2.通过MHC类分子提呈内源性抗原的APC 广义的APC 能够降解加工细胞内抗原并以抗原肽-MHC类分子复合物的形式提呈给CD8+T细胞,DC由美国学者 Steinman于1973年 首次在小鼠淋巴结中 发现，因其在成熟时 伸出许多树突状或伪足状突起而得名，是迄今所知的能刺激初始T细胞活化的主要专职APC。,一、 树突状细胞,（一）DC的来源、分布与表面标志 （二）树突状细胞的分化、发育与迁移 （三）树突状细胞的功能,主要内容,1. 来源,2 . DC的分布与分类,髓系前体阶段DC:功能为产生各种髓系DC Immature DC: 广泛分布于机体内，如上皮下及 多数组织器官心脏、肾脏，但大脑除外.高表达各种受体,功能为摄取加工处理抗原 迁移期DC:随迁移逐渐成熟 Mature DC: 淋巴组织,抗原提呈能力增强,DC的分类, 按照谱系来源分类,*髓样树突状细胞（myeloid dendritic cell，MDC） *淋巴样树突状细胞（lymphoid-derived dendritic cell， LDC）,按照组织分布分类,1）淋巴样组织中的DC 并指状DC (interdigitating cell，IDC)： 外周淋巴组织 胸腺依赖区 滤泡样DC (follicular DC，FDC)：淋巴滤泡生发中心 胸腺DC (thymic DC，TDC ) ：胸腺髓质 2）非淋巴样组织中的DC 郎罕细胞（Langerhans cell）: 表皮和上皮 间质性DC （interstitial DC）: 心肺肾肝胃间质 3）体液中的DC 隐蔽DC （veiled cell）：输入淋巴液 血液DC （peripheral blood DC）：外周血,3. DC的表面标志,DC尚未发现特征性的表面标志。对DC的鉴定除了在细胞形态上加以区别外，常用细胞表面标志组合等进行鉴别。 常见的DC表面标志有MHC-I、MHC-、CD11a、CD11c、ICAM-1、CD58 、CD40、CD44、CD83、CD80、CD86、整合素（1、2）、DC-SIGN、FcR、C3bR及各种趋化因子受体等。,（二）树突状细胞的分化、发育与迁移,骨髓DC前体,血流,非淋巴组织,分化,非成熟DC,定居,上皮组织、胃肠道、生殖道和 泌尿管道、气道以及实质脏器的间质,具有很强的摄取、处理和加工 抗原的能力，但提呈抗原能力弱,细胞因子和抗原刺激下,DC细胞成熟并迁移进入局部淋巴结,摄取、处理和加工抗原的能力变弱 ，但提呈抗原能力逐渐增强,外周未成熟DC从皮肤、各种脏器及血液等处捕获抗原后移行到淋巴结或脾脏等次级淋巴器官的过程，伴随着DC的成熟，表面标志发生一系列的变化。其过程受到诸多因素的影响，包括抗原的种类、各种细胞因子、与其它细胞间的相互作用等，形成复杂的调控机制。,影响DC成熟的因素,1、抗原的刺激：抗原的刺激是DC成熟的早期事件， 简言之，凡能被DC捕获并内化的抗原均能激活DC 并导致其成熟。,2、细胞因子：影响DC成熟的细胞因子种类较多，包括 GM-CSF、IL-4、TNF-、TGF-、IL-10等 。 目前得到公认的是GM-CSF为DC成熟所必需的细胞 因子，但单独使用GM-CSF并不能诱导DC完全成熟， 只有联合运用IL-4、TNF-或IFN-等细胞因子，才 能得到具有典型形态、表型及功能的DC。,DC的成熟,组织中未成熟DC - 强吞噬和吞饮作用 - 处理抗原能力强 - 低水平的MHC - 缺乏共刺激分子 - 提呈抗原能力弱 淋巴组织中成熟DC - 不再有吞噬能力 - 表达共刺激分子(B7-1, B7-2) - 高表达MHC和黏附分子 - 抗原提呈能力强,未成熟DC 成熟DC,主要功能 抗原捕获、加工处理 提呈抗原 Fc受体和甘露糖受体的表达 + 存在部位 非淋巴组织器官 外周淋巴组织 胞浆内MHC数量 多 少 表面MHC-类分子的数量 106 7106 表面MHC-类分子的半衰期 10hr 100hr 共刺激分子（B7等）的表达 或低表达 + 黏附分子(LFA-3,ICAM-1等)的表达 或低表达 + 活化初始T细胞的能力 无 强,未成熟DC与成熟DC的比较,（三）DC的生物学功能,1. 识别、摄取和加工抗原，参与固有免疫 2. 抗原提呈与免疫激活作用 3. 免疫调节作用 4. 免疫耐受的诱导与维持,1、识别、摄取和加工抗原，参与固有免疫,DC表达多种模式识别受体以及Fc受体，可识别多种微生物或抗原抗体复合物，通过胞饮作用、吞噬作用和受体介导的内吞作用等摄取抗原物质。 pDC活化后可快速产生I型干扰素，参与抗病毒固有免疫应答。,2、抗原提呈与免疫激活作用,1.提供初始T细胞活化的启动信号 2.成熟DC高表达共刺激分子为T细胞活化提供第二信号 3.产生的细胞因子进一步诱导活化的T细胞增殖和分化，从而启动完整免疫应答 4.DC能通过诱导Ig的类别转换和释放某些可溶性因子等促进B细胞增殖与分化,DC可分泌多种细胞因子,调节免疫功能。 人DC：IL-1、IL-1、IL-8、INF-、 TNF-和GM-CSF等； 小鼠DC：可分泌IL-6和IL-12等。 DC还可分泌多种趋化因子，介导其他免疫细胞的趋化作用。,3、免 疫 调 节,4、免疫耐受的诱导与维持 未成熟DC可诱导外周免疫耐受 不表达共刺激分子,不能激活T细胞,诱导T细胞失能,引起自身耐受; 诱生调节性T细胞,分泌IL-10,TGF-,抑制T细胞应答,促进外周耐受形成; 胸腺DC参与胸腺内T细胞的阴性选择,清除自身反应性T细胞，参与T细胞的中枢耐受.,骨 髓,血 液,组 织,多能干细胞,髓样干细胞,单核母细胞,前单核细胞,单核细胞,单核细胞,巨噬细胞 结缔组织：组织细胞 肺：肺泡巨噬细胞 肝：枯否细胞 脾与淋巴结：游走与固定巨噬细胞 浆膜腔：胸、腹腔巨噬细胞 神经组织：小胶质细胞 骨：破骨细胞 关节：滑膜A型细胞,二、单核吞噬细胞,表面标志,1. MHC类分子 2.FcR和CR1/3/4 3.趋化因子受体 4.其他受体 粘附分子（LFA-1,ICAM-1) 共刺激分子(B7,CD40) LPS受体(CD14)、 CKR等,单核-巨噬细胞的生物学功能 1.吞 噬 作 用,巨噬细胞吞噬细菌,2. 处理及提呈抗原,3.免疫调节 ：通过提呈抗原、产生和分泌各种细胞因子，产生补体系统分子及凝血因子、组织修复因子等；生成胞内酶类；产生某些神经肽及激素等发挥作用。 正调：产生IL-1/12，TNF- 负调：前列腺素、TGF- 4.抗肿瘤作用：直接杀伤、ADCC、激发抗瘤免疫 5.其他：致炎症、调节生血、止血、参与组织修复和再生等,三、B 细 胞,B细胞能持续表达MHC-II类分子，有效提呈抗原给CD4+Th细胞，也表达B7-1分子，对活化的Th细胞有协调刺激作用。 机制：BCR结合抗原决定簇，发生受体介导内吞作用，被吞入的抗原分子水解成抗原性多肽，与MHC-II类分子形成复合物，表达在B细胞表面，并提呈给CD4 + Th细胞，诱导Th细胞活化，而活化的Th细胞可选择性诱导特异性B细胞活化。,第二节 抗原的加工和提呈 （antigen processing and presentation）,将抗原加工处理、降解为抗原肽片段并与胞内MHC分子结合的过程称为抗原加工或处理.抗原肽片段与MHC分子结合形成复合物被T细胞的TCR识别的过程,称为抗原提呈。,一、APC提呈抗原的分类,* 外源性抗原(exogenous antigen)： 来源于细胞外的抗原，例如：被吞噬的细胞、细菌或蛋白质抗原等。通过溶酶体途径由MHC类分子提呈给CD4+T细胞。 * 内源性抗原(endogenous antigen)： 细胞内合成的抗原，例如：病毒感染的细胞内合成的蛋白、肿瘤细胞内合成的肿瘤抗原和某些细胞内的自身抗原等。通过胞质溶胶途径由MHC类分子提呈给CD8+T细胞。,外源性抗原,内源性抗原,-MHC分子抗原提呈途径 -MHC分子抗原提呈途径 -脂类抗原的CD1分子提呈途径 -非经典的抗原提呈途径,二、APC加工和提呈抗原的途径,外源性抗原被APC摄取、加工、处理为抗原肽，与MHC-II类分子形成抗原肽-MHC-II类分子复合物，表达于APC表面，供CD4+T细胞识别的过程。,溶酶体（MHC-II类分子)途径,Y,胞饮,吞噬,膜 Ig受体介导的内吞,（一）外源性抗原的摄取、加工和处理,补体受体介导的吞噬,Fc R介导的吞噬,调理作用,形成内体,与溶酶体融合成吞噬溶酶体 胞质中存在一种称为MHC类小室，与吞噬溶酶体融合，降解抗原多肽，大小适合MHC分子结合。,阻止新合成的未折叠的自身蛋白结合未成熟MHC-II类分子,Ii链通过非共价键结合未成熟MHC-II类分子，使之稳定，形成(Ii)3九聚体,在内质网钙联蛋白促进异二聚体折叠和组装,(二)抗原肽-MHC II类分子复合物的形成和转运,参与II类分子的组装和折叠； 封闭II类分子的肽结合槽 阻止II类分子与胞浆中内源性抗原结合 引导组装后的MHC-II类分子转运至MIIC,Ii 的作用,(Ii)3九聚体从高尔基体进入吞噬溶酶体,融合成MIIC，在此负载多肽片段.,Class II associated invariant chain peptide (CLIP) II类分子相关的恒定链肽段,(inv)3 complexes directed towards endosomes by invariant chain,Cathepsin L degrades Invariant chain CLIP blocks groove in MHC molecule,MHC Class II containing vesicles fuse with antigen containing vesicles,CLIP解离,?,多肽片段如何稳定结合于糟状结合位点？,HLA-DM 催化 CLIP的解离,MHC II-多肽复合物的表面表达,外源性抗原的提呈过程,溶 酶 体 途 径,外源性抗原 新合成的MHC-II类分子 （内质网中） 吞噬小体 li占据抗原结合槽 溶酶体 酸性蛋白酶 MIIC 吞噬溶酶体 li CLIP 蛋白酶作用 HLA-DM 降解成1318aa小肽 + CLIP脱落,暴露抗原结合槽 抗原肽-MHC II类分子复合物 转运至APC表面,供CD4+T细胞识别,吞噬、吞饮,胞质溶胶（MHC类分子）途径,内源性抗原被胞质溶胶中蛋白酶体降解为小分子抗原肽后，与 MHC-I类分子结合，形成抗原肽/ MHC-I类分子复合物，供CD8+T细胞识别的过程。 如病毒抗原、肿瘤抗原、组织抗原等主要经此途径提呈。,(一)抗原的加工处理,（）泛素化：,内源性抗原泛素,去折叠，成螺旋线形,脱去泛素,进入蛋白酶体降解,（）蛋白酶体的降解,蛋白酶体裂解蛋白成小分子多肽，释放到胞浆。,ENDOPLASMIC RETICULUM,CYTOSOL,(二)抗原肽-MHCI 复合物的形成和转运 胞浆中产生的抗原肽与ER内新合成的 MHC-I类分子隔离开来,（）抗原加工相关转运体Transporters associated with antigen processing (TAP1 & 2),转运体能转运8aa，具有疏水C端的多肽片段,钙联蛋白 结合I类分子 的 chain，直到 2m 链结合为止,b2m链结合并稳定MHC-I类分子,Tapasin, 钙网蛋白, TAP 1 & 2 与 MHC-I类分子形成复合物,胞浆多肽片段负载到MHC-I类分子上形成稳定的结构,（）MHC- I类分子的成熟及负载抗原,MHC I-抗原肽复合物的命运,胞质溶胶途径,内源性抗原 链、2m链合成