抗原提呈细胞与抗原的处理及提呈.ppt

1,第十一章 抗原提呈细胞与抗原的处理及提呈,2,T cells do not recognise native antigens,Y,Y,Y,Y,Y,Y,活化增殖、产生抗体,无增殖 无CK产生,BCR交联,T cell response,3,Antigens must be processed in order to be recognised by T cells,T cell response,无应答,无应答,无应答,无应答,抗原加工、提呈,4,抗原提呈：指APC将抗原加工处理，降解为多肽片段，以抗原肽-MHC分子复合物的形式提呈给T细胞的过程。 抗原提呈细胞 (antigen-presenting cell, APC)：又叫辅佐细胞。指能摄取、加工和处理抗原，并将加工后的产物以抗原肽-MHC复合物的形式表达在该细胞膜表面，提供给T细胞识别活化的一类高度专门化的细胞。,5,从广义上讲：抗原提呈细胞是指能表达被特异性T淋巴细胞识别的抗原肽:MHC分子复合物的任何细胞。肿瘤细胞、病毒感染的靶细胞能通过MHC I类分子提呈抗原主要是内源性抗原。 因此表达MHC I类分子的细胞属于广义的APC。,6,抗原提呈细胞主要包括专职和非专职APC两类,专职抗原提呈细胞：能组成性表达MHC II类分子，具有较强的抗原提呈作用的细胞。包括：B、DC、M 非专职抗原提呈细胞：执行抗原提呈时，非组成性表达MHC II类分子，抗原提呈能力弱的细胞。包括：内皮细胞、纤维母细胞、上皮及间皮细胞,7,8,9,10,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。,第一节 抗原提呈细胞的种类与特点,一、树突状细胞 (dendritic cells，DC),11,形态学呈现多分枝形状，具有抗原提呈功能的细胞。 机体内抗原提呈功能最强的细胞，能够刺激初始 (nave) T细胞增殖，因此DC是T细胞适应性免疫应答的始动者。在免疫应答中具有独特的地位。 是唯一能激活初始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。,12,呈集落悬浮生长的成熟DC（400）,13,呈散在生长的成熟DC（400）,14,15,（一）表面标志： 具有典型树突状形态、膜表面高表达MHC-II分子、能移行至淋巴器官和刺激初始细胞活化，并具有一些相对特异性表面标志的细胞。 未找到特异的表面标志。通过形态学、组合性细胞表面标志、在混合淋巴细胞反应（MLR）中能刺激初始T细胞增殖等三方面加以综合判断。 人DC的主要特征性标志为：CD1a、CD11c、CD83,16,DC表面标志 髓系DC： 以CD11、CD11、CD13，CD33为标志 人淋巴样DC： CD11c/CD123+/BDCA2+/CD45RA+/CD4+ 人DC主要特征性表面标志： CD1，CD11，CD83 小鼠DC特异性标志： 33D1，NLDC145,17,（二）来源、组织分布、分类,来源： 大多来自于骨髓内的髓样前体细胞 未成熟DC（骨髓内） 血液 外周非淋巴组织，受到病 原体感染或摄取抗原 外周淋巴 组织，发育成成熟DC。 也有来自于淋巴系的DC,根据来源：分为髓系来源的DC和淋巴系来源的DC。,18,19,20,除脑以外的全身脏器，仅占人外周血PBMC的1%以下，占小鼠脾的0.20.5。 分类： 淋巴样组织中的DC（并指状DC） 非淋巴样组织中的DC (朗格汉斯细胞, LC） 体液中的DC 隐蔽DC 血液中DC,根据分布：淋巴组织中的DC (并指状DC，边缘区DC、滤泡样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）,DC的组织分布与分类：,21,郎格汉斯细胞 (Langerhans cells),上皮组织中的LC（1，普通光镜）捕捉外来抗原后即进入引流淋巴结的T细胞区，成为IDC（2，扫描电镜照片）。,22,并指状树突细胞（interdigitating DC）,IDC表达高水平的II类MHC分子和共刺激分子B7，具有激活T细胞的能力。,23,B cells,FDC,滤泡树突细胞（follicular DC, FDC）,淋巴滤泡内的FDC通过Fc受体和补体受体捕获被致敏的抗原，并将其递呈给B细胞,24,（三）DC的分化、发育、成熟及迁移,正常情况下，机体内DC绝大多数处于未成熟阶段。摄取抗原或在某些炎性刺激因素作用下，分化成熟。 成熟过程中，同时发生迁移，由外周组织通过血循环或淋巴管向淋巴组织迁移。,25,前体阶段未成熟阶段迁移阶段成熟阶段,胎肝、脐血、骨髓、外周血,实体器官,输入淋巴管、外周血、肝血及淋巴组织中，启动T细胞产生IR。,淋巴结、脾等淋巴器官中, 抗原提呈刺激初始T细胞,26,未成熟DC与成熟DC区别： 未成熟DC： a.表达低水平的协调刺激分子和黏附分子 b.表达FcRII、甘露糖受体等 c.具有较强的摄取和加工处理抗原的功能 d.免疫激活能力较弱，即刺激初始（nave)T细胞的能力很弱 e.缺乏B7表达； f. 表达DEC205分子。 受炎症刺激因素的影响，从非淋巴组织进入淋巴组织并逐渐成熟；摄取抗原后也可自发成熟。,27,成熟DC： a.表达高水平MHC -I类和II类分子及高水平协同刺激分子（CD80、CD86）、黏附分子（LFA-1、ICAM-1） ； b.表达高水平B7（B7.1和 B7.2）分子； c.分泌趋化因子DC-CK 吸引初始T细胞； d.摄取加工处理抗原能力显著降低。 e.免疫激活能力增强：刺激T细胞增殖的能力增强。 活化T细胞后自身即出现凋亡,28,树突状细胞迁移成熟过程中生物学特性的变化,29,30,成熟髓样DC功能亚群 DC1亚群: 产生IL-12，诱导TH0向TH1细胞分化 DC2亚群: 产生IL-4，诱导TH0向TH2细胞分化 DC3亚群: 产生IL-10, 诱导免疫耐受,31,未成熟DC摄取抗原物质的三种方式： 巨吞饮、受体介导的内吞作用、吞噬作用。 A. 通过表面受体识别和吞噬抗原 - 如：DEC205受体和甘露糖受体等。 B. 通过巨胞饮作用（macropinocytosis） 非特异摄取抗原 - 如：郎格罕氏细 胞吞噬病原体（经皮肤感染） 局部淋巴结 递呈给T细胞识别。 另外，能递呈可诱发变态反应的蛋白质 性抗原、移植抗原、自身抗原。,32,DC与T细胞的相互作用,33,（四）树突细胞与免疫激活和免疫耐受,免疫激活： 直接激活T细胞 诱导B细胞Ig类别转换和调节B细胞发育。 免疫耐受: 参与中枢免疫耐受的诱导。,34,DC的生物学功能,*强的吞饮作用 *受体介导的 内吞 (FcR/CR/ 甘露糖受体） *吞噬作用,抗原提呈,免疫调节,* 激活初始T细胞， 启动免疫应答 *分泌细胞因子，调 节免疫细胞分化发育 *分泌趋化性细胞因子，趋化T/B细胞 *利用未成熟DC诱导免疫耐受,35,二、单核-巨噬细胞 抗原提呈作用与DC基本类似。,来源：巨噬细胞（macrophage，M）来源于血中 的单核细胞。 分布：全身组织器官和血液中 表面标志： 80种 CD14相对特异标志 提示：是机体内功能最为活跃的细胞之一。 特性：粘附玻璃塑料,M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。,36,表面标志,37,单核巨噬细胞的发育 骨髓 Stem cell 增殖 吞噬 粘附 骨髓 Pre-monocyte + - + 外周血 Monocyte + + + 组织 Macrophage - + +,38,分泌,细胞因子,酶,其它因子,杀伤肿瘤细胞,抗原呈递作用,IL-1,IL-6,IL-12,TNF-,IL-8,GM-CSF,前列腺素,白三烯,补体成分,纤维蛋白,结合蛋白,凝血因子,溶菌酶,酸性水解酶,赖氨酸酶,酯酶,胶原蛋白酶,弹性纤维蛋白酶,伤口修复,吞噬并杀伤 病原微生物,生物学功能,39,主要免疫学功能： （1）非特异性吞噬作用和活化后产物杀伤效应： A 毒性物质 - H2O2、O2-和NO B 抗微生物肽 C 酶类 （2）抗原提呈作用 - T细胞活化； （3）参与促进炎症反应 （4) 对肿瘤和病毒感染等靶细胞的杀伤作用 （5）免疫调节作用 - 分泌细胞因子 (IL-1、IL-6、IL-8、IL-12和TNF-等)。,40,单核巨噬细胞的功能：,胞吞作用（内化）,吞噬作用 胞饮 受体介导的胞吞,胞吐,加工和递呈抗原,胞吞,41,胞吞作用（endocytosis）： 指细胞膜接触大分子或颗粒状物质后，即将其包围形成小泡并吞入细胞内的转运过程，又称内化（internalization）,吞噬作用 胞饮 受体介导的胞吞,42,43,44,45,三、B细胞,主要加工和提呈可溶性抗原。 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MHC II类分子，但不表达协同刺激分子。 BCR识别、结合抗原 抗原内 化（internalization） 处理、 递呈给CD4+T细胞识别。,46,B细胞通过BCR结合抗原，浓集抗原并内化,提呈到细胞表面,B细胞对抗原的处理及提呈,抗原经加工处理、降解成有效的抗原肽与自身MHC-II类分子结合,47,三种APC细胞特征比较,48,第二节 抗原的处理和提呈,一、抗原的摄取 二、加工处理 三、提呈,49,抗原的加工、处理及提呈,抗原 加工处理降解为多肽片段 与MHC分子结合为多肽:MHC分子复合物 而转移至细胞表面 并与T细胞表面的TCR结合 成为TCR/抗原肽:MHC分子三元体 再被提呈给T淋巴细胞,50,一、抗原的摄取：,内源性抗原：来源于细胞内的抗原，在细胞内合成后直接被细胞加工处理并以抗原肽-MHC I类复合物形式提呈给CD8+T细胞。. 外源性抗原：来源于细胞外的抗原，须经APC摄取至细胞内才能被加工处理并以抗原肽-MHC复合物方式提呈给T细胞。,51,52,1. 未成熟DC摄取抗原的方式： 巨吞饮：吞入非常大量的液体 受体介导的内吞： 吞噬：,53,2. 巨噬细胞对抗原的摄取： 摄取方式（胞吞）： 吞噬 胞饮 受体介导的胞吞,54,3. B细胞摄取抗原的方式,以BCR特异性摄取抗原为主； 非特异性胞饮为辅。,55,二、抗原的加工处理,外源性抗原经MHC II类分子途径 内源性抗原经MHC I类分子途径,56,内源性抗原经MHC I 类分子途径：,内源性抗原 抗原肽 抗原肽-MHC I分子,复合物 细胞膜表面表达,蛋白酶体,内质网腔内,经高尔基体,57,1. 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。,58,2. 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。,59,3. MHC I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/2m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。,60,4. 内源性抗原肽的提呈,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。,61,62,外源性抗原经MHC II 类分子途径：,外源性抗原 抗原肽 抗原肽-MHC II分子,复合物 细胞膜表面表达,内体、溶酶体,经高尔基体,M II C,M II C： M IIC器室，富含 MHC II类分子的多层膜结构， 具有溶酶体的某些特性。,粗面内质网,63,1. 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。,64,2. 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MHC II类分子结合的肽。,65,3. MHC II类分子的生物合成和转运,合成场所：粗面内质网 /二聚体与Ii链结合，形成Ii333 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MHC II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),66,内质网中：MHC- II分子与Ii连接在一起形成（ Ii）九聚体。 M II C中：Ii链被降解，但在抗原结合槽内留有一小段，即II类分子相关恒定链多肽（CLIP），HLA-DM分子使二者解离，而与抗原多肽结合成复合物。 CLIP：class II-associated invariant chain peptide,67,Ii 的作用 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类分子转运至小室,68,4. MHC II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 II V中进行。 M II C和C IIV： M II C即MHC II 类区室（MHC class II compartment)，C II V即含MHC II类分子的空泡（MHC class II-cintaining vesicles)，是富含外源性抗原肽和HLA-DM分子的内体。,69,MHC II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。,70,5. 外源性抗原的提呈,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。,71,72,脂类经CD1途径（非经典MHC提呈途径）,糖脂类抗原 与CD1分子形成复合物 表达于抗原提呈细胞表面。,在内体内,73,CD1分子提呈途径 1. CD1的特征 分五型：CD1A、B、C、D、E, 与b2m组成二聚体； 与MHCI/II类分子有30%同源性，无多态性； CD1表达于专职APC表面，还可存在于内体/溶酶体腔室中，酸性环境改变其构象，与抗原结合。 2. 抗原提呈特征 主要提呈糖脂或脂类抗原，特别是分支杆菌的某些成分； 提呈给CD4+T、CD8+T、CD4-CD8-T、NK1.1T细胞。,74,抗原提呈：指转移至细胞表面的抗原肽与MHC分子结合的复合体被提呈给T细胞，并与其表面的TCR结合为TCR-抗原肽- MHC三元体，从而活化t细胞的全过程。,三、抗原的提呈,75,（一）抗原提呈的基本过程 细胞间的黏附 抗原特异性活化 协同刺激作用 细胞因子信号的参与,76,内源性抗原肽的提呈,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。,外源性抗原的提呈,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。,77,（二）MHC分子对抗原的交叉提呈现象,78,MHC I类分子 内源性抗原 MHC II类分子 外源性抗原,MHC分子对抗原的交叉递呈,79,滤泡样树突状细胞的扫描电镜图 （树突上的串珠样结构为捕获的抗原抗体复合物）,80,巨噬细胞伸出伪足捕获入侵的大肠杆菌,巨噬细胞对吞噬的细菌进行处理的示意图,81,82,对外源性抗原进行加工和提呈过程的总结,抗原呈递细胞通过吞噬或吞饮作用将抗原性异物摄入胞浆中，细胞膜质结构包裹的异物称为吞噬体（phagosome),吞噬体与胞浆中固有的溶酶体逐渐结合形成吞噬溶酶体（phagoly -sosome)，又称内体（endosome),借助于吞噬溶酶体内的酸性环境和某些蛋白酶类，将包裹于其中的蛋白行异物进行水解和降解成抗原肽片段,细胞内同步进行的MHC-II类基因在内质网中合成后进入高尔基体，最后以分泌小泡的形式与吞噬溶酶体融合,在融合体中上述形成的抗原肽和MHC-II类分子相互作用形成复合物,MHC-II类分子携带抗原肽表达于APC表面，供CD4+的T细胞识别,83,84,对内源性抗原进行加工和提呈过程的总结,病毒等微生物侵入易感宿主细胞（靶细胞）后，将其本身的遗传物质注入宿主细胞核内，借助宿主细胞本身的转录和翻译元件，最后在宿主系浆中合成具有异物性的蛋白质抗原,这种内源性抗原被存在于胞浆内的蛋白酶体（proteasome),即小分子聚合多肽体（Low-molecular-mass polypeptide,LMP)降解成抗原肽,通过抗原肽转运体（transporter of antigenic peptide, TAP）将胞浆内生成的抗原肽转运到内质网中，经加工修饰成为能与MHC-I类分子结合的抗原肽,抗原肽与内质网中合成的MHC-I类分子结合形成抗原肽-MHC-I类分子复合物,上述复合物通过高尔基体后，以分泌小泡的形式被运送到细胞表面，供CD8+的T细胞识别,85,细菌入侵后抗原提呈的基本种类和过程,86,APC与T细胞相互作用的电镜图,APC,T,87,本章提要 抗原提呈细胞包括树突状细胞、巨噬细胞和B细胞，以不同的方式摄取、处理抗原，通过MHCI类或II类分子将抗原提呈给CD8或CD4T细胞识别。,88,1属于专职性APC 的是 单核-巨噬细胞 B树突状细胞 淋巴细胞 D上列和两项 上列、和三项 2非专职性APC不包括 淋巴细胞 内皮细胞 上皮细胞 间皮细胞 纤维母细胞 3Birbeck颗粒可见于 巨噬细胞 单核细胞 朗格汉斯细胞 并指树突状细胞 E纤维母细胞 4能显著刺激初始型T细胞的APC是 A单核-巨噬细胞 BB细胞 DC TH细胞 ENK细胞 5仅能刺激已活化的或记忆性T细胞的APC是 AM BB细胞 CDC D上列和两项 上列、和三项 1E 2A 3C 4C 5D,89,6DC区别于其他APC的最大特点是 A能提呈抗原 B成熟时有树突状或伪足样突起 C能刺激已活化的T细胞 D能刺激记忆性T细胞 E能刺激初始型T细胞 7已知功能最强的APC是 AM BB细胞 CDC D纤维母细胞 E内皮细胞 8人DC比较特异性的标志不是 ACD31 BNLDC145 CCD83 D上列和两项 上列、和三项 9根据分布部位的不同可将DC大致分为 A淋巴样组织中的DC B非淋巴样组织中的DC C体液中的DC D上列和两项 上列、和三项 10不表达FcR和C3R的是 A单核-巨噬细胞 BFDC CIDC DLC EB淋巴细胞 6E 7C 8D 9E 10C,90,11不表达MHC 类分子的是 A单核-巨噬细胞 BFDC CIDC DLC EB淋巴细胞 12下列APC中有吞噬作用的是 AM BLC CIDC D和两项 、和三项 13无Birbeck颗粒的是 AM BIDC CLC D和两项 、和三项 14人DC的主要特征性标志为 ACD1a BCD11c CCD83 D上列和两项 上列、和三项 15小鼠DC比较特异性标志为 A33D1 BNLDC145 CCD1a D上列和两项 上列、和三项 11B 12D 13D 14E 15D,91,16根据来源可将DC分为以下两类 A髓系来源的DC和淋巴系来源的DC B淋巴样组织中的DC和非淋巴样组织中的DC C淋巴样组织中的DC和体液中的DC D骨髓来源的DC和胸腺来源的DC E多能造血干细胞来源的DC和前体细胞来源的DC 17目前判断DC只能通过 A形态学 B组合性细胞表面标志 C在MLR中能刺激初始T细胞增殖 D上列和两个方面综合判断 上列、和三个方面综合判断 18淋巴样组织中的DC主要包括 A并指状DC(IDC) B边缘区DC C滤泡样DC(FDC) D上列和两项 上列、和三项 19非淋巴样组织中的DC包括 A间质性DC B朗格汉斯细胞(LC) C并指状DC(IDC) D上列和两项 上列、和三项 20非淋巴样组织中的DC不包括 A并指状DC B滤泡样DC C边缘区DC D上列和两项 上列、和三项 16A 17E 18E 19D 20E,92,21淋巴样组织中的DC不包括 A间质性DC B朗格汉斯细胞(LC) C并指状DC(IDC) D上列和两项 上列、和三项 22不属于淋巴样组织中的DC的是 A间质性DC B朗格汉斯细胞(LC) C边缘区DC D上列和两项 上列、和三项 23不是淋巴样组织中的DC的是 A间质性DC B朗格汉斯细胞(LC) C滤泡样DC(FDC) D上列和两项 上列、和三项 24体液中的DC包括 A隐藏细胞(veiled cell) B血液DC C间质性DC D上列和两项 上列、和三项 25体液中的DC不包括 A并指状DC B边缘区DC C滤泡样DC(FDC) D上列和两项 上列、和三项 21D 22D 23D 24D 25E,93,26不属于体液中的DC的是 A间质性DC B朗格汉斯细胞(LC) C隐藏细胞(veiled cell) D上列和两项 上列、和三项 27不是体液中的DC的是 A间质性DC B朗格汉斯细胞(LC) C血液DC D上列和两项 上列、和三项 28不在体液中的DC之列的是 A并指状DC(IDC) B边缘区DC C间质性DC D上列和两项 上列、和三项 29DC成熟后 A其MHC分子、辅助刺激分子和黏附分子表达显著提高 B体外激发MLR能力很强 C摄取、加工Ag能力大大增强 D和两项 、和三项 30关于髓系DC成熟描述错误的是 A在摄取Ag或受到某些（主要是炎性信号）刺激后可以分化成熟 B在成熟过程中同时发生转移 C由外周组织获取刺激信号后通过淋巴管和（或）血循环进入次级淋巴器官 D成熟DC在次级淋巴器官激发T细胞应答 E成熟DC的摄取抗原、加工能力大大增强 26D 27D 28E 29D 30E,94,31未成熟DC摄取Ag的途径有 A巨吞饮 Breceptor-mediated endocytosis C吞噬 D上列A.B两项 E上列A.B和C三项 32介导DC胞吞(endoeytosis)的受体是 AFcR B甘露糖受体 CmIg D上列A和B两项