医学免疫学-第十一章 apc及抗原的处理与提呈

第十一章 抗原提呈细胞与抗原的处理及提呈,Chapter 11 APC and Ag Processing and Presentation,1,个体,免疫保护,WHY and HOW ?,What are they doing?,2,T细胞不能识别可溶性游离抗原，只能识别细胞表面与 MHC 结合的抗原肽。外源性抗原和内源性抗原都需经过不同途径的加工处理，与MHC分子结合成复合体，转移到细胞表面再提呈给T细胞。,3,学习重点,掌握：,APC的定义，三种专职APC作用的主要特点； 内源性与外源性抗原的概念； 内源性和外源性抗原加工处理提呈中与MHC分子、细胞类型及与CD分子、免疫类型的对应关系； 抗原加工处理的二条主要途径的基本过程及区别。,4,第一节 抗原提呈细胞的种类及特点 - 树突状细胞（DC） - 单核/巨噬细胞 - B淋巴细胞第二节 抗原的处理和提呈 - MHC I类分子途径 - MHC II分子类途径 - 非经典的抗原提呈途径 - 脂类抗原的CD1分子提呈途径,主 要 内 容,5,抗原提呈细胞：antigen presenting cell, APC指能加工、处理抗原并将抗原信息提呈给T淋巴细胞的一类细胞，在机体免疫识别、免疫应答及免疫调节中起重要作用。,第一节 抗原提呈细胞的种类及特点,一、APC的分类：通过MHC-II类分子提呈外源性抗原的APC；通过MHC-I类分子提呈内源性抗原的APC。,6,能够摄取、加工外源性抗原，并以抗原肽-MHCII类形式将抗原提呈给CD4+T细胞，即通常所称的APC。专职APC：DC细胞、单核/巨噬细胞、B细胞。非专职APC：内皮细胞、上皮细胞和成纤维细胞等。,1.通过MHC-II类分子提呈外源性抗原的APC,7,组成性表达MHC-II类分子及共刺激分子。具有显著的抗原摄取、加工和提呈能力。包括：树突状细胞（DC）、巨噬细胞、B淋巴细胞。,专职APC：Professional APCs,8,通常情况下不表达MHC-II分子，炎症状态下可被诱导表达MHC-II和共刺激分子和粘附分子，具有处理和提呈抗原的能力，但是较专职APC弱。包括：内皮细胞、成纤维细胞、上皮及间皮细胞等。,非专职APC: Non-professional APCs,9,此类APC能够加工、降解细胞内的抗原（内源性抗原），并以抗原肽-MHC-I类形式将抗原提呈给CD8+T细胞，而被识别杀伤，即通常所称的靶细胞。,APC（靶细胞）,CD8+T细胞,2.通过MHC-I类分子提呈内源性抗原的APC,10,二、专职性抗原提呈细胞,11,（一）树突状细胞（Dendritic cell, DC）,1973年，美国科学家Steinman和Cohn在小鼠脾脏中发现了一种细胞，因其细胞膜伸出许多树突而命名为树突细胞（Dendritic Cell，DC）；1992年用GM-CSF体外扩增获得成功。,12,Steinman（1943-2011），美国洛克菲勒大学著名免疫学家和细胞生物学家，被誉为“DC之父”， 2011年诺贝尔医学奖。,（一）树突状细胞（Dendritic cell, DC）,13,（一）树突状细胞（Dendritic cell, DC）,DC是机体内 的抗原提呈细胞。 DC最大的特点是 进行增殖， 而M、B细胞仅能刺激已活化的或记忆性T细胞，同时本身被T细胞激活，发挥更强的作用。 DC是T细胞免疫应答的始动者。 DC表达丰富的免疫识别受体、释放大量细胞因子参与固有免疫应答，是连接固有免疫和适应性免疫的“桥梁”。,DC作为APC的最为重要的特点：,功能最强,能够显著刺激初始T细胞,14,（一）树突状细胞（Dendritic cell, DC）,1. DC的类型和特点,1、根据来源的分类,2、根据分化成熟状态的分类,3、根据组织分布的分类,15,DC的类型,经典DC（cDC）：来源于髓样干细胞，是常规意义上的DC，根据成熟状态分为未成熟DC和成熟DC，部分DC具有负向调节作用，称为调节性DC。浆细胞样DC（pDC）：来源于淋巴样干细胞，静息状态下形态与浆细胞类似，活化后获得DC形态，释放I型IFN，参与抗病毒免疫及自身免疫病。滤泡样DC（FDC）：具有树突状形态，不具备抗原提呈能力，不属于DC细胞。,16,DC的类型和特点,1.根据来源的分类,髓系DC：来源于髓样干细胞，是常规意义上的DC 淋巴系DC：来源于淋巴样干细胞，主要指pDC,17,淋巴系DC：来源于淋巴样干细胞，主要指浆细胞样DC（plasmacytic DC） 静息状态下形态与浆细胞类似，活化后获得DC形态。 活化后释放I型IFN，参与抗病毒应答及自身免疫病。,（一）DC的类型和特点,曹雪涛(1964.7.19 -) 2005年晋升为少将同年11月当选为中国工程院院士,18,（一）DC的类型和特点,髓系DC： DC分化成熟过程,未成熟DC 成熟DC,引流淋巴管,输入淋巴管,皮质,上皮组织,淋巴结,髓质,DC前体,19,（1）未成熟DC,包括：朗格汉斯细胞（ LC）和间质DC。主要特点：表达模式识别受体，识别外源性抗原；具有很强的抗原加工能力；低表达MHC、共刺激分子、黏附分子等，提呈抗原和激发免疫应答能力较弱。接受LPS、IL-1和TNF-刺激后逐渐成熟。,20,朗格汉斯细胞（Langerhans cell，LC）,位于表皮中，属于未成熟DC； 胞浆内含有Birbeck颗粒做为特征性细胞器； 摄取和加工处理抗原能力较强，提呈抗原和激发免疫能力较弱。,An epithelium with dendritic cells,21,（2）迁移期DC,未成熟DC在迁移过程中逐渐成熟；在输入淋巴管和淋巴液中迁移的DC称为隐蔽细胞。,22,（3）成熟DC,迁移至外周免疫器官的DC成为成熟DC，如并指状DC等。特点：表面有许多树突样突起；低表达模式识别受体，识别和摄取外源性抗原能力减弱；加工抗原的能力弱；高表达MHC、共刺激分子、黏附分子等，提呈抗原和激发免疫应答能力强。,23,非成熟DC与成熟DC的特点比较,24,3.DC的功能,识别、摄取和加工抗原，参与固有免疫模式识别受体以及Fc受体胞饮、吞噬以及受体介导的内吞作用等pDC活化后产生IFN，参与抗病毒免疫抗原提呈与免疫激活作用通过双信号和细胞因子激活T细胞免疫调节作用影响应答类型（分泌IL-12诱导Th1细胞生成）免疫耐受的诱导与维持在胸腺中参与T细胞的发育（阴性选择）。,25,DC为T细胞提供的第一信号和第二信号,26,DC与免疫耐受,27,二、单核/巨噬细胞,单核-吞噬细胞系统( MPS)：由单核细胞和巨噬细胞组成。 M能表达数十种受体，产生数十种酶，并能分泌近百种生物活性产物，是体内功能最活跃的细胞之一。,28,单核-吞噬细胞系统（MPS）：由单核细胞和巨噬细胞组成。单核细胞来自骨髓，从血液移行至全身组织器官，成为巨噬细胞。表达模式识别受体和调理性受体，通过胞饮、吞噬、受体介导的内吞作用摄取抗原。静息状态下摄取、加工抗原能力强，但提呈能力弱。在IFN等作用下，单核/巨噬细胞表达的MHC分子和共刺激分子水平明显增高，将抗原肽提呈给CD4+T细胞，T细胞产生的细胞因子再激活单核/巨噬细胞，增强其吞噬杀伤能力。,二、单核/巨噬细胞,29,巨噬细胞的功能,30,（三）B细胞,B细胞是体液免疫的主要细胞。通过两种方式摄取抗原，在提呈微量抗原中发挥重要作用：BCR识别、浓缩和内化抗原胞饮作用 。主要参与对TD抗原的应答。,31,32,第二节 抗原的处理和提呈,T细胞识别抗原的要求：,T细胞不能识别游离抗原多肽,T细胞只能识别与MHC分子形成复合物的抗原多肽,T细胞只能识别表达于APC表面的MHC-肽复合物,CD4分子辅助TCR识别MHC II-肽复合物 CD8分子辅助TCR识别MHC I-肽复合物,33,抗原加工：APC将摄入胞内的外源性抗原或者胞质内产生的内源性抗原降解并加工成多肽片段，以抗原肽-MHC复合物的形式表达于细胞表面的过程。,抗原提呈：APC与T细胞接触的过程中，抗原肽-MHC复合物被T细胞识别，从而将抗原肽提呈给T细胞，诱导T细胞活化的过程。,第二节 抗原的提呈和处理,34,第二节 抗原的提呈和处理,外源性抗原（exogenous antigen） - 来源于APC以外的抗原,内源性抗原（endogenous antigen） - 由细胞内合成的抗原,根据来源的不同，被提呈的抗原分为两类：,35,内源性抗原（endogenous antigen）：细胞内合成的抗原。,由病毒感染细胞合成的病毒蛋白、肿瘤细胞合成的肿瘤抗原、细胞内的自身成分等，主要被CD8+T识别,病毒在宿主细胞内的生活周期,36,外源性抗原（exogenous antigen）：APC之外的抗原。,被吞噬的细菌、细胞、蛋白质抗原等，主要由CD4+ T识别,细菌,伪足,溶酶体,吞噬体,吞噬溶酶体,MHC II,肽-MHC II,降解的成分,37,第二节 抗原的提呈和处理,抗原加工处理的主要途径,经典的抗原提呈途径： MHC I类分子途径：内源性抗原提呈途径 MHC II类分子途径：外源性抗原提呈途径 非经典的抗原提呈途径（MHC分子对抗原的交叉提呈） 脂类抗原CD1分子提呈途径,38,Major steps in antigen processing and presentation,抗原摄取,抗原加工处理,抗原肽转运,MHC 分子的合成,MHC 分子的组装,MHC-肽复合物的形成,MHC分子转运,MHC-抗原肽复合物的转运及提呈,39,一、 MHC I类分子途径,抗原类别：内源性抗原，如病毒、肿瘤或某些自身抗原,APC类型：内源性抗原的产生细胞，即所有有核细胞,提呈对象：CD8+ CTL,应答类型：细胞免疫,抗原结合沟槽,40,内源性抗原在胞浆中由蛋白酶体降解为6-30aa的抗原肽,泛素化内源性抗原,蛋白酶体,肽段,1、内源性抗原的加工、处理及转运,细胞内蛋白需要首先与泛素结合，泛素化蛋白呈线性进入蛋白酶体而被降解。泛素为小分子蛋白质（76aa），负责给蛋白加标签。,41,20S蛋白酶体：为中空（1-2nm）圆筒形结构。26S免疫蛋白酶体：具有更强的活性。,蛋白酶体,蛋白酶体,42,胞浆中产生的抗原肽与新合成的MHC I类分子被阻隔于不同的区域，以防止发生错误结合。,内质网（ER）,胞浆,1、内源性抗原的加工、处理及转运,43,1、内源性抗原的加工、处理及转运,抗原加工相关转运物（TAP ）选择性转运8-12个aa残基的肽。 形成TAP1/2异二聚体， 6次跨膜形成孔道，以ATP依赖的方式进行主动转运。,胞浆,内质网腔,肽长度：8-12aa效 率：2000个肽/分钟,44,抗原加工相关转运体 (TAP1 /2),1、内源性抗原的加工、处理及转运,45,地点：内质网 组装：在伴侣蛋白的协助下折叠形成/2m异二 聚体，结合于内质网孔道的内侧口。伴侣蛋白：Calnexin：钙连接蛋白Calreticulin：钙网蛋白Tapasin: TAP相关蛋白,2、MHC I 分子的合成与组装,抗原结合沟槽,46,MHC I分子的合成与组装,内质网,伴侣蛋白首先与链结合，直至2m被运载到此处,2m 结合后稳定MHC I分子结构,肽段与MHC形成复合物,47,3、肽 MHC I复合物的形成与多肽的提呈,地点：内质网 组装：MHC I与抗原肽在内质网TAP1/2孔道内侧口与内源性抗原肽结合。,肽-MHC I复合物的形成,肽-MHC I复合物的提呈,转运器：高尔基体 提呈对象：CD8+T细胞,48,胞浆抗原肽被荷载至MHC I 分子抗原结合槽中,内质网,3、肽 MHC I复合物的形成与多肽的提呈,运送至细胞表面供CD8+T识别,49,1 抗原(1). 抗原的摄取已经存在于细胞中(2). 加工处理胞质蛋白酶体(3). 抗原肽转运TAP1/2,MHC I类分子途径- summary,2 MHC I类分子(1). MHC I的合成ER(2). MHC I的组装ER,3 MHC I-肽复合物形成与提呈MHC I-肽复合物形成ERMHC I-肽复合物提呈经高尔基体转运至细胞表面,50,51,MHC Class I pathway,52,二、 MHC II类分子途径,抗原类别：外源性抗原，如胞外菌,APC类型：专职APC,提呈对象：CD4+ Th,应答类型：体液免疫,抗原结合槽,53,Y,Pinocytosis,Phagocytosis,Membrane Ig receptor mediated uptake,外源性抗原的摄取途径,Complement receptormediated phagocytosis,Fc receptor mediated phagocytosis,通过上述摄入方式将外源性抗原导入细胞内进行加工处理,54,1、外源性抗原的加工、处理,地点：内体、溶酶体和MIIC。摄取的蛋白质、细菌等抗原在胞内形成内体（吞噬体），吞噬体与溶酶体融合形成 吞噬溶酶体；吞噬溶酶体又与MIIC（MHCII类小室）融合。在吞噬溶酶体和MIIC中，抗原被降解为适合MHC-II类分子结合的10-30aa短肽。,55,外源性抗原的加工、处理,产生约10-30AA的肽段,内体溶酶体中的抗原肽,56,地点：内质网 组装：首先形成/异二聚体,2、MHC II 分子的合成与转运,与Ii链结合,(Ii)3九聚体,Ii链：Ia分子相关恒定链（Ia-associated invariant chain, Ii）,57,2、MHC II 分子的合成与转运,地点：内质网,Ii链的作用 促进MHC-II分子二聚体的形成，包括组装和折叠； 阻止MHC II与其他内源性多肽结合； 促进MHC-II分子转运至MIIC 。,58,2、MHC II 分子的合成与转运,运送地点：细胞质内体 转运方式：高尔基体 形成结构：MIIC（MHC II类分子腔室） - Ii链降解为CLIP，结合于MHC II的抗原结合沟槽。,MHC II类分子相关的恒定链多肽 (CLIP),59,细胞表面,(Ii)3 中的Ii链引导MHC II分子进入内体形成MIIC,MIIC中Ii链降解为CLIP 阻止自身肽结合于 MHC II分子,MHC与抗原转运泡融合形成MHC II-肽复合物,60,M II C,在MIIC中，HLA-DM 催化 CLIP的解离,61,3、肽MHC II复合物的形成与多肽的提呈,地点：MIIC 组装：HLA-DM催化CLIP解离，MHC II分子与抗原肽形成复合物。,肽-MHC II复合物的提呈,提呈对象：CD4+T细胞,肽-MHC II复合物的形成,62,3、肽MHC II复合物的形成与多肽的提呈,63,1. 抗原(1). 抗原的摄取来自于细胞外(2). 加工处理内体溶酶体和MIIC(3). 抗原肽转运内体溶酶体和MIIC,MHC II类分子途径- summary,2. MHC II类分子(1). MHC II的合成ER(2). MHC II的组装经高尔基体到MIIC,3. MHC II-肽复合物形成与提呈MHC II-肽复合物形成内体溶酶体和MIICMHC II-肽复合物提呈经内体转运至细胞表面,64,65,MHC类途径,66,抗原提呈的基本规律：,CD4+T（体液免疫）,CD8+T（细胞免疫）,MHC II + 外源性肽,MHC I + 内源性肽,18=24,MH