APC及抗原提呈翁

1、授授课课教教师师 翁翁秀芳秀芳基础免疫学基础免疫学抗原递呈细胞及抗原递呈抗原递呈细胞及抗原递呈 n概念概念n抗原抗原递递呈呈细细胞胞n抗原抗原递递呈呈主主 要要 内内 容容 能能摄摄取、加工取、加工处处理抗原，并将理抗原，并将抗原抗原递递呈呈给给T T淋巴淋巴细细胞的一胞的一类类免免疫疫细细胞，在机体免疫胞，在机体免疫应应答中答中发挥发挥重 要 作 用 ， 也 称重 要 作 用 ， 也 称 辅辅 佐佐 细细 胞胞（ （accessory cell）。）。抗原递呈细胞抗原递呈细胞(antigen presenting cell, APC)专职专职APCAPC( (professional APC

2、) ) 能能组组成性表达成性表达MHC-IIMHC-II类类分子和分子和T T细细胞活化的共胞活化的共刺激分子，抗原刺激分子，抗原递递呈能力呈能力强强，包括巨噬，包括巨噬细细胞胞( (M) )、 、树树突状突状细细胞胞( (dendritic cell,DC) )和和B细细胞等。胞等。非非专职专职性性APCAPC( (non-professional APC) ) 诱导诱导性表达性表达MHC-IIMHC-II类类分子，抗原分子，抗原递递呈能力弱，呈能力弱，包括包括T T细细胞，内皮胞，内皮细细胞、成胞、成纤维细纤维细胞、上皮胞、上皮细细胞等。胞等。抗原递呈细胞抗抗 原原 递递 呈呈（ （ant

3、igen presentation） ） 抗原提呈抗原提呈细细胞将抗原加工胞将抗原加工处处理、降解理、降解为为抗原抗原肽肽片段并与胞内片段并与胞内MHCMHC分子分子结结合，以抗原合，以抗原肽肽/MHC/MHC分分子复合物的形式子复合物的形式递递呈呈给给T T细细胞胞识识别别的的过过程。程。AntigenAntigen- -Presenting CellsPresenting Cells组织组织中未成熟中未成熟DCDC- - 强强吞噬和吞吞噬和吞饮饮作用作用- - 处处理抗原能力理抗原能力强强 - - 低水平的低水平的MHCMHC- - 缺乏共刺激分子缺乏共刺激分子 - - 递递呈抗原能力弱呈

4、抗原能力弱淋巴淋巴组织组织中成熟中成熟DCDC- - 不再有吞噬能力不再有吞噬能力- - 表达共刺激分子表达共刺激分子 (B7-1, (B7-1, B7-2) B7-2)- - 高表达高表达MHCMHC和黏附分子和黏附分子- - 抗原抗原递递呈能力呈能力强强 Dendritic Cell Maturation 树突状细胞分布与命名树突状细胞分布与命名Langerhans cell: 表皮和上皮表皮和上皮interstitial DC: 心肺心肺肾肾肝胃肝胃间质间质peripheral blood DCveiled cell： ：输输入淋巴管和淋巴液入淋巴管和淋巴液interdigitating

5、 DC (IDC)：外周：外周淋巴淋巴组织组织胸腺依胸腺依赖赖区区thymic DC (TDC)：胸腺髓：胸腺髓质质follicular DC (FDC)：淋巴：淋巴滤滤泡泡 DC的生物学功能的生物学功能*强强的吞的吞饮饮作作 用用*受体介受体介导导的内的内吞吞(FcR/CR/ 甘露糖受体）甘露糖受体）*吞噬作用吞噬作用*表面捕表面捕获获(FDC)FcR和和C3bR抗原提呈抗原提呈免疫免疫调节调节* 激活初始激活初始T细细胞，启胞，启动动免疫免疫应应答答*分泌分泌细细胞因子，胞因子，调节调节免疫免疫细细胞胞分化分化发发育育*分泌分泌趋趋化性化性细细胞因子，胞因子，趋趋化化T/B细细胞胞*利用未

6、成熟利用未成熟DC诱导诱导免疫耐免疫耐受受 骨骨 髓髓 血血 液液 组组 织织多能干多能干细细胞胞髓髓样样干干细细胞胞单单核母核母细细胞胞前前单单核核细细胞胞单单核核细细胞胞 单单核核细细胞胞巨噬巨噬细细胞胞 结缔组织结缔组织： ：组织细组织细胞胞 肺：肺泡巨噬肺：肺泡巨噬细细胞胞 肝：枯否肝：枯否细细胞胞 脾与淋巴脾与淋巴结结：游走与固定巨噬：游走与固定巨噬细细胞胞 浆浆膜腔：胸、腹腔巨噬膜腔：胸、腹腔巨噬细细胞胞 神神经组织经组织：小胶：小胶质细质细胞胞 骨：破骨骨：破骨细细胞胞 关关节节：滑膜：滑膜A型型细细胞胞单核吞噬细胞系统细胞的分化和分布单核吞噬细胞系统细胞的分化和分布 1. 1.

7、 表面表面标标志志 MHC-I/II MHC-I/II类类抗原、粘附分子（抗原、粘附分子（LFA-1,ICAM-1)LFA-1,ICAM-1)、 、共刺激分子共刺激分子(B7,CD40)(B7,CD40)、 、FcRFcR、 、补补体受体体受体(CR1/3/4)(CR1/3/4)、 、LPSLPS受体受体(CD14)(CD14)、 、CKRCKR等等 2. 分泌功能：分泌功能： - -产产生溶生溶酶酶体体酶酶、髓、髓过过氧化物氧化物酶酶、活性氧等、活性氧等 - -分泌分泌细细胞因子、胞因子、补补体、凝血因子等体、凝血因子等 - -产产生前列腺素、白三生前列腺素、白三烯烯、 、ACTH、内啡、内

8、啡肽肽等等单核吞噬细胞系统生物学特征单核吞噬细胞系统生物学特征(mononuclear phagocyte system, MPS)MPS的主要生物学功能的主要生物学功能l吞噬作用：吞噬作用：吞噬吞噬颗颗粒抗原、受体（粒抗原、受体（FcRFcR和和C3bR)C3bR)介介导导的内吞、的内吞、吞吞饮饮； ； 杀伤杀伤： ：氧依氧依赖赖和非依和非依赖赖机制机制杀伤杀伤和消化病原体；和消化病原体；l抗抗肿肿瘤：瘤：直接直接杀伤杀伤、 、ADCCADCC、激、激发发抗瘤免疫；抗瘤免疫；l参与免疫参与免疫应应答：答： - -加工和加工和递递呈抗原，提供第二活化信号；呈抗原，提供第二活化信号； - -参与

9、参与Th1Th1细细胞介胞介导导的的细细胞免疫的效胞免疫的效应阶应阶段。段。l参与免疫参与免疫调节调节: : - -正正调调： ：产产生生IL-1/12， ，TNF-a a - -负调负调：前列腺素、：前列腺素、TGF-b-bl介介导导炎症反炎症反应应: :吞噬吞噬杀伤杀伤；分泌各种炎症介；分泌各种炎症介质质。 。吞吞 噬噬 作作 用用抗原递呈作用抗原递呈作用Macrophages Take Up Antigen Macrophages Take Up Antigen Into Vesicles and Present Peptide Into Vesicles and Present Pep

10、tide Fragments From ProteinsFragments From Proteinsin MHCin MHC- -IIIIB淋巴细胞淋巴细胞B Cells (BCR)Take Up Antigen into B Cells (BCR)Take Up Antigen into Vesicles and Present Peptide Vesicles and Present Peptide Fragments from ProteinsFragments from Proteinsin MHCin MHC- -IIII可通可通过过BCR途径和非特异性胞途径和非特异性胞饮摄饮摄取

11、抗原取抗原 n概念概念n抗原抗原递递呈呈细细胞胞n抗原抗原递递呈呈 - -胞胞质质溶胶途径溶胶途径 - -溶溶酶酶体途径体途径 - -CD1分子分子递递呈途径呈途径 主主 要要 内内 容容 抗抗 原原 处处 理理（antigen processing) APC细细胞将胞胞将胞浆浆内自身内自身产产生或生或摄摄入胞内的抗原消化降解入胞内的抗原消化降解成一定大小的抗原成一定大小的抗原肽肽片段，以片段，以适合与胞内适合与胞内MHC分子分子结结合。合。递呈抗原的来源* * 外源性抗原外源性抗原(exogenous antigen)(exogenous antigen)： ： 来源于来源于APCAPC外的

12、抗原，通外的抗原，通过过溶溶酶酶体体途径由途径由MHCIIMHCII类类分子分子递递呈呈给给CD4TCD4T细细胞。胞。* * 内源性抗原内源性抗原(endogenous antigen)(endogenous antigen)： ： 细细胞内合成的抗原，通胞内合成的抗原，通过过胞胞质质溶溶胶途径由胶途径由MHCIMHCI类类分子分子递递呈呈给给CD8TCD8T细细胞。胞。 n概念概念n抗原抗原递递呈呈细细胞胞n抗原抗原递递呈呈 - -胞胞质质溶胶途径溶胶途径 - -溶溶酶酶体途径体途径 -CD1 -CD1分子分子递递呈途径呈途径 主主 要要 内内 容容胞质溶胶（胞质溶胶（MHC-I类分子途径

13、）类分子途径） 内源性抗原被胞内源性抗原被胞质质溶胶中蛋白溶胶中蛋白酶酶体降解体降解为为小分子抗原小分子抗原肽肽后，与后，与 MHC-IMHC-I类类分子分子结结合，形成抗原合，形成抗原肽肽/ / MHC-IMHC-I类类分子复合物，供分子复合物，供CD8CD8+ +T T细细胞胞识识别别的的过过程。如病毒抗原、程。如病毒抗原、肿肿瘤抗原，瘤抗原，组织组织抗原等主要抗原等主要经经此途径此途径递递呈。呈。Degradation in the proteasomeThe components of the proteasome include MECL-1, LMP2, LMP7These com

14、ponents 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 proteinsare de

15、graded continuously by a multicatalytic protease of 28 subunitsENDOPLASMIC RETICULUMCYTOSOLPeptide antigens produced in the cytoplasm are physically separated from newly formed MHC class INewly synthesisedMHC class I moleculesPeptides needaccess to the ER inorder to be loaded onto MHC class I molecu

16、lesER membraneLumen of ERCytosolTransporters associated withantigen processing (TAP1 & 2)Transporter has preference for 8 amino acid peptideswith hydrophobic C termini.TAP-1TAP-2PeptideTAP-1TAP-2PeptideTAP-1TAP-2PeptideTAP-1TAP-2PeptideTAP-1TAP-2PeptideTAP-1TAP-2PeptideTAP-1TAP-2PeptideTAP-1TAP-

17、2PeptideTAP-1TAP-2PeptideTAP-1TAP-2PeptideER membraneLumen of ERCytosolTAP-1TAP-2PeptideATP-binding cassette(ABC) domainHydrophobictransmembranedomainPeptide antigensfrom proteasomeEndoplasmic reticulumCalnexin bindsto nascentclass Ia chainuntil b2-M bindsTAP-1TAP-2PeptideTAP-1TAP-2PeptideTAP-1TAP-2

18、PeptideTAP-1TAP-2PeptideTAP-1TAP-2PeptideTAP-1TAP-2PeptideTAP-1TAP-2PeptideTAP-1TAP-2PeptideTAP-1TAP-2PeptideTAP-1TAP-2PeptideTAP-1TAP-2PeptideB2-M binds and stabilises floppy MHCTapasin, calreticulin, TAP 1 & 2 form a complex with the floppy MHCCytoplasmic peptides are loaded onto the MHC molec

19、ule and the structure becomes compactMaturation and loading of MHC class IFate of MHC class ISent to lysosomes for degradation Exported to the cell surfaceMenuFB内源性抗原递呈途径内源性抗原递呈途径 内源性抗原（如病毒抗原、内源性抗原（如病毒抗原、肿肿瘤抗原瘤抗原) ) 胞胞质质被蛋白被蛋白酶酶体体酶酶解解 抗原抗原肽肽（含（含8-138-13个个AAAA） ） 经经TAPTAP转转运至内运至内质质网网 形成抗原形成抗原肽肽/MHC-I

20、/MHC-I类类分子复合物分子复合物 转转运至运至APCAPC表面表面 递递呈呈给给CD8CD8+ +T T细细胞胞识别识别 n概念概念n抗原抗原递递呈呈细细胞胞n抗原抗原递递呈呈 - -胞胞质质溶胶途径溶胶途径 - -溶溶酶酶体途径体途径 -CD1 -CD1分子分子递递呈途径呈途径 主主 要要 内内 容容 外源性抗原被外源性抗原被APCAPC摄摄取、加工、取、加工、处处理理为为抗原抗原肽肽，与，与MHC-IIMHC-II类类分子形分子形成抗原成抗原肽肽/MHC-II/MHC-II类类分子复合物，表分子复合物，表达于达于APCAPC表面，供表面，供CD4CD4+ +T T细细胞胞识别识别的的过

21、过程。程。溶酶体（溶酶体（MHC-II类分子途径类分子途径) )YYPinocytosisPhagocytosisMembrane Igreceptor mediateduptakeYUptake of exogenous antigensComplement receptormediated phagocytosisYFc receptor mediated phagocytosisopsonizationProteases produce 24 amino acid long peptides from antigensDrugs that raise the pH of endosome

22、s inhibit antigen processingEndosomesExogenous pathwayIncreasein acidityCell surfaceTo 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

23、 MHC-IINeed to prevent newly synthesised, unfolded self proteins from binding to immature 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 chai

24、nF 参与参与II类类分子的分子的组组装和折叠；装和折叠；F 封封闭闭II类类分子的分子的肽结肽结合槽合槽 阻止阻止II类类分子与胞分子与胞浆浆中内源性抗原中内源性抗原结结合合F 引引导组导组装后的装后的MHC-II类类分子分子转转运至小室运至小室Ii 的作用的作用CLIP： ：class II-associated invariant chain peptideEndosomesCell surfaceUptakeClass II associated invariant chain peptide (CLIP)(abinv)3 complexesdirected towardsendoso

25、mes byinvariant chainCathepsin L degrades Invariant chainCLIP blocks groove in MHC moleculeMHC Class IIcontaining vesiclesfuse with antigencontaining vesiclesRemoval of CLIP?How can the peptide stably bind to a floppy binding site?Competition between large number of peptidesHLA-DM catalyses the remo

26、val of CLIPMIIC compartmentHLA-DMReplaces CLIP with a peptide antigen using a catalytic mechanism (i.e. efficient at sub-stoichiometric levels)Discovered 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 II-peptide complexesExported to the cell surface (t1/2 = 50hr)Sent to lysosomes for degradation 溶溶