APC抗原提呈细胞及抗原提呈

1、APC抗原提呈细胞及抗原提呈APC抗原提呈细胞及抗原提呈怎样理解“异己”异种移植物异种移植物同种异体器官移植物同种异体器官移植物蛋白质、核酸、糖脂类蛋白质、核酸、糖脂类各种病原微生物各种病原微生物如寄生虫、细菌、病毒等如寄生虫、细菌、病毒等各种动、植物各种动、植物如动物血清、花粉等如动物血清、花粉等抗原（抗原（Antigen）特异性抗体特异性抗体致敏淋巴细胞致敏淋巴细胞经皮下、静脉或受损的经皮下、静脉或受损的 皮肤、粘膜等进入机体皮肤、粘膜等进入机体 n概念概念n抗原递呈细胞抗原递呈细胞n抗原递呈抗原递呈主主 要要 内内 容容 能摄取、加工处理抗原，并将能摄取、加工处理抗原，并将抗原递呈给抗原

2、递呈给T T淋巴细胞的一类免疫淋巴细胞的一类免疫细胞，在机体免疫应答中发挥重细胞，在机体免疫应答中发挥重要 作 用 ， 也 称 辅 佐 细 胞要 作 用 ， 也 称 辅 佐 细 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) ) 能组成性表达能组成性表达MHC-IIMHC-II类分子和类分子和T T细胞活化的共刺细胞活化的共刺激分子，抗原递呈能力强，包括巨噬细胞激分子，抗原递呈能力强，包括巨噬细胞( (M) )、树突状细胞树突状细胞( (dendritic

3、cell,DC) )和和B细胞等。细胞等。非专职性非专职性APCAPC( (non-professional APC) ) 诱导性表达诱导性表达MHC-IIMHC-II类分子，抗原递呈能力弱，包括内类分子，抗原递呈能力弱，包括内皮细胞、成纤维细胞、上皮细胞等。皮细胞、成纤维细胞、上皮细胞等。抗原递呈细胞几类主要几类主要APC的分布及其主要特性的分布及其主要特性抗抗 原原 递递 呈呈（antigen presentation） 抗原提呈细胞将抗原加工处理、抗原提呈细胞将抗原加工处理、降解为抗原肽片段并与胞内降解为抗原肽片段并与胞内MHCMHC分分子结合，以抗原肽子结合，以抗原肽/MHC/MHC分

4、子复合分子复合物的形式递呈给物的形式递呈给T T细胞识别的过程。细胞识别的过程。 n概念概念n抗原递呈细胞抗原递呈细胞 - -树突状细胞树突状细胞 - -单核单核- -吞噬细胞系统吞噬细胞系统 - -B细胞细胞n抗原递呈抗原递呈主主 要要 内内 容容树突状细胞树突状细胞的来源的来源和分类和分类单核细胞巨噬细胞中性粒细胞B细胞T细胞NK细胞髓系DCBTNK髓系DC淋巴系DC淋巴系前体细胞髓系前体细胞多能造血干细胞GM-CSFTNF-aIL-4pDC mDC mDC DC的分类及命名的分类及命名l根据根据DCDC来源分类来源分类 * * 髓样髓样DCDC（myeloid DC,mDC） * * 浆

5、细胞样浆细胞样DC(plasmacytoid DC, pDC)l根据根据DCDC成熟状态分类：成熟成熟状态分类：成熟DCDC和未成熟和未成熟DCDC（iDCiDC）l根据根据DCDC功能状态分类功能状态分类 * * 耐受性耐受性DCDC：表达：表达IDOIDO的的DCDC、高表达、高表达ILT4ILT4的的DCDC； * * 调节性调节性DC DC ：可诱导高表达：可诱导高表达IL-10IL-10的的Tr1Tr1细胞细胞 （二者均为浆细胞样（二者均为浆细胞样iDCiDC）n根据根据DCDC分布部位分类分布部位分类 * * 淋巴组织中淋巴组织中DCDC：括滤泡：括滤泡DCDC、并指状、并指状DC

6、DC和胸腺和胸腺DCDC * * 非淋巴组织中非淋巴组织中DCDC：朗格汉斯细胞和间质：朗格汉斯细胞和间质DCDC * * 循环循环DCDC：外周血：外周血DCDC和隐蔽细胞和隐蔽细胞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: 心肺肾肝胃间质心肺肾肝胃间质peripheral blood DCveiled cell：输入淋巴管和淋巴液：输入淋巴管和淋巴液interdigitating DC (IDC)：外周淋巴：外周淋巴组织胸腺依赖区组织胸腺依赖区thymic DC (TDC)：胸腺髓质：胸腺髓质follicu

7、lar DC (FDC)：淋巴滤泡：淋巴滤泡MenuFB树突状细胞的分化、发育和迁移树突状细胞的分化、发育和迁移 Dendritic Cell Maturation 组织中未成熟组织中未成熟DCDC- - 强吞噬和吞饮作用强吞噬和吞饮作用- - 处理抗原能力强处理抗原能力强 - - 低水平的低水平的MHCMHC- - 缺乏共刺激分子缺乏共刺激分子 - - 递呈抗原能力弱递呈抗原能力弱淋巴组织中成熟淋巴组织中成熟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-

8、 - 抗原递呈能力强抗原递呈能力强影响影响DCDC分化成熟的因素分化成熟的因素n 微生物产物微生物产物, 如如LPS、CpG等、炎性细胞因子如等、炎性细胞因子如 GM-CSF、IFN- 、IL-12、IL-6、IL-1 等等是诱导是诱导DC成熟的重成熟的重要因子；要因子；n刺激刺激DC的抗原种类，如自身抗原、肿瘤抗原（的抗原种类，如自身抗原、肿瘤抗原（TA）等抑制等抑制DC的成熟。的成熟。nDC所处环境中的抑制性免疫细胞和细胞因子等。所处环境中的抑制性免疫细胞和细胞因子等。 DC的生物学功能的生物学功能*强的吞饮作强的吞饮作 用用*受体介导的内吞受体介导的内吞(FcR/CR/ 甘露糖受甘露糖受

9、体）体）*吞噬作用吞噬作用*表面捕获表面捕获(FDC)FcR和和C3bR抗原提呈抗原提呈免疫调节免疫调节* 激活初始激活初始T细胞，启细胞，启动免疫应答动免疫应答*分泌细胞因子，调节分泌细胞因子，调节免疫细胞分化发育免疫细胞分化发育*分泌趋化性细胞因分泌趋化性细胞因子，趋化子，趋化T/B细胞细胞*利用未成熟利用未成熟DC诱导免疫诱导免疫耐受耐受 n概念概念n抗原递呈细胞抗原递呈细胞 - -树突状细胞树突状细胞 - -单核单核- -吞噬细胞系统吞噬细胞系统 - -B细胞细胞n抗原递呈抗原递呈主主 要要 内内 容容 骨骨 髓髓 血血 液液 组组 织织多能干细胞多能干细胞髓样干细胞髓样干细胞单核母细

10、胞单核母细胞前单核细胞前单核细胞单核细胞单核细胞 单核细胞单核细胞巨噬细胞巨噬细胞 结缔组织：组织细胞结缔组织：组织细胞 肺：肺泡巨噬细胞肺：肺泡巨噬细胞 肝：枯否细胞肝：枯否细胞 脾与淋巴结：游走与固定巨噬细胞脾与淋巴结：游走与固定巨噬细胞 浆膜腔：胸、腹腔巨噬细胞浆膜腔：胸、腹腔巨噬细胞 神经组织：小胶质细胞神经组织：小胶质细胞 骨：破骨细胞骨：破骨细胞 关节：滑膜关节：滑膜A型细胞型细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. 表面标志表面标志 MHC-I/IIMHC-I/II类抗原、粘附分子（类抗原、粘附分子（LFA-1,ICAM-1)LFA-1,I

11、CAM-1)、共、共刺激分子刺激分子(B7,CD40)(B7,CD40)、FcRFcR、补体受体、补体受体(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： - -产生溶酶体酶、髓过氧化物酶、活性氧等产生溶酶体酶、髓过氧化物酶、活性氧等 - -分泌细胞因子、补体、凝血因子等分泌细胞因子、补体、凝血因子等 - -产生前列腺素、白三烯、产生前列腺素、白三烯、ACTH、内啡肽等、内啡肽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

12、功能的主要生物学功能n吞噬作用：吞噬颗粒抗原、受体（吞噬作用：吞噬颗粒抗原、受体（FcRFcR和和C3bR)C3bR)介导的内吞、介导的内吞、吞饮；吞饮； 杀伤：氧依赖和非依赖机制杀伤和消化病原体；杀伤：氧依赖和非依赖机制杀伤和消化病原体；n抗肿瘤：直接杀伤、抗肿瘤：直接杀伤、ADCCADCC、激发抗肿瘤免疫；、激发抗肿瘤免疫；n参与免疫应答：参与免疫应答： - -加工和递呈抗原，提供第二活化信号；加工和递呈抗原，提供第二活化信号； - -参与参与Th1Th1细胞介导的细胞免疫的效应阶段。细胞介导的细胞免疫的效应阶段。n参与免疫调节参与免疫调节: : - -正调：产生正调：产生IL-1/12，

13、TNF-a a - -负调：前列腺素、负调：前列腺素、TGF-n介导炎症反应介导炎症反应: :吞噬杀伤；分泌各种炎症介质。吞噬杀伤；分泌各种炎症介质。吞吞 噬噬 作作 用用抗原递呈作用抗原递呈作用M a c r o p h a g e s T a k e U p A n t ig e n M a c r o p h a g e s T a k e U p A n t ig e n I n t o V e s ic le s a n d P r e s e n t P e p t id e I n t o V e s ic le s a n d P r e s e n t P e p t id

14、e F r a g m e n t s F r o m P r o t e in sF r a g m e n t s F r o m P r o t e in sin M H Cin M H C - - I II I n概念概念n抗原递呈细胞抗原递呈细胞 - -树突状细胞树突状细胞 - -单核单核- -吞噬细胞系统吞噬细胞系统 - -B细胞细胞n抗原递呈抗原递呈主主 要要 内内 容容B淋巴细胞淋巴细胞B C e l l s ( B C R ) T a k e U p A n t i g e n i n t o B C e l l s ( B C R ) T a k e U p A n t i

15、 g e n i n t o V e s i c l e s a n d P r e s e n t P e p t i d e V e s i c l e s a n d P r e s e n t P e p t i d e F r a g me n t s f r o m P r o t e i n sF r a g me n t s f r o m P r o t e i n si n MH Ci n MH C - - I II I可通过可通过BCR途径和非特异性胞饮摄取抗原途径和非特异性胞饮摄取抗原三种三种APC细胞特细胞特征比较征比较 n概念概念n抗原递呈细胞抗原递呈细胞n抗原递呈

16、抗原递呈 - -胞质溶胶途径胞质溶胶途径(MHC-I(MHC-I类分子途径类分子途径) ) - -溶酶体途径溶酶体途径(MHC-II(MHC-II类分子途径类分子途径) ) - -CD1分子递呈途径分子递呈途径 主主 要要 内内 容容 抗抗 原原 处处 理理（antigen processing) APC细胞将胞浆内自身产细胞将胞浆内自身产生或摄入胞内的抗原消化降解生或摄入胞内的抗原消化降解成一定大小的抗原肽片段，以成一定大小的抗原肽片段，以便便与胞内与胞内MHC分子结合。分子结合。YThe site of pathogen replication or mechanism of antige

17、n uptake determines the antigen processing pathway usedYCytosolic compartmentEndogenous processing(Viral antigens)Vesicular CompartmentContiguous with extracellular fluidExogenous processing(Streptococcal, Mycobacterial antigens)Distinct mechanisms of antigen generation are used to raiseT cells suit

18、ed to the elimination of endogenous or exogenous pathogensINTRACELLULAR REPLICATIONEXTRACELLULAR ORENDOSOMAL REPLICATION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外的抗原，通过溶酶体途外的抗原，通过溶酶体途径由径由MHCIIMHCII类分子递呈给类分子递呈给CD4CD4+ +T T细胞。细胞。* * 内源性抗原内源性抗原(endogenous antigen)(endoge

19、nous antigen)： 细胞内合成的抗原，通过胞质溶胶细胞内合成的抗原，通过胞质溶胶途径由途径由MHCIMHCI类分子递呈给类分子递呈给CD8CD8+ +T T细胞细胞。Pathogens in Cytosol/Vesicles n概念概念n抗原递呈细胞抗原递呈细胞n抗原递呈抗原递呈 - -胞质溶胶途径胞质溶胶途径 - -溶酶体途径溶酶体途径 -CD1-CD1分子递呈途径分子递呈途径 主主 要要 内内 容容胞质溶胶（胞质溶胶（MHC-I类分子途径）类分子途径） 内源性抗原被胞质溶胶中蛋白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，与酶体降解为小分子抗原肽后，与 MHC-IMHC-

20、I类分子结合，形成抗原肽类分子结合，形成抗原肽/ / MHC-IMHC-I类分子复合物，供类分子复合物，供CD8CD8+ +T T细胞识细胞识别的过程。如病毒抗原、肿瘤抗原，别的过程。如病毒抗原、肿瘤抗原，组织抗原等主要经此途径递呈。组织抗原等主要经此途径递呈。Degradation in the proteasomeThe components of the proteasome include MECL-1, LMP2, LMP7These components are induced by IFN- and replace constitutive components to confe

21、r 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 degraded continuously by a multicatalytic protease of 28 subunitsProteasome, t

22、he Cytosolic Meat Grinder That Chops Up ProteinsCrystal Structure Of The 20s ProteasomeFrom YeastViewEnd onENDOPLASMIC RETICULUMCYTOSOLPeptide antigens produced in the cytoplasm are physically separated from newly formed MHC class INewly synthesisedMHC class I moleculesPeptides needaccess to the ER

23、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 termini.TAP-1TAP-2PeptideTAP-1TAP-2PeptideTAP-1TAP-2PeptideTAP-1TAP-2PeptideTAP-1TAP-2PeptideTAP

24、-1TAP-2PeptideTAP-1TAP-2PeptideTAP-1TAP-2PeptideTAP-1TAP-2PeptideTAP-1TAP-2PeptideER membraneLumen of ERCytosolTAP-1TAP-2PeptideATP-binding cassette(ABC) domainHydrophobictransmembranedomainPeptide antigensfrom proteasomeEndoplasmic reticulumCalnexin bindsto nascentclass Ia chainuntil 2-M bindsTAP-1

25、TAP-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 floppy MHCTapasin, calreticulin, TAP 1 & 2 form a complex with the floppy MHCCytoplasmic pep

26、tides 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内源性抗原递呈的内源性抗原递呈的MHC-I类分子途径类分子途径MenuFB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、肿瘤抗原内源性抗原（如病毒抗原、肿瘤抗原) ) 胞质胞质被蛋白酶体酶解被蛋白酶体酶解

27、 抗原肽（含抗原肽（含8-128-12个个AAAA） 经经TAPTAP转运至内质网转运至内质网 形成抗原肽形成抗原肽/MHC-I/MHC-I类分子复合物类分子复合物 转运至转运至APCAPC表面表面 递呈给递呈给CD8CD8+ +T T细胞识别细胞识别MenuFB n概念概念n抗原递呈细胞抗原递呈细胞n抗原递呈抗原递呈 - -胞质溶胶途径胞质溶胶途径 - -溶酶体途径溶酶体途径 -CD1-CD1分子递呈途径分子递呈途径 主主 要要 内内 容容 外源性抗原被外源性抗原被APCAPC摄取、加工、处摄取、加工、处理为抗原肽，与理为抗原肽，与MHC-IIMHC-II类分子形成抗类分子形成抗原肽原肽/M

28、HC-II/MHC-II类分子复合物，表达于类分子复合物，表达于APCAPC表面，供表面，供CD4CD4+ +T T细胞识别的过程。细胞识别的过程。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 amin

29、o acid long peptides from antigensDrugs that raise the pH of endosomes 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

30、, from Endocytosis Proteins into Vesicles to Formation of Peptides on 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 complexI

31、n the endoplasmic reticulumMHC class II maturation and invariant chainn 参与参与II类分子的组装和折叠；类分子的组装和折叠；n 封闭封闭II类分子的肽结合槽类分子的肽结合槽 阻止阻止II类分子与内质网中内源性抗原结合类分子与内质网中内源性抗原结合n 引导组装后的引导组装后的MHC-II类分子转运至小室类分子转运至小室Ii 的作用的作用CLIP：class II-associated invariant chain peptideEndosomesCell surfaceUptakeClass II associated i

32、nvariant chain peptide (CLIP)(ainv)3 complexesdirected towardsendosomes 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?C

33、ompetition 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)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 en