医学免疫学10 T细胞对抗原的识别

TcellrecognitionofantigenT细胞对抗原的识别1抗原提呈细胞参与抗原提呈的分子及T-APC相互作用蛋白质抗原加工提呈的两条主要途径MHC、抗原肽和TCR分子间的相互作用CD1分子对脂类抗原的提呈2抗原提呈细胞(antigen-presentingcell，APC)是指具有加工和提呈抗原能力的细胞。通常把通过MHCⅠ类分子向CD8+T细胞提呈抗原的细胞称为靶细胞，而只把表达MHCⅡ类分子并能向CD4+T细胞提呈抗原的细胞称为APC。APC分为两大类即专职APC和非专职APC。抗原提呈细胞一、专职APC二、非专职APC

3一、专职APC

通常所说的APC，指树突状细胞（Dendriticcell,

DC）、巨噬细胞（macrophage,M）

和B淋巴细胞（Bcell）。表达MHCⅡ类分子和共刺激分子。

4

cDC和pDC的主要特点特点传统DC（cDC）浆细胞样DC（pDC）表面标志 CD11ch,CD11bhCD11cl,CD11b-,B220h用于诱导的生长因子 GM-CSF,Flt3配体Flt3配体表达的TLR TLR-2,-4,-5,-8 TLR-7,-9产生的主要细胞因子 TNF,IL-6 I型IFN主要功能

提呈抗原,诱导针对大参与固有免疫，诱导

部分抗原的T细胞应答

抗病毒T细胞应答树突状细胞56.巨噬细胞葡聚糖受体

甘露糖受体

Toll样受体

CR3

LPS受体(CD14)

清道夫受体

B7分子

MHCI类分子

TNF-

CD40

NO

O2

TNF受体

MHCII类分子

AB巨噬细胞表达的受体和表面分子A.巨噬细胞；B.活化的巨噬细胞7A.ThisscanningelectronmicrographrevealsnumerousTlymphocytesinteractingwithasinglemacrophage.ThemacrophagepresentsprocessedantigencombinedwithclassIIMHCmoleculestotheTcells.B.Electronmicrographofanantigen-presentingmacrophageassociatingwithaTlymphocyteAB8

B细胞组成性表达MHCⅡ类分子，通过BCR摄取可溶性抗原，向Th细胞提呈抗原，在B细胞对TD抗原产生应答中发挥重要作用。B淋巴细胞9专职抗原提呈细胞的特性与功能

APCAgMHCⅡ类分子共刺激分子主要功能激活细胞DC病毒抗原,肿瘤抗原组成性表达；成熟及IFN诱导后增强初始T细胞组成性表达；成熟后和IFN诱导及CD40-CD40L相互作用后增强启动T细胞对蛋白质抗原的应答（致敏作用）M颗粒性抗原,胞外细菌通常低表达或不表达,IFN诱导表达效应T细胞诱导性表达，诱导成份为LPS和IFN，及CD40-CD40L相互作用参与细胞免疫效应相（增强T细胞杀伤和吞噬的微生物）B可溶性抗原,细菌毒素效应T细胞组成性表达；IL-4诱导后表达增强因CD40-CD40L相互作用及抗原受体交联后，诱导性表达通过T-B相互作用向CD4Th提呈抗原，启动体液免疫应答10TheexpressionofMHCmoleculesdiffersbetweentissues.MHCclassImoleculesareexpressedonallnucleatedcells,althoughtheyaremosthighlyexpressedinhematopoieticcells.MHCclassIImoleculesarenormallyexpressedonlybyasubsetofhematopoieticcellsandbythymicstromalcells,althoughtheymaybeexpressedbyothercelltypesonexposuretotheinflammatorycytokineIFN-.*Inhumans,activatedTcellsexpressMHCclassIImolecules,whereasinmiceallTcellsareMHCclass11-negative.†inthebrain,mostcelltypesareMHCclassII-negative,butmicroglia,whicharerelatedtomacrophages,areMHCclassII-positive.二、非专职APC

因所有有核细胞皆表达MHCI类分子，能够对内源性抗原实施加工和提呈，并激活CD8CTL。所以有核细胞都可以作为非专职抗原提呈细胞发挥作用。11参与抗原提呈的分子及T-APC相互作用一、T-APC相互作用中的免疫分子二、T-APC相互作用中的免疫突触12一、T-APC相互作用中的免疫分子1.抗原提呈分子经典的MHCⅠ类和Ⅱ类分子非经典的MHCⅠ类分子CD1分子2.MHC-抗原肽-TCR三分子复合体3.辅佐分子13T-APC相互作用及T细胞抗原识别相关的两种基本结构MHCI

类PTKCD4ThAPCCD4TCR抗原肽2112VVCCD2D3D4D1PTKPTKCD8CTLCD8321VVCCVV2-mMHCII

类经典的MHCⅠ类和Ⅱ类分子抗原提呈分子14非经典的MHCI类分子

非经典MHCI类分子（称为MHCIb）也具有一定的抗原提呈功能。人体中如HLA-G、HLA-E和MICA/B等，非经典I类分子对抗原的提呈，主要活跃于固有免疫，特别是NK细胞的激活。CD1分子

分化抗原CD1分子能够提呈脂类抗原，供NKT细胞亚群识别。MHC-抗原肽-TCR三分子复合体B7CD28

MHC抗原肽

TCRCD4第二信号第一信号ThThAPCMHC-抗原肽-TCR复合物示意图T-APC间《MHC-抗原肽-TCR》三分子复合体及B7-CD28的相互作用为T细胞激活提供第一和第二信号抗原分子上不同的肽段和表位，多样性。多基因性和多态性

TCR分子的多样性

基本结构两类TCR-pMHC复合体TCR-pMHC结构的高度变异性16P1P2P3P4P5P6P7P8P9P1P2P4P5P3P6P7P8P9ABHLA分子抗原结合槽的立体构型（左）及抗原肽锚着位的分布（右）A.I类分子,抗原结合槽两端封闭，接纳抗原肽长度平均9个氨基酸；B.

II类分子,抗原结合槽两端开放，接纳抗原肽长度为12～18氨基酸。进入I类和II类分子抗原结合槽的抗原肽，其锚着位（P1~P9）的分布不同。17参与T-APC相互作用的各种主要分子APCThCD28CD40LLFA-1CTLA-4

LFA-3MHCB7CD40ICAM-1CD3ITAMCD4TCRCD45CD2抗原肽辅佐分子①稳定TCR-pMHC三元体结构，拉近T细胞和APC间的距离，促进细胞间相互作用；②通过相关蛋白激酶，参与传递抗原识别信号及协同刺激信号；③参与形成免疫突触。ABCTCRTCR-CD3分子复合体TCR-CD3复合体组成；B.

复合体立体构型；C.复合体极面观18二、T-APC相互作用中的免疫突触

T细胞与APC之间会形成一个复杂而有序的超分子结构，称为多分子激活聚集体（supra-molecularactivationcluster,SMAC），其特征是，结构中间为包括TCR-pMHC复合物的各种信号分子，称为中央SMAC（cSMAC），四周围绕着整合素家族的黏附分子，称为周边SMAC（pSMAC）。T-APC相互作用中，TCR-pMHC三元体等发挥作用不是取单分子的形式，而是诸多分子的“集体行动”。1.免疫突触的形成和结构

2.免疫突触形成中的信号转导及细胞骨架的重新定向

3.免疫突触形成的意义19

免疫突触的形成使多个TCR-pMHC三元体聚集成簇A.T细胞和APC间的TCR-pMHC三元体及其它辅佐分子在胞膜中散在分布。B.免疫突触形成后TCR-pMHC-CD3，以及CD4、CD28、CD2等受体分子共同聚集与两细胞的接触面的特定部位，形成免疫突触，周围为LFA-1及其配体ICAM-1。C.免疫突触的立体图像，可见多分子激活聚集体cSMAC和pSMAC的分布。CD4LFA-1TCRCD28CD2cSMACpSMACABC脂筏APCT细胞ICAM-1MHCB7LFA-3

免疫突触的形成和结构2021TCR相关信号转导诱导骨架蛋白重排形成免疫突触TCR识别APC提交的pMHC后启动信号转导，借助Src家族成员Lck和Fyn激活酪氨酸蛋白激酶ZAP-70，后者通过平台蛋白LAT募集SLP-76和NCK等衔接蛋白，使鸟苷酸置换因子Vav1磷酸化，引起肌动蛋白多聚化调节分子RhoA活化及细胞骨架发生构型改变，形成中央和周边多分子激活聚集体（SMAC），构成APC-T细胞间的免疫突触结构。Vav1LATPLC-SLP-76NCKpSMACcSMACpSMACLck/FynT细胞pMHC

免疫突触TCRRhoApMHCLFA-1ICAM-1TalinZAP-70细胞骨架重排

APCpSMACcSMACpSMAC免疫突触形成中的信号转导及细胞骨架的重新定向22免疫突触使多个TCR-pMHC分子间形成功能性亲合力引起T细胞激活TAPCTAPCTAPCTCR抗原肽MHCCD4亲和力亲合力功能亲合力T细胞激活免疫突触形成的意义23蛋白质抗原加工提呈的两条主要途径一、蛋白质抗原加工提呈的MHCII类分子途径二、蛋白质抗原加工提呈的MHCI类分子途径三、抗原加工提呈的非典型途径

抗原加工与提呈分为针对外源性抗原和针对内源性抗原两条主要的途径。内源性和外源性抗原的区分是根据他们在进入加工途径前所处的位置，即位于细胞内还是细胞外来确定的。24APC胞质内与抗原提呈有关内两类成份胞质溶胶和囊泡胞质溶胶（淡紫色）与囊泡（黄色）间以膜相隔。囊泡系统包括：内质网、高尔基体、内体、吞噬体、溶酶体及其它胞内囊泡。分泌性囊泡自内质网膨出，通过与高尔基体膜融合而向胞膜移动，将内含物释出胞外。胞外物质则由内体或吞噬体摄入，并与溶酶体融合。因而APC提呈的抗原分为胞质溶胶抗原和囊泡内抗原。内体/吞噬体溶酶体分泌性囊泡内质网胞核胞质溶胶胞质溶胶抗原（内源性抗原）囊泡内抗原（外源性抗原）高尔基体APC25蛋白质抗原加工提呈的两条主要途径TAP:抗原加工相关转运蛋白；Ii:Ia相关不变链；Ts:Tapasin；CLIP:II类分子结合的不变链肽段。

CD4ThCD8CTL外源性抗原内源性抗原TCRTCRMHCI类蛋白酶体TAP抗原肽内质网

APCMHCII类抗原肽CLIPDM内体溶酶体

Ii链

链(MHCII类)Ii链MHCI类链

内体CD4CD8蛋白质抗原加工提呈MHCII类分子途径蛋白质抗原加工提呈的MHCI类分子途径2-m

分泌性囊泡Tapasin高尔基体26一、MHCII类分子途径（内体－溶酶体途径）外源性抗原的降解

外源性抗原主要来自通过各种途径进入机体的非己抗原，主要包括病原体、其产生的毒素以及非己蛋白。

27Ⅱ类分子从内质网向内体转运

283.Ⅱ类分子荷肽

Ⅱ类分子荷肽和外源性抗原的提呈29Theinvariantchainiscleavedtoleaveapeptidefragment,CLIP,boundtotheMHCclassIImolecule.AmodelofthetrimericinvariantchainboundtoMHCclassII:heterodimersisshownontheleft.TheCLIPportionisshowninpurple,therestoftheinvariantchainisshowningreen,andtheMHCclassIImoleculesareshowninyellow.Intheendoplasmicreticulum,theinvariantchain(li)bindstoMHCclassIImoleculeswiththeCLIPsectionofitspolypeptidechainlyingalongthepeptide-bindinggroove(modelandleftofthreepanels).Aftertransportintoanacidifiedvesicle,liiscleaved,initiallyjustatonesideoftheMHCclassIImolecule(centerpanel).Theremainingportionofli(knownastheleupeptin-inducedpeptideorLIPfragment)retainsthetransmembraneandcytoplasmicsegmentsthatcontainthesignalsthattargetli:MHCclassIIcomplexestotheendosomalpathway.Subsequentcleavage(rightpanel)ofLIPleavesonlyashortpeptidestillboundbytheclassIImolecule;thispeptideistheCLIPfragment.ModelstructurecourtesyofP.Cresswell.Ii-II类分子九聚体核心片段N端CLIPC端Ii链三聚体30二、MHCI类分子途径（胞质溶胶途径）

内源性抗原指胞质内出现的抗原，如内源性病毒、肿瘤抗原和某些自身抗原。内源性抗原经蛋白酶体（proteinase）降解成肽，通过抗原加工相关转运体（TAP1、TAP2）转运进入内质网组装与MHCI类分子结合。31+抗原肽抗原提呈内源性抗原19S调节复合物28S蛋白酶体泛素连接酶20S蛋白酶体ATPATPATPATPE1E2DUBE2:结合酶E3E3:连接酶E1:激活酶DUB:分解酶泛素蛋白质泛素聚合链蛋白酶体肽段AB内源性抗原在胞质中通过泛素-蛋白酶体途径降解A.泛素-蛋白酶体降解途径；B.发生泛素化的抗原分子通过调节复合物进入28S蛋白酶体后降解成抗原肽。19S的调节复合物像两顶帽子覆盖在蛋白酶体两端，可结合泛素分子和非折叠的肽链促使其进入蛋白酶体的酶解孔道。内源性抗原在胞质中泛素-蛋白酶体降解32免疫蛋白酶体结构A.圆筒状的蛋白酶体由四个圆环相叠而成，每个圆环包括7个亚单位。内圈两个圆环因各自包含PSMB9、PSMB8和MECL1而成为免疫蛋白酶体。B.免疫蛋白酶体纵切面，可见其酶解部位主要集中在两个圆环的内侧。PSMB（型蛋白酶体亚单位）编码基因位于MHCII类基因区，但MECL1基因座位在MHC外。酶解部位抗原肽进入途径

PSMB9PSMB8MECL1AB33内源性抗原肽的转运和MHCI类分子荷肽Generationofantigenicpeptide–classIMHCcomplexesinthecytosolicpathway.(b)Inthecytosol,associationofLMP2,LMP7,andLMP10(blackspheres)withaproteasomechangesitscatalyticspecificitytofavorproductionofpeptidesthatbindtoclassIMHCmolecules.WithintheRERmembrane,anewlysynthesizedclassIchainassociateswithcalnexinuntil2-microglobulinbindstothechain.TheclassIchain/2-microglobulinheterodimerthenbindstocalreticulinandtheTAP-associatedproteintapasin.WhenapeptidedeliveredbyTAPisboundtotheclassImolecule,foldingofMHCclassIiscompleteanditisreleasedfromtheRERandtransportedthroughtheGolgitothesurfaceofthecell.HSPfamilyGenerationofantigenicpeptide–classIMHCcomplexesinthecytosolicpathway.(a)SchematicdiagramofTAP,aheterodimeranchoredinthemembraneoftheroughendoplasmicreticulum(RER).ThetwochainsareencodedbyTAP1andTAP2.ThecytosolicdomainineachTAPsubunitcontainsanATP-bindingsite,andpeptidetransportdependsonthehydrolysisofATP.34内源性抗原的提呈3536参阅表8-237

蛋白质抗原加工提呈的非典型途径A.I类分子提呈外源性抗原。进入吞噬溶酶体的外源性抗原被酶解后，越过溶酶体膜进入胞质溶胶，在内质网腔中被I类分子提呈给CD8CTL。B.

II类分子提呈内源性抗原。按常规途径进入内质网的内源性抗原肽因Ii分子异常不能覆盖II类分子抗原结合槽而被II类分子提呈给CD4Th。C.

II类分子提呈内源性抗原(抗原自噬)。胞质溶胶抗原进入胞质内特化囊泡(自噬体)并与吞噬溶酶体融合，向CD4Th提呈内源性抗原肽。CD4ThCD8CTLMHCI蛋白酶体TAP内源肽Tapasin

MHCII-

Ii--内源肽自噬体自噬体ABCI类链2-m外源肽内源肽三、抗原加工提呈的非典型途径38树突状细胞对肿瘤抗原的交叉提呈A.树突状细胞摄入表达内源性肿瘤抗原的肿瘤细胞后，吞噬溶酶体中分解肿瘤抗原肽，后者穿越溶酶体膜从胞质溶胶中经过TAP进入内质网（ER），交由I类分子提呈。B.吞噬体中的肿瘤抗原不经分解直接进入胞质溶胶，借助蛋白酶体和经典的内源性抗原加工途径，由内质网I类分子提呈。C.吞噬溶酶体中产生的肿瘤抗原肽借助囊泡与收入成熟I类分子的囊泡融合，在囊泡中完成I类分子荷肽，直接转移至细胞表面。以上三种途径最终皆激活CD8CTL肿瘤杀伤细胞。

CD8CTLMHCITAP

吞噬溶酶体B肿瘤细胞肿瘤抗原

肿瘤抗原肽

肿瘤抗原肽MHCIERACDC39MHC、抗原肽和TCR分子间的相互作用一、抗原肽与MHC分子相互作用及其分子基础二、TCR-pMHC相互作用的理论及应用意义40一、抗原肽与MHC分子相互作用及其分子基础1.MHCⅠ和Ⅱ类分子抗原结合槽的结构特点2.抗原肽的锚着残基和MHC分子接纳抗原肽的共用基序3.抗原肽-MHC相互作用中等位基因特异性及其意义41

ConformationofpeptidesboundtoclassIMHCmolecules.(a)Schematicdiagramofconformationaldifferenceinboundpeptidesofdifferentlengths.Longerpeptidesbulgeinthemiddle,whereasshorterpeptidesaremoreextended.ContactwiththeMHCmoleculeisbyhydrogenbondstoanchorresidues1/2and8/9.(b)Molecularmodelsbasedoncrystalstructureofaninfluenzavirusantigenicpeptide(blue)andanendogenouspeptide(purple)boundtoaclassIMHCmolecule.Residuesareidentifiedbysmallnumberscorrespondingtothoseinpart(a).(c)Representationof1and2domainsofHLA-B27andaboundantigenicpeptidebasedonx-raycrystallographicanalysisofthecocrystallizedpeptide–HLAmolecule.Thepeptide(purple)archesupawayfromthe

strandsformingthefloorofthebindingcleftandinteractswithtwelvewatermolecules(spheres).42各种天然抗原肽借助特定锚着残基和不同HLA等位基因产物结合A.I类分子HLA-A*0201以第2和第9位为锚着位，接纳抗原肽的锚着残基分别为L/M和L/V，因而该I类分子的共用基序为x-L/M-x-x-x-x-x-x-L/V。B.II类分子DRB1*0405接纳抗原肽的锚着位在1,4,6,9，锚着残基除了第9位相对单一(E/D),其余多变。红框框出的九个氨基酸残基与I类分子结合抗原肽的关键部位相对应，称核心序列。TLWVDPYLVLLDVPIAVSLLPAIVLYMNGTMSLMLLALLYLALWLFFGLEAEQCV

1

2

34567

8

9HLA-A*

0201

（I类）

99109991413141715蛋白磷酸酶389-397BCTI蛋白103-111IP-30信号肽27-35酪氨酸激酶369-377酪氨酸激酶1-9黑色素瘤抗原共用基序

xL/Mx

xxxx

x

L/VHLA-DRB1*

0405

（II类）DIIRPQPEDKELKNIKFTDRWDAPNTSLYYTKFTPEYLLTERYPTALADDPILVVVVVTSLKDKKLYKGPAYD热休克蛋白68-81ras相关蛋白86-982微球蛋白83-96PKM2101-117组织蛋白酶C62-76

等位基因抗原肽氨基酸残基组成残基数抗原肽来源

核心序列残基（锚着位）核心序列残基非核心序列残基

AB43不同H-2II类分子识别和递呈小鼠白血病病毒胞膜蛋白的不同表位三种H-2II类等位基因分子I-As、I-Ab和I-Eb结合抗原肽时启用不同的共用基序，因而分别结合并提呈小鼠白血病病毒胞膜蛋白MuLVenv同一分子的三个不同抗原肽序列145-158、255-271和454-469。

H-2

抗原肽

123456789I-As

共用基序

x

IT

xxxx

HxMulvenv255-269IRLKITDS

G

P

RVPIGIgG2a75-91WPSQSITCN

V

A

HPASSTTIR203-218KPTE

VS

G

K

L

V

HANFGTI-Ab

共用基序

x

N

x

xx

xT

P

xMulvenv145-158HN

EG

F

YV

T

PGPGRPIi85-99RPVSQ

M

RM

A

T

PL

LMRIgGVH59-74

Y

NA

D

FK

T

PATLTVDI-Eb

共用基序

Y

L

Y

x

x

x

xRRMulvenv454-469SPSY

V

Y

HQFE

R

RAKYKBSA141-158GKYL

Y

EIAR

R

H

PYFunknownXPQSYL

IHEY

Y

Y

ISI-A

b

I-A

sI-E

b

145-158

255-271

454-469

44－MHC接纳与提呈抗原肽有一定的选择性。

－MHC分子接纳和提呈抗原肽显示灵活性。