《抗原的加工与递呈》PPT课件.ppt

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1、抗原的加工与递呈,包头医学院于敬达,TCR,MHC+Ag肽,MHC I,MHC II,内源性Ag,外源性Ag,（细胞内合成）,（细胞外摄入）,所有有核细胞,APC,正常 肿瘤Ag 病毒Ag,Tc（CD8+T）,正常组分,异常Ag（细菌、寄生虫等）,Th（CD4+T）,提呈抗原的C被杀死,（靶C）,活化B、Tc、炎症反应,（M、DC、B）,蛋白降解成肽、形成MHC-肽复合物、表达于C膜供T识别,靶细胞,靶细胞：所有的有核细胞都具有降解胞质内蛋白的能力，而且都表达MHC I类分子，所以，有核细胞一旦表达非己抗原时，例如病毒感染细胞和肿瘤细胞等，都能成为APC，向CD8+T细胞递呈抗原。但通常把通过

2、MHC I类分子向CD8+T细胞递呈抗原的细胞称为靶细胞，而只把表达MHC类分子并能向CD4+T细胞提呈抗原的细胞称为APC。,一、基本概念,抗原加工：蛋白质抗原在细胞内被降解成能与MHC分子结合的肽的过程。抗原递呈：MHC分子与抗原肽结合，将其展示于细胞表面供T细胞识别的过程。内源性抗原：细胞内产生的蛋白质抗原，包括自身抗原和非己抗原-MHC分子递呈。外源性抗原：由细胞外摄入细胞内的蛋白质抗原，包括非己抗原和自身抗原-MHC分子递呈。,二、抗原递呈细胞的种类,APC：即抗原递呈细胞，表达MHC和协同刺激分子，能够摄取、加工、处理抗原，并把抗原肽递呈给T细胞的一类特化的细胞群，包括DC、巨噬细

3、胞、活化的B细胞和其他非专职APC。,树突状细胞,巨噬细胞,B 细胞,APC的分类：,非专职APC：内皮细胞、上皮细胞、纤维母细胞及脑内小胶质细胞、各种上皮细胞及间皮细胞等。专职APC：DC、巨噬细胞、活化的B细胞,抗原递呈细胞的特点,1.树突状细胞(dendritic cell,DC),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。根据来源：分为髓系来源的DC和淋巴系来源的DC。根据分布：淋巴组织中的DC(并指状DC，边缘区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）

4、,呈集落悬浮生长的成熟DC（400）Mature DC suspended in media by colony（400）,呈散在生长的成熟DC（400）scattered mature DC（400）,DC的特点及功能：,通过形态学、组合性表面标志及在混合淋巴细胞反应中能够刺激初始T细胞增殖鉴定。人DC的主要特征性标志为CD11c、CD1a、CD83，是惟一能激活初始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。通过三种方式摄取抗原：巨吞饮、受体介导的内吞作用、吞噬作用。,在正常组织，DC处于静息状态，为“重量级吞饮者”，每小时可吸收四倍于其体

5、积的细胞外液，表达有一些B7和相对低水平的MHC分子，不擅于抗原提呈,一旦有微生物入侵，其定居的组织将成为战场，DC被激活，这发生于其细胞表面的受体识别入侵者的特征性分子（如LPS）或能提供信号提示先天免疫系统正忙于战斗的CK（如M分泌的TNF），DC会离开组织，迁移至最近的淋巴结。在此过程中，其储备的MHC类分子与来自战区的抗原装载，同时上调MHC类分子的表达，增加B7产生，故具备了激活初始T的条件,DC表面标志,树突状伪足 组合性表面标志,CD1a、CD11c、CD83,MHC-II类分子,协同刺激分子CD80、CD86,黏附分子CD40、CD54,特点：激活初始T细胞,DC来源、组织分布

6、与分类,来源：淋巴系DC、髓系DC,命名：DC根据分布或分化程度的不同而命名：,表皮、胃肠上皮,朗格汉斯细胞,实质器官结缔组织,间质树突状细胞,并指树突状细胞,外周免疫器官淋巴滤泡区,滤泡状树突状C,外周免疫器官胸腺依赖区 胸腺髓质区,朗格汉斯细胞(Langerhans cell LC)位于表皮和胃肠道上皮部位的未成熟DC，具有较强摄取和加工处理抗原的能力，但其免疫刺激能力较弱。间质性DC（interstitial DC）主要分布在某些非淋巴组织间质中的DC，属不成熟DC，其摄取和加工处理抗原的能力较强，但不能递呈抗原激发免疫应答。隐蔽细胞(veiled cell)为输入淋巴管和淋巴液中迁移形

7、式的DC，由淋巴引流区的局部皮肤或粘膜组织中携带抗原的DC迁移而来。并指状DC(interdigitating DC IDC)存在于外周淋巴组织的胸腺依赖区，是由LC或间质性DC移行至淋巴结而衍生的成熟DC，具有较强的免疫激发作用。,树突状细胞的分化、发育、成熟及迁移,前体阶段 功能在于产生各种髓系DC。未成熟期 未成熟DC主要存在于多种实体器官及非淋巴组织的上皮（LC，间质性DC）。表型特征：表达一些膜受体，具有很强的内吞、加工、处理抗原的能力，但仅表达低水平共刺激分子和粘附分子，刺激初始T细胞的能力较弱。迁移期 通过淋巴和血液循环进入淋巴结（体液中的DC）。,树突状细胞的分化、发育、成熟及

8、迁移,成熟期 成熟期DC主要存在于淋巴结、脾及派氏集合淋巴结（IDC、边缘区DC）。表型特征：高表达MHC-I类分子、MHC-类分子、CD80(B7-1)、CD86(B7-2)、CD40、细胞间粘附分子(ICAM-1)和热休克蛋白(HSP)等免疫刺激分子。同时其摄取、处理抗原的能力下调。能有效地将抗原递呈给初始T细胞并使之激活。,非成熟DC与成熟DC：,非成熟DC具有极强的抗原摄取、加工和处理能力，但其表达MHC II类分子和共刺激分子、黏附分子水平低，故其提呈抗原和激发免疫应答的能力较弱。非成熟DC可以分化成熟，在此过程中其抗原摄取加工能力显著降低，但MHC分子、共刺激分子、黏附分子的表达显

9、著提高，故其提呈抗原和激发免疫应答的能力很强。,树突状细胞的功能,摄取加工处理提呈抗原参与胸腺内T细胞的阳性、阴性选择参与免疫耐受的诱导参与免疫记忆的维持调节免疫应答,2.巨噬细胞（macrophage,M）,由血液中的单核细胞分化而来。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。,3.B细胞,主要加工和递呈可溶性抗原。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MHCII类分子，但不表达协同刺激分子。通过BCR摄入抗原，能有效提呈低浓度抗原。,三、抗原加工和递呈的途径,

10、经典途径：MHC类分子递呈内源性Ag-CD8+T MHC类分子递呈外源性Ag-CD4+T非经典途径-交叉致敏,（一）外源性抗原的加工递呈,又称为MHC类途径。分为抗原的摄取、加工、MHC类分子的合成与转运、MHC类分子的组装和抗原多肽的提呈几个阶段。,M,吞噬,颗粒Ag,DC,巨吞饮,B,BCR介导的胞吞,1.外源性抗原的摄取,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。,2.外源性抗原的加工,外源性抗原在内体的酸性环境中被附着于内体膜上的蛋

11、白酶水解为多肽片段，并随内体转运至溶酶体或融合为内体/溶酶体。溶酶体及内体是抗原提呈细胞加工处理外源性抗原的主要场所。溶酶体含组织蛋白酶、过氧化氢酶等多种酶，且为酸性环境，可将蛋白抗原降解为适于与MHC类分子结合的肽。,Activation of Cathepsin B at low pH,At higher pH cathepsin B exists in a pro-enzyme form,Acidification of the endosome alters the conformation of the proenzyme to allow cleavage of the pro-r

12、egion,Hence:drugs that alter acidification of the endosomes disturb exogenous antigen processing,3.MHC 类分子的生物合成与转运,合成场所：粗面内质网MHC II/二聚体与Ii链结合，形成（Ii）3Ii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类分子的抗原结合槽以不同亲和力结合，称为类分子结合的不变肽链（class II associated invariant pepti

13、de,CLIP),Need 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 complex,In the endoplasmic reticulum,MHC class II maturation and invariant ch

14、ain,A peptide of the invariant chain blocks the MHC molecule binding site.This peptide is called the CLass II associated Invariant chain Peptide(CLIP),Invariant chain CLIP peptide,Ii链的作用：,促进MHC II类分子链与链组装和折叠及二聚体的形成。阻止MHC II类分子二聚体在ER（粗面内质网）内与其他内源性多肽结合。促进MHC II类分子二聚体在细胞内的转运。,4.MHC类分子的组装,荷肽：MHC分子与抗原肽结合

15、的过程，在MC和CV中进行。MC和CV：MC即MHC类腔室（MHC class compartment)，CV即含MHC类分子的空泡（MHC class-cintaining vesicles),是富含外源性抗原肽和HLA-DM分子的内体。,MHC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。,Removal of CLIP,?,How can the peptide stably b

16、ind to a floppy binding site?,Competition between large number of peptides,HLA-DM catalyses the removal of CLIP,MIIC compartment,HLA-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

17、 antigenHLA-DO may also play a role in peptide exchange,5.外源性抗原的递呈,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。,Ag蛋白,内体,短肽,、链,MHC II/li链,内质网,Li被降解，留CLIP与MHC结合,HLA-DM,MHC-肽复合物,MC,表达于C表面,Y,Pinocytosis,Phagocytosis,Membrane Igreceptor mediateduptake,Uptake of exogenous antigens,Complement receptor

18、mediated phagocytosis,Fc receptor mediated phagocytosis,Uptake mechanisms direct antigen into intracellular vesiclesfor exogenous antigen processing,Proteases produce 24 amino acid long peptides from antigensDrugs that raise the pH of endosomes inhibit antigen processing,Exogenous pathway,Protein an

19、tigensIn endosome,Cathepsin B,D and L proteases are activated by the decrease in pH,Class II associated invariant chain peptide(CLIP),(inv)3 complexesdirected towardsendosomes byinvariant chain,Cathepsin L degrades Invariant chainCLIP blocks groove in MHC molecule,MHC Class IIcontaining vesiclesfuse

20、 with antigencontaining vesicles,（二）内源性抗原的加工递呈,又称为MHC类途径。分为内源性抗原的加工、转运、MHC类类分子荷肽、递呈几个阶段。,内源性抗原的加工处理和提呈,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，最后在宿主细胞浆中合成具有异物性的蛋白质抗原。,1.内源性抗原的加工,内源性抗原被存在于胞浆内的蛋白酶体(proteasome)，即低分子量多肽（Low-molecular-weight polypeptide，LMP）降解成6-30个氨基酸残基的抗原肽。蛋白酶体：一种存在于大多数

21、细胞内的大分子多重蛋白酶复合体。,Degradation in the proteasome,The components of the proteasome include MECL-1,LMP2,LMP7These components 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 acid

22、s and releases peptides into the cytoplasm,Cytoplasmic cellular proteins,including non-self proteinsare degraded continuously by a multicatalytic protease of 28 subunits,2.内源性抗原肽的转运,降解的抗原肽首先转移至内质网（ER）腔内与新组装的MHC-I类分子结合。该过程依赖于ER表面的抗原加工相关转运物（TAP）。TAP分子位于内质网（ER）膜上，由两个亚单位组成的异二聚体（TAP1/2），TAP1和TAP2各跨ER膜6次，

23、共同在ER膜上形成跨膜孔道。,胞质中的抗原肽先于TAP结合，TAP以ATP依赖的方式对肽进行主动转运。抗原肽与TAP结合后，使TAP异二聚体结构改变，孔道开放，抗原肽得以通过孔道进入ER腔内。TAP可选择性的将8-12个氨基酸残基的肽转运到内质网。,2.内源性抗原肽的转运,Transporters associated withantigen processing(TAP1&2),Transporter has preference for 8 amino acid peptideswith hydrophobic C termini.,ENDOPLASMIC RETICULUM,CYTOSO

24、L,Peptide antigens produced in the cytoplasm are physically separated from newly formed MHC class I,3.MHC类分子生成与组装,MHC I类分子链和2m在内质网中合成。MHC I类分子链立即与伴侣蛋白结合。伴侣蛋白可以参与链折叠，保护链不被降解，参与链和2m组装成完整的MHC I类分子，并参与MHC I类分子与TAP的结合。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。,Calnexin bindsto nascentclass I chainuntil 2-M bi

25、nds,B2-M binds and stabilises floppy MHC,Tapasin,calreticulin,TAP 1&2 form a complex with the floppy MHC,Cytoplasmic peptides are loaded onto the MHC molecule and the structure becomes compact,Maturation and loading of MHC class I,4.内源性抗原肽的递呈,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。,Fate

26、 of MHC class I,MHC-类途径,内源性抗原（如病毒抗原、肿瘤抗原)被细胞内蛋白酶体(LMP)酶解 抗原肽（含8-13个aa）经抗原肽转运体(TAP)转运至内质网 形成抗原肽/MHC-I分子复合物 转运细胞表面 表达于细胞膜,MHC-I 分子+内源性抗原肽MHC-II 分子+外源性抗原肽,CD8+T细胞CD4+T细胞,1.类型,2.方式,MHC-抗原肽-TCR 免疫三分子复合体,CD4/CD8 MHC-/MHC-辅助受体,协同刺激分子与多种黏附分子,抗原提呈的基本过程,3.过程（APC与T细胞的相互作用）,非特异性结合（黏附分子）,特异性识别（免疫三分子复合体+辅助受体）,免疫突触形成,（黏附分子表达增高、亲和力增强）,信号转导,T细胞激活,不识别（解离）,内源性和外源性抗原加工途径特点比较,（三）非经典递呈途径-交叉递呈,MHCI类分子也能递呈外源性抗原，MHCII类分子也能递呈内源性抗原。不是抗原递呈的主要方式。,MHC-类分子提呈外源性抗原,内体与再循环的MHC-类分子结合内体与内质网融合外源性抗原直接进入胞浆,MHC-类分子提呈内源性抗象,吞入含有内源性抗原的细胞意义：诱导初始T活化 诱导外周耐受,四、抗原加工递呈的意义,实现免疫系统对非己抗原的免疫监视作用免疫调节作用,