抗原提呈细胞与抗原的加工及提呈课件.ppt

1、抗原提呈细胞与抗原的加工及提呈哈尔滨医科大学基础医学院免疫教研室分子生物学馆411室鞠环宇学习目标掌握：抗原提呈细胞的概念、种类及特点掌握：抗原提呈细胞的概念、种类及特点熟悉：抗原提呈细胞对抗原的摄取和加工处理途径熟悉：抗原提呈细胞对抗原的摄取和加工处理途径 能够加工抗原并以抗原肽能够加工抗原并以抗原肽-MHCMHC分子复合物的形式将抗原肽分子复合物的形式将抗原肽提呈给提呈给T T细胞的一类细胞，在机细胞的一类细胞，在机体的免疫识别体的免疫识别、免疫应答与免疫、免疫应答与免疫调节中起重要的作用。调节中起重要的作用。抗原提呈细胞抗原提呈细胞(antigen presenting cell,APC

2、)一、抗原提呈细胞的分类1.通过MHC类分子提呈外源性抗原的APC专职APC(professional APC)组成性表达MHC-类分子和协同刺激分子和黏附分子，抗原提呈能力强，包括巨噬细胞(M)、树突状细胞(dendritic cell,DC)和B细胞。非专职性APC(non-professional APC)诱导性表达MHC类分子，抗原提呈能力弱，包括内皮细胞、成纤维细胞、上皮细胞等。2.通过MHC类分子提呈内源性抗原的APC广义的APC能够降解加工细胞内抗原并以抗原肽-MHC类分子复合物的形式提呈给CD8+T细胞AntigenAntigen-Presenting CellsPresent

3、ing CellsDC由美国学者由美国学者Steinman于于1973年年首次在小鼠淋巴结中首次在小鼠淋巴结中发现，因其在成熟时发现，因其在成熟时伸出许多树突状或伪足状突起而得名，是伸出许多树突状或伪足状突起而得名，是迄今所知的能刺激初始迄今所知的能刺激初始T细胞活化的主要专细胞活化的主要专职职APC。一、树突状细胞（一）（一）DC的来源、分布与表面标志的来源、分布与表面标志（二）树突状细胞的分化、发育与迁移（二）树突状细胞的分化、发育与迁移（三）（三）树突状细胞的功能树突状细胞的功能 主要内容1.来源来源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

4、体细胞髓系前体细胞多能造血干细胞GM-CSFTNF-a aIL-42 2.DC的分布与分类的分布与分类髓系前体阶段髓系前体阶段DC:功能为产生各种髓系DCImmature DC:广泛分布于机体内，如上皮下及 多数组织器官心脏、肾脏，但大脑除外.高表达各种受体,功能为摄取加工处理抗原迁移期迁移期DC:随迁移逐渐成熟Mature DC:淋巴组织,抗原提呈能力增强DC的分类的分类 按照谱系来源分类按照谱系来源分类*髓样树突状细胞髓样树突状细胞（myeloid dendritic cell，MDC）*淋巴样树突状细胞淋巴样树突状细胞（lymphoid-derived dendritic cell，LD

5、C）按照组织分布分类按照组织分布分类1）淋巴样组织中的）淋巴样组织中的DC 并指状并指状DC(interdigitating cell，IDC)：外周淋巴组织外周淋巴组织 胸腺依赖区胸腺依赖区 滤泡样滤泡样DC(follicular DC，FDC)：淋巴滤泡生发中心：淋巴滤泡生发中心 胸腺胸腺DC(thymic DC，TDC)：胸腺髓质：胸腺髓质2）非淋巴样组织中的）非淋巴样组织中的DC 郎罕细胞（郎罕细胞（Langerhans cell）:表皮和上皮表皮和上皮 间质性间质性DC（interstitial DC）:心肺肾肝胃间质心肺肾肝胃间质3）体液中的）体液中的DC 隐蔽隐蔽DC（veile

6、d cell）：输入淋巴液）：输入淋巴液 血液血液DC（peripheral blood DC）：外周血外周血3.DC的表面标志的表面标志DC尚未发现特征性的表面标志尚未发现特征性的表面标志。对。对DC的鉴定除了在的鉴定除了在细胞形态上加以区别外，常用细胞表面标志组合等进细胞形态上加以区别外，常用细胞表面标志组合等进行鉴别。行鉴别。常见的常见的DC表面标志有表面标志有MHC-I、MHC-、CD11a、CD11c、ICAM-1、CD58、CD40、CD44、CD83、CD80、CD86、整合素（、整合素（1、2）、）、DC-SIGN、FcR、C3bR及各种趋化因子受体等。及各种趋化因子受体等。（

7、二）树突状细胞的分化、发育与迁移（二）树突状细胞的分化、发育与迁移骨髓DC前体血流非淋巴组织分化非成熟DC定居上皮组织、胃肠道、生殖道和泌尿管道、气道以及实质脏器的间质具有很强的摄取、处理和加工抗原的能力，但提呈抗原能力弱细胞因子和抗原刺激下DC细胞成熟并迁移进入局部淋巴结摄取、处理和加工抗原的能力变弱，但提呈抗原能力逐渐增强外周未成熟外周未成熟DC从皮肤、各种脏器及从皮肤、各种脏器及血液等处捕获抗原后移行到血液等处捕获抗原后移行到淋巴结或脾脏淋巴结或脾脏等次级淋巴器官的过程，伴随着等次级淋巴器官的过程，伴随着DC的成的成熟，表面标志发生一系列的变化。其过程熟，表面标志发生一系列的变化。其过程

8、受到诸多因素的影响，包括受到诸多因素的影响，包括抗原的种类、抗原的种类、各种细胞因子、与其它细胞间的相互作用各种细胞因子、与其它细胞间的相互作用等，形成复杂的调控机制。等，形成复杂的调控机制。影响影响DC成熟的因素成熟的因素 1、抗原的刺激抗原的刺激：抗原的刺激是：抗原的刺激是DC成熟的早期事件，成熟的早期事件，简言之，凡能被简言之，凡能被DC捕获并内化的抗原均能激活捕获并内化的抗原均能激活DC 并导致其成熟。并导致其成熟。2、细胞因子：影响、细胞因子：影响DC成熟的细胞因子种类较多，包括成熟的细胞因子种类较多，包括 GM-CSF、IL-4、TNF-、TGF-、IL-10等等。目前得到公认的是

9、目前得到公认的是GM-CSF为为DC成熟所必需的细胞成熟所必需的细胞 因子，但单独使用因子，但单独使用GM-CSF并不能诱导并不能诱导DC完全成熟，完全成熟，只有联合运用只有联合运用IL-4、TNF-或或IFN-等细胞因子，才等细胞因子，才 能得到具有典型形态、表型及功能的能得到具有典型形态、表型及功能的DC。DC的成熟的成熟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MHC-缺乏共刺激分子缺乏共刺激分子 -提呈抗原能力弱提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

10、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-抗原提呈能力强抗原提呈能力强 未成熟未成熟DC 成熟成熟DC主要功能主要功能 抗原捕获、加工处理抗原捕获、加工处理 提呈抗原提呈抗原Fc受体和甘露糖受体的表达受体和甘露糖受体的表达 +存在部位存在部位 非淋巴组织器官非淋巴组织器官 外周淋巴组织外周淋巴组织胞浆内胞浆内MHC数量数量 多多 少少表面表面MHC-类分子的数量类分子的数量 106 7 7106表面表面MHC-类分子的半衰期类分子的半衰期 10hr 10hr 100hr100hr共刺激分子（共刺激分子（B7等）的表达等）的表达 或低表达

11、或低表达 +黏附分子黏附分子(LFA-3,ICAM-1等等)的表达的表达 或低表达或低表达 +活化初始活化初始T T细胞的能力细胞的能力 无无 强强未成熟未成熟DC与成熟与成熟DC的比较的比较（三）（三）DC的生物学功能的生物学功能1.识别、摄取和加工抗原，参与固有免疫识别、摄取和加工抗原，参与固有免疫2.抗原提呈与免疫激活作用抗原提呈与免疫激活作用3.免疫调节作用免疫调节作用4.免疫耐受的诱导与维持免疫耐受的诱导与维持1、识别、摄取和加工抗原，参与固有免疫DC表达多种模式识别受体以及Fc受体，可识别多种微生物或抗原抗体复合物，通过胞饮作用、吞噬作用和受体介导的内吞作用等摄取抗原物质。pDC活

12、化后可快速产生I型干扰素，参与抗病毒固有免疫应答。2、抗原提呈与免疫激活作用1.提供初始T细胞活化的启动信号2.成熟DC高表达共刺激分子为T细胞活化提供第二信号3.产生的细胞因子进一步诱导活化的T细胞增殖和分化，从而启动完整免疫应答4.DC能通过诱导Ig的类别转换和释放某些可溶性因子等促进B细胞增殖与分化DC可分泌多种细胞因子可分泌多种细胞因子,调节免疫功能。调节免疫功能。人人DC：IL-1、IL-1、IL-8、INF-、TNF-和和GM-CSF等；等；小鼠小鼠DC：可分泌：可分泌IL-6和和IL-12等。等。DC还可分泌多种趋化因子，介导其他免疫细胞的趋化作用。还可分泌多种趋化因子，介导其他

13、免疫细胞的趋化作用。3 3、免、免 疫疫 调调 节节 4、免疫耐受的诱导与维持、免疫耐受的诱导与维持 未成熟未成熟DC可诱导外周免疫耐受可诱导外周免疫耐受 不表达共刺激分子不表达共刺激分子,不能激活不能激活T细胞细胞,诱导诱导T细胞细胞失能失能,引起自身耐受引起自身耐受;诱生调节性诱生调节性T细胞细胞,分泌分泌IL-10,TGF-,抑制抑制T细细胞应答胞应答,促进外周耐受形成促进外周耐受形成;胸腺胸腺DC参与胸腺内参与胸腺内T细胞的阴性选择细胞的阴性选择,清清除自身反应性除自身反应性T细胞，参与细胞，参与T细胞的中枢细胞的中枢耐受耐受.骨骨 髓髓 血血 液液 组组 织织多能干细胞多能干细胞髓样

14、干细胞髓样干细胞单核母细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型细胞型细胞二、单核吞噬细胞二、单核吞噬细胞表面标志1.MHC类分子类分子2.FcR和和CR1/3/43.趋化因子受体趋化因子受体4.其他受体其他受体 粘附分子（粘附分子（LFA-1,ICAM

15、-1)共刺激分子共刺激分子(B7,CD40)LPS受体受体(CD14)、CKR等等 单核单核-巨噬细胞的生物学功能巨噬细胞的生物学功能1.吞吞 噬噬 作作 用用巨噬细胞吞噬细菌巨噬细胞吞噬细菌2.处理及提呈抗原 3.免疫调节免疫调节：通过提呈抗原、产生和分泌各种细：通过提呈抗原、产生和分泌各种细胞因子，产生补体系统分子及凝血因子、组织修胞因子，产生补体系统分子及凝血因子、组织修复因子等；生成胞内酶类；产生某些神经肽及激复因子等；生成胞内酶类；产生某些神经肽及激素等发挥作用。素等发挥作用。正调：产生正调：产生IL-1/12，TNF-负调：前列腺素、负调：前列腺素、TGF-4.抗肿瘤作用：直接杀伤

16、、抗肿瘤作用：直接杀伤、ADCC、激发抗瘤免疫、激发抗瘤免疫 5.其他：致炎症、调节生血、止血、参与组织修复其他：致炎症、调节生血、止血、参与组织修复和再生等和再生等 三、三、B 细细 胞胞 B细胞能持续表达MHC-II类分子，有效提呈抗原给CD4+Th细胞，也表达B7-1分子，对活化的Th细胞有协调刺激作用。机制：BCR结合抗原决定簇，发生受体介导内吞作用，被吞入的抗原分子水解成抗原性多肽，与MHC-II类分子形成复合物，表达在B细胞表面，并提呈给CD4+Th细胞，诱导Th细胞活化，而活化的Th细胞可选择性诱导特异性B细胞活化。第二节第二节 抗原的加工和提呈抗原的加工和提呈 （antigen

17、 processing and presentation）将抗原加工处理、降解为抗原肽片段并与胞将抗原加工处理、降解为抗原肽片段并与胞内内MHCMHC分子结合的过程称为分子结合的过程称为抗原加工或处理抗原加工或处理.抗抗原肽片段与原肽片段与MHCMHC分子结合形成复合物被分子结合形成复合物被T T细胞的细胞的TCRTCR识别的过程识别的过程,称为称为抗原提呈抗原提呈。一一、APCAPC提呈抗原的分类提呈抗原的分类*外源性抗原外源性抗原(exogenous antigen)(exogenous antigen)：来源于细胞外的抗原，例如：被吞噬的细胞、细菌来源于细胞外的抗原，例如：被吞噬的细胞、

18、细菌或蛋白质抗原等。通过溶酶体途径由或蛋白质抗原等。通过溶酶体途径由MHC类分类分子提呈给子提呈给CD4+T细胞细胞。*内源性抗原内源性抗原(endogenous antigen)(endogenous antigen)：细胞内合成的抗原，例如：病毒感染的细胞内合成细胞内合成的抗原，例如：病毒感染的细胞内合成的蛋白、肿瘤细胞内合成的肿瘤抗原和某些细胞内的蛋白、肿瘤细胞内合成的肿瘤抗原和某些细胞内的自身抗原等。通过胞质溶胶途径由的自身抗原等。通过胞质溶胶途径由MHC类分类分子提呈给子提呈给CD8+T细胞。细胞。外源性抗原外源性抗原 内源性抗原内源性抗原-MHC分子抗原提呈途径分子抗原提呈途径-M

19、HC分子抗原提呈途径分子抗原提呈途径-脂类抗原的脂类抗原的CD1分子提呈途径分子提呈途径 -非经典的抗原提呈途径非经典的抗原提呈途径二二、APC加工和提呈抗原的途径加工和提呈抗原的途径 外源性抗原被外源性抗原被APCAPC摄取、加工、处理摄取、加工、处理为抗原肽，与为抗原肽，与MHC-IIMHC-II类分子形成抗原肽类分子形成抗原肽-MHC-IIMHC-II类分子复合物，表达于类分子复合物，表达于APCAPC表面，表面，供供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类分子类分子)途径途径YY胞饮胞饮吞噬吞噬膜膜 Ig受体介导的内吞受体介导的内吞Y（一）外源

20、性抗原的摄取、加工和处理（一）外源性抗原的摄取、加工和处理补体受体介导的吞噬补体受体介导的吞噬YFc R介导的吞噬介导的吞噬调理作用调理作用 形成内体,与溶酶体融合成吞噬溶酶体 胞质中存在一种称为MHC类小室，与吞噬溶酶体融合，降解抗原多肽，大小适合MHC分子结合。阻止新合成的未折叠的自身蛋阻止新合成的未折叠的自身蛋白结合未成熟白结合未成熟MHC-II类分子类分子Ii链通过非共价键结合未成熟链通过非共价键结合未成熟MHC-II类分子，使之稳定，形成类分子，使之稳定，形成(Ii)3九聚体九聚体在内质网钙联蛋白促进异二聚体折叠和组装在内质网钙联蛋白促进异二聚体折叠和组装(二二)抗原肽抗原肽-MHC

21、 II类分子复合物的形成和转运类分子复合物的形成和转运 参与参与II类分子的组装和折叠；类分子的组装和折叠；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类分子与胞浆中内源性抗原结合类分子与胞浆中内源性抗原结合引导组装后的引导组装后的MHC-II类分子转运至类分子转运至MIICIi 的作用的作用(Ii)3九聚体从高九聚体从高尔基体进入吞噬尔基体进入吞噬溶酶体溶酶体,融合成融合成MIIC，在此负载，在此负载多肽片段多肽片段.EndosomesCell surfaceUptakeClass II associated invariant chain peptide(CLIP)II类分子

22、相关的恒定链肽段类分子相关的恒定链肽段(aainv)3 complexesdirected towardsendosomes byinvariant chainCathepsin L degrades Invariant chainCLIP blocks groove in MHC moleculeMHC Class IIcontaining vesiclesfuse with antigencontaining vesiclesCLIP解离解离?多肽片段如何稳定结合于糟状结合位点？多肽片段如何稳定结合于糟状结合位点？HLA-DM 催化催化 CLIP的解离的解离HLA-DM在内体的催化序列在内

23、体的催化序列HLA-DMHLA-DRMHC II-多肽复合物的表面表达多肽复合物的表面表达输出到细胞表面输出到细胞表面转移至内体进行降解转移至内体进行降解 溶溶 酶酶 体体 途途 径径外源性抗原外源性抗原 新合成的新合成的MHC-II类分子类分子 （内质网中）（内质网中）吞噬小体吞噬小体 li占据抗原结合槽占据抗原结合槽 溶酶体溶酶体 酸性蛋白酶酸性蛋白酶 MIIC 吞噬溶酶体吞噬溶酶体 li CLIP 蛋白酶作用蛋白酶作用 HLA-DM降解成降解成13 18aa小肽小肽 +CLIP脱落脱落,暴露抗原结合槽暴露抗原结合槽 抗原肽抗原肽-MHC II类分子复合物类分子复合物 转运至转运至APC表

24、面表面,供供CD4+T细胞识别细胞识别吞噬、吞饮吞噬、吞饮胞质溶胶（胞质溶胶（MHC类分子）途径类分子）途径 内源性抗原被胞质溶胶中蛋白酶体降解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，与为小分子抗原肽后，与 MHC-IMHC-I类分子结合，类分子结合，形成抗原肽形成抗原肽/MHC-I/MHC-I类分子复合物，供类分子复合物，供CD8CD8+T T细胞识别的过程。细胞识别的过程。如病毒抗原、肿瘤抗原如病毒抗原、肿瘤抗原、组织抗原等主组织抗原等主要经此途径提呈。要经此途径提呈。(一一)抗原的加工处理抗原的加工处理（）泛素化：（）泛素化：内源性抗原泛素内源性抗原泛素去折叠，成去折叠，成螺

25、旋线形螺旋线形脱去泛素脱去泛素,进入蛋白酶进入蛋白酶体降解体降解（）（）蛋白酶体的降解蛋白酶体的降解蛋白酶体裂解蛋白成小分蛋白酶体裂解蛋白成小分子多肽，释放到胞浆。子多肽，释放到胞浆。ENDOPLASMIC RETICULUMCYTOSOL(二二)抗原肽抗原肽-MHCI 复合物的形成和转运复合物的形成和转运胞浆中产生的抗原肽与胞浆中产生的抗原肽与ER内新合成的内新合成的MHC-I类分子隔离开来类分子隔离开来新合成的新合成的MHC-I类分子类分子多肽片段需要到达多肽片段需要到达 ER负载到负载到MHC-I类分子上类分子上ER membraneLumen of ERCytosol（）抗原加工相关转

26、运体（）抗原加工相关转运体Transporters associated withantigen processing(TAP1&2)转运体能转运转运体能转运8aa，具有疏水，具有疏水C端的多肽片段端的多肽片段TAP-1TAP-2PeptideTAP-1TAP-2PeptideTAP-1TAP-2PeptideTAP-1TAP-2PeptideTAP-1TAP-2PeptideTAP-1TAP-2PeptideTAP-1TAP-2PeptideTAP-1TAP-2PeptideTAP-1TAP-2PeptideTAP-1TAP-2PeptideER 膜膜ER腔腔胞浆胞浆TAP-1TAP-2Pe

27、ptideATP结合催化区结合催化区疏水性跨膜区疏水性跨膜区来自蛋白酶体的多肽来自蛋白酶体的多肽Endoplasmic reticulum钙联蛋白钙联蛋白 结合结合I类分子类分子的的a a chain，直到，直到 2m链结合为止链结合为止TAP-1TAP-2PeptideTAP-1TAP-2PeptideTAP-1TAP-2PeptideTAP-1TAP-2PeptideTAP-1TAP-2PeptideTAP-1TAP-2PeptideTAP-1TAP-2PeptideTAP-1TAP-2PeptideTAP-1TAP-2PeptideTAP-1TAP-2PeptideTAP-1TAP-2P

28、eptide 2m链结链结合并稳定合并稳定MHC-I类类分子分子Tapasin,钙网蛋白钙网蛋白,TAP 1&2 与与 MHC-I类分子形成类分子形成复合物复合物胞浆多肽片段负载到胞浆多肽片段负载到MHC-I类分子上形成稳类分子上形成稳定的结构定的结构（）（）MHC-I类分子的成熟及负载抗原类分子的成熟及负载抗原MHC I-抗原肽复合物的命运抗原肽复合物的命运输送到内体进行降解输送到内体进行降解 输出到细胞表面输出到细胞表面胞质溶胶途径胞质溶胶途径内源性抗原内源性抗原 链、链、2m2m链合成链合成 （内质网中）（内质网中）结合泛素结合泛素 伴随蛋白结合伴随蛋白结合 进入蛋白酶体进入蛋白酶体 T

29、AP转运转运 630aa进入内质网进入内质网 MHC-I类分子组装成二聚体类分子组装成二聚体 抗原肽抗原肽-MHC I类分子复合物类分子复合物 转运至转运至APC表面表面,供供CD8+T细胞识别细胞识别胞质处理转运胞质处理转运线形线形MHC类和类和类分子抗原提呈途径的比较类分子抗原提呈途径的比较细胞细胞抗原来源抗原来源降解抗原位置降解抗原位置结合结合MHC部位部位提呈分子提呈分子伴侣分子伴侣分子识别和应答细胞识别和应答细胞MHC类类分子途径分子途径所有有核细胞所有有核细胞内源性内源性蛋白酶体蛋白酶体内质网内质网MHC类分子类分子TAP，钙联素，钙联素CD8+T细胞细胞主要是主要是CTLMHC类

30、类分子途径分子途径专职专职APC外源性外源性内体、溶酶体内体、溶酶体溶酶体及内体中溶酶体及内体中MCMHC类分子类分子Ii链，钙联素链，钙联素CD4+T细胞细胞主要是主要是ThAPCprofessional APCnon-professional APCDCMB cellexogenous antigenMHCCD4+T cellendogenous antigenMHC ICD8+T cell 概念：概念：APC，抗原加工，抗原加工/处理，抗原提呈处理，抗原提呈 填空：填空：-人体内功能最强的人体内功能最强的APC是是()。-唯一能直接激活初始唯一能直接激活初始T细胞的细胞的APC是是()。-专职专职APC细胞细胞(),()和和()。-抗原加工处理和提呈的途径有抗原加工处理和提呈的途径有(),(),()和和()。简述简述MHC类和类和类分子抗原提呈途径的差异。类分子抗原提呈途径的差异。