第十一章抗原提呈细胞与抗原的加工及提呈抗原提呈细胞（antigen-presentingcell,APC）是能够加工抗原并以抗原肽-MHC分子复合物的形式将抗原肽提呈给T细胞的一类细胞，在机体的免疫识别、免疫应答与免疫调节中起重要作用。通过MHCⅡ类分子途径提呈外源性抗原肽给CD4*T细胞的APC分为专职性APC（professionalAPC）和非专职性APC（non-professionalAPC）。专职性APC包括树突状细胞、单核/巨噬细胞和B细胞，它们组成性表达MHCⅡ类分子、共刺激分子和黏附分子，具有直接摄取、加工和提呈抗原的功能；非专职性APC包括内皮细胞、上皮细胞、成纤维细胞等多种细胞，它们通常不或低表达MHCⅡ类分子，但在炎症过程中或某些细胞因子的作用下，可被诱导表达MHCⅡ类分子、共刺激分子和黏附分子，故加工和提呈抗原的能力较弱。另有一类被胞内病原体感染而产生病原体抗原或细胞发生突变产生突变蛋白抗原的细胞（又称靶细胞），可通过MHCI类分子途径提呈这些内源性抗原肽给CD8*T细胞而被识别和杀伤，此类细胞也属抗原提呈细胞。第一节专职性抗原提呈细胞的生物学特性树突状细胞（dendriticcell,DC)是体内功能最强的专职性APC，可激活初始T细胞。单核/巨噬细胞和B细胞仅能刺激已活化的效应T细胞或记忆T细胞，同时本身被T细胞激活，发挥更强的作用。一、树突状细胞树突状细胞（dendriticcell,DC)是一类成熟时具有许多树突样突起的、能够识别、摄取和加工外源性抗原并将抗原肽提呈给初始T细胞进而诱导T细胞活化增殖的、功能最强的抗原提呈细胞。DC是机体适应性免疫应答的始动者，也是连接固有免疫应答和适应性免疫应答的“桥梁”。（一）DC的类型DC主要分为经典DC（conventionalDC，cDC)及浆细胞样DC（plasmacytoidDC，pDC）两大类。cDC根据表型和分化发育途径分为不同亚群，主要参与适应性免疫应答的诱导和启动。根据成熟状态，DC又分为未成熟DC和成熟DC，它们在不同组织中有不同名称。部分DC具有负向调控免疫应答、维持免疫耐受的作用，称为调节性DC（regulatoryDC）。pDC也能加工提呈抗原，其主要功能是活化后可快速产生大量I型干扰素，参与抗病毒固有免疫应答，在某些情况下也参与自身免疫病的发生发展。滤泡树突状细胞（follicularDC,FDC)虽呈树突状形态，但不具备抗原提呈能力，可通过负载抗原肽刺激生发中心B细胞发生体细胞超突变。（二）经典DC的成熟过程从骨髓造血干细胞分化而来的DC前体细胞表达多种趋化因子受体，经血液进人各种实体器官和上皮组织，成为未成熟DC（immatureDC）。未成熟DC摄取抗原后迁移到外周免疫器官成为成熟DC（图11-1，表11-1）。（动画11-1DC成熟过程和类型”）1.未成熟DC未成熟DC主要存在于各组织器官，包括分布于皮肤和黏膜的朗格汉斯细胞（Langerhanscell,LC）和分布于多种非免疫器官组织间质的间质DC（interstitialDC）等，其特点是：①表92
93第十抗原提呈细胞与抗原的加工及提呈音抗原处理过程DC的类型DC的迁移和成熟a未成熟DC摄取抗原趋化因子朗格汉斯细胞(LC)加工抗原迁移期DC并指状细胞(IDC)提呈抗原成熟DCT细胞图11-1树突状细胞的成熟过程及相关的细胞类型表11-1未成熟DC与成熟DC特点的比较未成熟DC成熟DCFc受体的表达-/+++甘露糖受体的表达-/+++MHCI类分子的表达+++半寿期约10小时大于100小时~106细胞膜表面的数目~7×106-/+++共刺激分子的表达-/+抗原摄取、加工的能力++-/+抗原提呈的能力++主要功能摄取、加工抗原提呈抗原达模式识别受体，能有效识别和摄取外源性抗原；②具有很强的抗原加工能力；③低水平表达MHCⅡ类分子和共刺激分子、黏附分子，故提呈抗原和激发免疫应答的能力较弱。2.迁移期DC未成熟DC在各组织器官中接触和摄取抗原或受到某些炎性刺激（如LPS、IL1β、TNF-α等）后表达特定趋化因子受体（如CCR7），在趋化因子的作用下发生迁移（migration），由外周组织器官（获取抗原信号）通过输入淋巴管和（或）血液循环进人外周淋巴器官。未成熟DC在迁移的过程中逐渐成熟。3.成熟DC迁移到外周免疫器官的DC已是成熟DC（matureDC），其特点是：表面有许多树突样突起；②低表达模式识别受体，识别和摄取外源性抗原的能力弱；③加工抗原的能力弱；④高水平表达MHCⅡ类分子和共刺激分子、黏附分子，故能有效提呈抗原和激活T细胞，启动适应性免疫应答。外周免疫器官T细胞区的并指状DC(interdigitatingDC,IDC）即属成熟DC。不同组织器官中也有不同作用的成熟DC。例如黏膜中的DC在局部摄取抗原并发育成熟和提呈抗原，诱导黏膜局部的免疫应答；胸腺DC摄取自身抗原并发育成熟，提呈抗原给未成熟T细胞，诱
94第十一章抗原提呈纸胞与抗原的加工及提呈导T细胞的中枢免疫耐受。外周免疫器官中也存在未成熟DC，可识别和摄取进人淋巴结或脾脏的抗原并发育成熟和提呈抗原，启动适应性免疫应答。（三）DC的功能DC在机体的多种生理和病理过程中发挥关键作用，通过人为调节DC的功能可增强或者抑制机体的免疫应答，对肿瘤、移植排斥、感染、自身免疫病发生机制的认识及其免疫防治具有重要价值，1.识别和摄取抗原，参与固有免疫应答DC表达多种模式识别受体（如甘露糖受体、Toll样受体）以及Fc受体，可识别多种病原微生物或抗原-抗体复合物，通过胞饮作用、吞噬作用、受体介导的内吞作用等摄取抗原物质并销毁之，从而行使固有免疫应答功能。pDC活化后可快速产生大量型干扰素，参与抗病毒固有免疫应答。2.加工和提呈抗原，启动适应性免疫应答这是DC最重要的功能。摄取和加工抗原后，DC将抗原以抗原肽-MHCⅡ类分子复合物的形式表达在细胞膜上，并提呈给CD4*T细胞，提供初始T细胞活化的启动信号（或抗原刺激信号、第一信号）。成熟DC还高表达CD80、CD86、CD40等共刺激分子，为T细胞充分活化提供了第二信号。DC产生的细胞因子进一步诱导活化T细胞增殖和分化，从而完整启动免疫应答。DC高表达ICAM-1等黏附分子使之与T细胞牢固结合，有利于细胞之间的相互作用。与已活化的或记忆T细胞不同，初始T细胞的活化更依赖于DC刺激信号的存在，因此，DC是唯一能直接激活初始T细胞的专职性APC。DC亦能以抗原肽-MHCI类分子复合物的形式将抗原肽提呈给CD8T细胞并激活之。此外，DC还能通过诱导Ig的类别转换和释放某些可溶性因子等促进B细胞的增殖与分化，参与体液免疫应答。3.免疫调节作用DC能够分泌多种细胞因子和趋化因子，通过细胞间直接接触的方式或者可溶性因子间接作用的方式，调节其他免疫细胞的功能，例如DC分泌大量IL-12诱导初始T细胞（ThO）分化为Th1细胞,产生Thl型免疫应答。4.诱导与维持免疫耐受未成熟DC参与外周免疫耐受的诱导。胸腺DC是胸腺内对未成熟T细胞进行阴性选择的重要细胞，通过清除自身反应性T细胞克隆，参与中枢免疫耐受的诱导。二、单核/巨噬细胞单核细胞（monocyte）来源于骨髓，从血液移行到全身组织器官，成为巨噬细胞（macrophage，Mp）。单核/巨噬细胞表达多种受体（包括补体受体、Fc受体、清道夫受体、模式识别受体等），可通过胞饮作用、吞噬作用、受体介导的内吞作用等摄取抗原物质，其吞噬和清除病原微生物能力很强。大多数单核/巨噬细胞低水平表达MHCI类分子、Ⅱ类分子和共刺激分子，虽然其摄取和加工抗原的能力很强，但提呈抗原的能力很弱。IFN-等可诱导单核/巨噬细胞表达这些分子的水平升高，抗原提呈功能增强，激活T细胞产生细胞因子，后者进一步激活单核/巨噬细胞，使其发挥更强的清除被吞噬病原体的能力。单核/巨噬细胞的其他作用见第十四章。三、B细胞作为专职性APC，B细胞主要以BCR识别、浓集和内化抗原，亦可通过胞饮作用摄取抗原。浓集抗原的效应使B细胞在抗原浓度极低时仍能够提呈抗原。B细胞将抗原加工成抗原肽后，以抗原肽MHCIⅡ类分子复合物的形式表达于细胞表面，提呈给Th。在激活Th的同时B细胞本身也受到Th的辅助而活化并对TD抗原应答产生抗体。通常，B细胞不表达CD80、CD86等共刺激分子，但在细菌感染等刺激后或在Th的辅助下可以表达。B细胞接受T细胞提供的第二信号而完全活化，并在T细胞产生的细胞因子作用下增殖、分化、产生抗体和发挥体液免疫效应。三种专职性APC提呈抗原效应的比较如图11-2
第十一章抗原提呈细胞与抗原的加工及提呈95抗原摄取抗原提呈免疫效应初始T细胞活化、增殖、分化为效应T细胞(Th和CTL)DC初始T细胞效应T细胞效应T细胞活化,巨噬细胞活化（增强细胞免疫）巨噬细胞辅助T细胞杀伤病原体心效应T细胞活化，B细胞活化，产生抗体（增强体液免疫)B细胞辅助T细胞产生抗体图11-2三种专职性APC提呈抗原效应的比较第二节#抗原的加工和提呈抗原加工（antigenprocessing）或称抗原处理，是APC将摄取人胞内的外源性抗原或者胞质内自身产生的内源性抗原降解并加工成一定大小的多肽片段、使抗原肽适合与MHC分子结合、抗原肽-MHC分子复合物再转运到细胞表面的过程。抗原提呈（antigenpresentation）是表达于APC表面的抗原肽-MHC分子复合物被T细胞识别、从而将抗原肽提呈给T细胞，诱导T细胞活化的过程。T细胞只能识别APC提呈的抗原肽：CD4*T细胞的TCR识别APC提呈的抗原肽-MHCⅡ类分子复合物，CD8*T细胞的TCR识别靶细胞提呈的抗原肽-MHCI类分子复合物。一、APC提呈抗原的分类根据来源不同可将被提呈的抗原分为两大类（图11-3）：①来自细胞外的抗原称为外源性抗原（exogenousantigen），例如被吞噬的细胞、细菌或蛋白质抗原等；②细胞内合成的抗原称为内源性抗原（endogenousantigen），例如病毒感染细胞内合成的病毒蛋白、肿瘤细胞内合成的肿瘤抗原和某些细胞内的自身抗原等。二、APC加工和提呈抗原的途径根据抗原的性质和来源不同，APC通过四种途径进行抗原的加工和提呈：MHCI类分子途径（内源性抗原提呈途径或胞质溶胶抗原提呈途径）、MHCIⅡ类分子途径（外源性抗原提呈途径或溶酶体抗原提呈途径）、非经典的抗原提呈途径（MHC分子对抗原的交叉提呈途径）、脂类抗原的CD1分子提呈途径。表11-2归纳了MHCI类分子途径和MHCⅡ类分子途径的差别。（一）MHCI类分子抗原提呈途径内源性抗原主要通过MHCI类分子途径加工与提呈（图11-4）。由于所有有核细胞（也包括前述的专职性APC)均表达MHCI类分子，因此，所有有核细胞均具有通过MHCI类分子途径加工和提呈抗原的能力。（动画11-2“MHCI类分子对内源性抗原的提呈”）
96第十一章抗原提呈细胞与抗原的加工及提呈细菌内体中内吞的细菌内体溶酶体中降解的细菌细菌抗原外源性抗原胞质中的病毒内源性抗原V+RNA合成的AA鱼病毒蛋白感染内质网病毒口外源性抗原和内源性抗原的产生图11-3表11-2MHCI类分子抗原提呈途径和MHCⅡI类分子抗原提呈途径的比较MHCI类分子途径MHC II类分子途径外源性抗原内源性抗原抗原来源MIC、溶酶体免疫蛋白酶体降解抗原的胞内位置MIC内质网抗原与MHC结合部位MHCI类分子MHCI类分子提呈抗原肽的MHC钙联蛋白、TAP等li链、钙联蛋白等伴侣分子和抗原肽转运分子专职性抗原提呈细胞所有有核细胞加工和提呈抗原的细胞CD4*T细胞（Th）识别和应答细胞CD8*T细胞（CTL）CD8*TAPC细胞CD8TCR病毒蛋白内质网LA抗原肽TAP-1-泛素化TAP-218免疫蛋白酶体高尔基体B2mTapasin.MHCIα链钙联蛋白内源性抗原通过MHCI类分子途径加工和提呈图11-4
第十一章抗原提呈细胞与抗原的加工及提呈971.内源性抗原的加工与转运胞质中的蛋白抗原须首先降解成抗原肽，才能进行转运。细胞内蛋白首先与泛素结合，泛素化蛋白呈线性进人蛋白酶体（proteasome）被降解。蛋白酶体是一种胞内大分子蛋白酶的复合体，为中空的圆柱体结构，主要负责将胞质中多余的错误合成或折叠的蛋白质降解为多肽。干扰素等可诱导细胞产生低分子量多肽（lowmolecularweightpeptide，LMP），LMP取代蛋白酶体催化亚单位使其酶解蛋白质的模式发生变化而成为免疫蛋白酶体（immunologyproteasome）。免疫蛋白酶体能降解内源性抗原，产生6~30个氨基酸残基大小的、C端多为碱性或疏水氨基酸的抗原肽，有利于其转运和与MHCI类分子的抗原肽槽结合，所以免疫蛋白酶体是细胞加工内源性抗原肽的主要场所。抗原加工相关转运物（transporterassociatedwithantigenprocessing，TAP）是由两个6次跨膜蛋白（TAP1和TAP2）组成的异二聚体，在ER膜上形成孔道，其功能是将抗原肽从胞质转运至ER腔内与新组装的MHCI类分子结合。胞质中的抗原肽与TAP结合，TAP以ATP依赖的方式发生构象改变，开放孔道，主动转运抗原肽进入ER腔内。TAP可选择性地转运含8~16个氨基酸且C端为碱性或疏水氨基酸的抗原肽。TAP也能将内质网中多余的抗原肽转运回胞质中。2.MHCI类分子的合成与组装MHCI类分子α链和β微球蛋白（βzm）在ER中合成。α链合成后立即与伴侣蛋白（chaperone）结合。伴侣蛋白包括钙联蛋白（calnexin）、钙网蛋白（calreticulin）和TAP相关蛋白（tapasin），它们参与α链的折叠及α链与β,m组装成完整的MHCI类分子、保护α链不被降解。其中tapasin介导新合成的MHCI类分子与TAP的结合，有利于转入的抗原肽就近与MHCI类分子结合。3.抗原肽-MHCI类分子复合物的形成与抗原提呈在伴侣蛋白的参与下，MHCI类分子组装为二聚体，其抗原肽结合槽与适合的抗原肽结合，形成复合物。在此过程中，内质网驻留的氨基肽酶（ERresidentaminopeptidase，ERAP）进一步修剪转人的抗原肽和内质网中合成的肽段为8~10个氨基酸的肽段，使更适合与抗原肽结合槽结合；羟基氧化还原酶Erp57则可催化MHCIα2功能区的二硫键断裂和重建，使抗原肽结合槽更适合结合抗原肽。结合抗原肽的MHCI类分子经高尔基体转运至细胞膜上，提呈给CD8*T细胞。（二）MHCⅡ类分子抗原提呈途径外源性抗原主要通过MHCⅡ类分子途径加工与提呈（图11-5）。（动画11-3“MHCⅡ类分子对外源性抗原的提呈”）1.外源性抗原的摄取与加工APC主要通过模式识别受体识别外源性抗原，通过胞饮作用、吞噬作用、受体介导的内吞作用和内化等方式摄取抗原。DC通过上述方式摄取外源性抗原；单核/巨噬细胞也能通过上述方式摄取外源性抗原，但吞噬和清除病原微生物能力很强；B细胞主要通过受体介导的内吞作用摄取和浓集外源性抗原，也可经胞饮作用摄取蛋白质抗原。摄取蛋白质抗原形成的囊泡与内体（endosome）融合；摄取的细菌等颗粒性抗原在胞内形成吞噬体（phagosome），吞噬体与溶酶体融合为吞噬溶酶体。内体和吞噬溶酶体又与胞质中的MHCⅡ类小室（MHCclassIIcompartment，MIIC）融合。MIC是富含MHCI类分子的溶酶体样细胞器。MⅡC和吞噬溶酶体中的多种酶类在酸性环境下活化，将抗原降解为适合于MHCⅡ类分子结合的、含10~30个氨基酸的短肽。因此，MIC和吞噬溶酶体是APC加工外源性抗原的主要场所，而MIⅡC是抗原肽与MHCⅡ类分子结合的部位。2.MHCI类分子的合成与转运在ER中新合成的MHCⅡI类分子α链与β链折叠成二聚体，并与Ia相关恒定链（Ia-associatedinvariantchain，Ii）结合形成（αβli）九聚体。Ii的主要功能是：①促进MHCⅡ类分子α链与β链组装和折叠及二聚体形成；②阻止MHCⅡ类分子在ER内与其他内源性多肽结合；③促进MHCⅡ类分子转运到MIC。MHCI/Ii九聚体由ER经高尔基体形成MIⅡIC。在MⅡC腔内Ii被特定的酶降解，仅留有称为MHCⅡ类分子相关的恒定链多肽（classIⅡ-associated invariantchainpeptide，CLIP）的小片段在抗原肽结合槽内防止其他肽段与之结合
98第十一章抗原提呈纸胞与抗原的加工及提呈CD4'T细胞TCRAPC外源性抗原抗原肽CD4CLIPMIC内体7HLA-DM内质网MHCI类分子I链高尔基体图11-5外源性抗原通过MHCⅡ类分子途径加工和提呈3.MHCⅡ类分子的组装和抗原肽的提呈MHCⅡ类分子的抗原肽结合槽两端为开放结构，与之结合的最适抗原肽约含13~17个氨基酸。在MⅡC中，HLA-DM分子介导抗原肽结合槽与CLIP解离并结合具有更高亲和力的抗原肽，形成稳定的抗原肽-MHCⅡ类分子复合物。然后，复合物被转运至细胞膜表面，供CD4*T细胞识别，从而将外源性抗原肽提呈给CD4*T细胞。此外，部分外源性抗原也可不通过Ii依赖性途径与MHCⅡ类分子结合，部分短肽直接与胞膜表面的空载MHCⅡ类分子结合后被提呈。一些抗原被内吞人细胞内，在MⅡC中被降解为多肽，随后与再循环至胞内的空载MHCⅡ类分子结合，形成稳定的抗原肽-MHCⅡ类分子复合物，再转运到细胞膜被提呈。（三）非经典的抗原提呈途径（MHC分子对抗原的交叉提呈途径）抗原的交叉提呈（cross-presentation）也称为交叉致敏（cross-priming），是指APC能将摄取、加工的外源性抗原通过MHCI类分子途径提呈给CD8*T细胞；或将内源性抗原通过MHCⅡ类分子途径提呈给CD4*T细胞。抗原的交叉提呈参与机体针对病毒（如疱疹病毒）、细菌（如李斯特菌）感染和大多数肿瘤的免疫应答，但并不是抗原提呈的主要方式，也不涉及MHC分子的合成。1.外源性抗原交叉提呈的机制包括：①某些外源性抗原从内体或吞噬溶酶体中溢出进入胞质或者直接穿越细胞膜进人胞质；②溶酶体中形成的抗原肽通过胞吐作用被排出细胞外，然后与细胞膜表面的空载MHCI类分子结合而被提呈；③细胞表面MHCI类分子被重新内吞进人内体，新合成的MHCI类分子也可进入内体，在内体中它们直接与外源性抗原肽结合形成复合物而被提呈。有些DC亚群优势交叉提呈外源性抗原。2.内源性抗原交叉提呈的机制包括：①含有内源性抗原的细胞或调亡小体被APC摄取，形成内体；②细胞自噬时，自噬体可与MⅡC融合；③内源性抗原肽被释放出细胞外，然后与细胞膜表面的空载MHCⅡ类分子结合为复合物。（四）脂类抗原的CD1分子提呈途径脂类抗原（例如分枝杆菌胞壁成分）不能被MHC限制性T细胞识别。CD1分子在APC细胞表面-吞噬体或内体-细胞表面的再循环过程中，结合胞外的脂类抗原或结合进人内体的自身脂类抗原
99第十一章抗原提呈细胞与抗原的加工及提呈再运至细胞膜表面进行抗原提呈，其中没有明显的抗原加工过程。CD1有a～e五个成员，均属MHCI类样分子，与βm结合成复合物。CD1也有抗原肽结合槽，可与脂类抗原的乙酰基团结合。CD1a~c主要将不同脂类抗原提呈给T细胞，介导对病原微生物的适应性免疫应答。CD1d主要将脂类抗原提呈给NKT细胞，参与固有免疫应答。本章小结专职性APC包括DC、单核/巨噬细胞和B细胞。DC是机体内功能最强的APC，能刺激初始T细胞活化，启动免疫应答。非成熟DC摄取和加工抗原的能力强，而成熟DC提呈抗原的功能强：外源性抗原被摄取后主要通过MHCIⅡ类分子途径加工和提呈给CD4*T细胞，内源性抗原主要通过MHCI类分子途径加工和提呈给CD8*T细胞，也存在抗原交叉提呈现象。脂类抗原由CD1分子途径提呈。思考题1.专职性APC包括哪三类细胞？这三类APC摄取、加工和提呈抗原的主要异同点是什么？2.根据树突状细胞的成熟过程，阐述DC的分类与功能特点。3.内源性抗原是如何通过MHCI类分子途径被加工和提呈的？4.外源性抗原是如何通过MHCⅡ类分子途径被加工和提呈的？（曹雪涛）