第二节　抗原的处理和提呈 (Antigen Processing and Presentation)

T细胞受体(TCR)不能直接识别抗原，只能识别抗原分子中的小片段，抗原提呈细胞最重要的功能就是将抗原分子降解并加工处理成多肽片段，以抗原肽-MHC复合物的形式，表达于抗原提呈细胞的表面(此过程称为抗原处理，Antigen Processing)，尔后与T细胞接触，被其识别，以此将抗原信息传递给T细胞(此过程称为抗原提呈，Antigen Presentation)。如果体内有足够数量的辅助性T细胞(Th)获得该信息，就会进一步活化B淋巴细胞，产生特异性体液免疫应答，或活化其他T细胞，引起机体产生特异性细胞免疫应答。绝大部分抗原需要经过抗原提呈细胞的加工处理才能被T细胞识别，不同抗原提呈细胞对于不同性质抗原的加工处理过程也有一定的差别。

一、抗原的摄取

根据抗原来源分为两大类：外源性抗原(exogenous antigen)和内源性抗原(endogenous antigen)。前者为来源于APC外的抗原，如被吞噬细胞吞噬的细菌、细胞或某些自身成分等。后者是APC内合成的抗原，如病毒感染细胞所合成的病毒蛋白及肿瘤细胞合成的蛋白等。

单核-巨噬细胞通过三条途径摄取抗原，根据吞入物质的状态、大小及特异性的不同而分为吞噬作用、胞饮和受体介导的内吞作用等三种方式。①吞噬作用(phagocytosis)：吞噬是细胞摄取大颗粒或微生物(＞0.5μm)的一种内吞方式。吞噬作用是指细胞吞入较大的固体或分子复合物，如细菌、细胞碎片等物质的过程，主要通过胞吞作用(endocytosis)来完成。所谓胞吞作用即指细胞膜接触大分子或颗粒物质后，将其包围，形成小泡，并吞入细胞内的过程，即称为内化(internalization)。②胞饮作用(pinocytosis)：指细胞吞入液态物质或极微小颗粒的过程。通过吞入非常大量的液体，每小时可以达到其体积的一半，摄取抗原。③受体介导的内吞作用(receptor-mediated endocytosis)：受体介导的内吞具有高效性、选择性及饱和性的特点，借助细胞表面的受体，可以有效地捕捉到浓度很低的相应抗原，是一种特异性很强的胞吞作用。大分子物质首先被细胞膜上的特异性受体识别并与之结合，然后通过膜囊泡系统完成物质的传送，这种作用常发生于细胞膜上的特殊区域，在电镜下所见到的是细胞膜表面包被的一层锯齿状结构的物质，这层物质由几种蛋白组成。胞吞作用较胞饮作用快。与胞吞作用相反，细胞内一些由浆膜包裹的小体与细胞膜相融合，再将其内容物“吐”出胞外的过程，称为胞吐作用(exocytosis)，细胞内的分子可以通过胞吐而分泌，也可以储存于胞内的膜小体中，等待胞吐信号而对其分泌进行调节。

未成熟的DC也通过上述三条途径摄取抗原。①吞噬作用：巨噬细胞具有很强吞噬能力，而DC仅在发育的特定阶段，具有一定吞噬功能。从皮肤中新鲜分离的LC，在体外可以摄入完整的细菌0.5～3.5μm的溶胶微粒，但并不能像MΦ那样吞噬绵羊红细胞及胶体碳。外周组织中的非成熟DC摄取抗原后迁移至淋巴器官，在迁移过程中逐渐成熟，表现为摄取抗原的能力下降，提呈抗原功能增强。②吞饮作用：指细胞吞入液态物质或极微小颗粒的过程。③受体介导的内吞作用：借助细胞表面的受体，可以有效地捕捉到浓度很低的相应抗原。DC不表达特异性受体，但表达Fc γ RⅡ受体，可以有效捕捉抗原抗体复合物；表达甘露糖受体，可以摄取含甘露糖及岩藻糖的抗原。受体介导内吞后，FcR及Ig与抗原一起被降解，而甘露糖受体可在内体的pH环境中释放出其配体，并再循环到细胞表面，从而通过少量受体可捕捉和浓集较多的抗原物质。

B淋巴细胞通过两种方式摄取抗原，即通过非特异性的胞饮作用及其表面受体BCR(膜表面免疫球蛋白)的介导，后者的作用是高亲和力受体使抗原浓集于B淋巴细胞表面后摄入胞内，故在抗原浓度非常低的情况下也能有效提呈抗原。

二、抗原的加工处理

外源性抗原和内源性抗原都需要经过不同途径加工处理后与MHC分子结合成复合体，转移到细胞表面再提呈给T细胞。两类MHC分子可以看作是抗原肽的载体。内源性抗原在胞内加工后形成的抗原肽与MHCⅠ类分子结合，提呈给CD8⁺T细胞，称为MHCⅠ类途径或胞质溶胶途径；APC加工处理外源性抗原后形成的抗原肽由MHCⅡ类分子提呈给CD4⁺T细胞，此为MHCⅡ类或溶酶体途径。两条途径的差别见表10-1。另外，还存在MHC非依赖途径，即CD1分子提呈途径。

表10-1　抗原提呈的MHCⅠ类途径与MHCⅡ类途径的比较

1.MHCⅠ类途径对抗原的加工处理与提呈

内源性抗原主要通过MHCⅠ类途径加工处理，其具体过程还不完全清楚。由于所有有核细胞(也包括前述的专职性抗原提呈细胞)均表达MHCⅠ类分子，因此，所有有核细胞均具有通过MHCⅠ类途径加工处理抗原的能力。完整的抗原必须首先在胞浆中降解成多肽。内源性抗原在胞质内降解可分为两个阶段：抗原泛生物素化(polyubiquitination)和泛生物素化抗原在蛋白酶体(proteosome)中降解。泛生物素(ubiquitin)是一种小分子多肽，蛋白质在多种酶和ATP作用下与泛生物素结合，抗原泛生物素化的作用是引导与之结合的蛋白质进入蛋白酶体。已知细胞内蛋白酶体(proteasome)在内源性抗原降解中发挥着重要的作用。蛋白酶体，又称低分子量多肽或巨大蛋白多功能蛋白酶(low molecular weight polypeptide or large multifunctional protease，LMP)，是MHC内蛋白酶体相关基因(LMP2，LMP7)编码的产物，是大分子量蛋白质水解酶复合物，具有广泛的蛋白水解活性。蛋白酶体以20S和26S两种形式普遍存在各种生物体胞内，主要负责将溶酶体外的蛋白降解为多肽。

抗原在胞质经蛋白酶体降解形成多肽，必须转移至内质网(ER)腔内才能与MHCⅠ类分子结合。这一过程依赖于ER的抗原加工相关转运体或抗原肽转运体(transporter associated with antigenprocessing or transporter of antigenic petides，TAP)。TAP是由TAP1和TAP2两个亚单位组成的异二聚体。TAP1和TAP2近C端各有一个ATP结合部位，能催化ATP降解，TAP是一种跨膜蛋白，TAP1和TAP2各跨内质网膜6次，在ER膜表面形成一个“孔”样结构。TAP依赖ATP对多肽进行主动转运。TAP对长度为8～13个氨基酸的多肽的亲和力最高，该长度与MHCⅠ类分子结合的多肽长度相近，但它也能转运较长和较短的多肽，只是亲和力较低，TAP对多肽的特异性要求并不严格。但通常不转运在2位和3位上含有脯氨酸残基的多肽，然而这类多肽可被MHCⅠ类分子提呈，这可能是由于此类多肽较长而在ER内被进一步“修剪”成可转运的多肽。MHCⅠ类分子α链和β链在粗面内质网中合成后转移至滑面内质网。α链在到达ER后立刻与伴随蛋白(钙联蛋白、钙网蛋白和tapasin等)结合。结合的作用有：①保护α链不被降解；②MHCⅠ类分子正确折叠；③促进MHCⅠ类分子与TAP分子结合。TAP与Ⅰ类分子结合可使通过肽转运孔道的内源性肽直接与MHCⅠ类分子结合。内质网中，结合了抗原肽的MHCⅠ类分子再经高尔基体转运到细胞膜上，供CD8⁺T细胞识别(如图10-2)。

图10-2　内源性抗原的加工处理与提呈

2.MHCⅡ类途径对抗原的加工处理与提呈

外源性抗原被APC摄取后，质膜将抗原包围，内陷，在质膜中形成空泡，称之为内体(endosomes)。内体逐渐向胞质深部移动，与溶酶体融合形成内体/溶酶体。内体与溶酶体是APC加工处理抗原的主要场所。溶酶体内存在各种蛋白酶，溶蛋白酶的特异性并不高，各种酶可以组成一个多重催化单位(multi-catalytic unit)，只要有足够的时间，可将大多数蛋白质抗原降解为10～30个氨基酸的短肽。在内质网(ER)腔中，新合成的MHCⅡ类分子的α和β链经过糖基化后，正确配对、折叠，形成异二聚体，该体与一种称为恒定链(invariant chain，Ii链)的辅助分子非共价连接在一起，形成(α/βIi)₃九聚体。Ii的作用是：①促进MHCⅡ类分子二聚体的形成，包括组装和折叠；②引导MHCⅡ类分子二聚体在细胞内的转运，尤其是从内质网向高尔基体的转运；③阻止MHCⅡ类分子在内质网内与某些内源性肽结合。九聚体在Ii链N端胞质内序列的引导下，离开ER，经高尔基体外侧网络(trans-Golgi network)进入内体荷肽。MHCⅡ类分子与抗原肽的结合可以在各种不同的抗原加工区室(compartments for antigen processing)内发生，但主要在含有MHCⅡ类分子、HLA-DM和外源性抗原肽丰富的内体中进行，这种内体主要有MHCⅡ类区室(MHC class compartment，MⅡC)。MHCⅡ/Ii九聚体由内质网经高尔基体形成MⅡC并转移至内体中。MⅡC是一种富含MHCⅡ类分子以及全部与处理抗原有关的酶类的胞浆囊泡。在MⅡC内Ii被降解，但在MHCⅡ类分子的抗原肽结合沟槽内留有一小片段，即Ⅱ类分子相关的恒定链多肽(classⅡ-associated invariant chain peptide，CLIP)，再由HLA-DM分子辅助，使CLIP与抗原肽结合沟槽解离，MHCⅡ类分子才能与抗原多肽结合，形成稳定的抗原肽-MHCⅡ类分子复合物，然后转运至细胞膜，表达于细胞表面，供CD4⁺T细胞识别(如图10-3)。

图10-3　外源性抗原的加工处理与提呈

在某些情况下，部分外源性抗原也可不通过Ii依赖性途径而与MHCⅡ类分子结合，而是直接与胞膜表面的空载MHCⅡ类分子结合，被吞噬进入细胞内，在内体中抗原被降解为多肽，随后与再循环至胞内空载的成熟MHCⅡ类分子结合，形成稳定的抗原肽-MHCⅡ类分子复合物转运至细胞膜。

另外，MHC分子对抗原提呈可出现交叉现象。现已证实，MHC分子对抗原的提呈存在交叉提呈现象，即MHCⅠ类分子也能提呈外源性抗原，而内源性抗原也能通过MHCⅡ类途径加以提呈，目前认为这种交叉提呈并不是抗原提呈的主要方式。

3.脂类抗原的CD1分子提呈途径

CD1蛋白属于MHCⅠ类样分子，由CD1a～CDe5种分子组成，可与β2m组成异二聚体。CD1与MHCⅠ类分子和MHCⅡ类分子有30!同源性，但不具有多态性。CD1表达于某些APC表面，还可存在于APC的内体/溶酶体抗原处理腔室中。此种腔室的酸性环境可以改变CD1分子构象，使脂类或糖脂抗原与之结合。CD1对脂类抗原的处理和提呈不依赖ATP或DM分子，可能有其他分子参与脂类抗原的加工、处理和对CD1的转运等，其机制尚不清楚。现已发现，CD1分子提呈的脂类抗原可被某些特定的T细胞亚群的TCR识别。

本章小结(Summary)

DC、Mφ和B细胞是机体特异性免疫应答中最重要的APC。其中DC是功能最强，能够刺激初始T细胞增殖的APC，故称之为免疫应答的始动者。非成熟DC在摄取抗原后迁移至淋巴器官，并在迁移过程中成熟，其摄取抗原能力降低而抗原提呈能力增强。Mφ是体内功能最为活跃的细胞之一，在机体的固有免疫发挥直接防御作用，其在特异性免疫中提呈抗原，传递抗原信息，诱导免疫应答。B细胞通过BCR特异性摄取抗原，抗原浓缩能力最强。内源性抗原主要通过MHCⅠ类途径加工处理和提呈，外源性抗原通过MHCⅡ类途径加工处理和提呈，但也存在交叉提呈的现象。

复习思考题(Review Questions)

1.三种专职抗原提呈细胞在摄取加工和提呈抗原方面各有什么特点?

2.简述内源性抗原的加工处理和提呈过程。

3.简述外源性抗原的加工处理和提呈过程。

邓维秀