第15讲 抗原提呈细胞与抗原提呈 Antigen Presenting Cells & Antigen Presentation 武汉大学基础医学院免疫系 熊 洁

主要内容： 1、掌握抗原提呈细胞的概念、种类。 2、熟悉抗原的处理和提呈的过程及抗原提呈 机制。 3、了解与抗原提呈作用相关的免疫分子及其 在抗原递呈中的作用。

第一节 抗原提呈细胞 Antigen Presenting Cells

在机体特异性免疫应答过程中，能摄取、加 工及处理抗原，并将抗原信息提呈给T淋巴细胞的 一类细胞称为抗原提呈细胞（Antigen presenting cell，APC）。

专职性抗原提呈细胞：能表达MHC II类分子， 具有较强的抗原提呈作用的细胞。包括：B淋巴 细胞、树突状细胞、单核-巨噬细胞等 。

机体有核细胞均表达MHC I类分子，能将 内源性蛋白加工处理成抗原肽，并以抗原肽- MHC I类分子复合物的形式，将抗原信息提呈 给CD8+T细胞，成为CTL杀伤的靶细胞，近年 来亦将其称为广义的APC，即：所有表达MHC 分子并能处理和提呈抗原的细胞 。

一、树突状细胞（DENTRITIC CELLS, DC） 1973年，美国学者Steinman 目前所知抗原提呈功能最强的细胞，能够刺激初 始（naïve) T细胞增殖，因此DC是适应性免疫应 答的始动者，具有独特的地位。

表面标志 尚未发现特异的表面标志。一般通过形态学、组合 性细胞表面标志以及在混合淋巴细胞反应MLR中能 刺激初始T细胞增殖等三方面加以综合判断。 成熟DC的主要标志为CD1a、CD11c、CD83，高水 平表达MHC-Ⅰ/Ⅱ类分子，辅助刺激分子分子CD80 及CD86，黏附分子CD40、CD54以及β1、β整合素家 族成员。

来源、分化、发育及迁移 来源

按来源不同分髓系DC（DC1）和淋巴系DC （DC2）两类 ， 主要不同点为： ①产生的细胞因子（CK）不同，DC1受CD40L刺激后， 24h之内即可大量产生IL-12，而DC2不产生IL-12； ②诱导分化的细胞不同，DC1诱导Th1分化，而DC2诱 导Th2分化。

分化、发育、成熟及迁移 髓系DC分化发育过程已逐渐清楚，但对淋巴系的知 之甚少。 很强的内吞、加工、处理抗原的能力，但处理初始T细胞和MLR的能力较弱 主要标志为CD1a、CD11c、CD83，高水平表达MHC- Ⅰ/Ⅱ类分子，协同刺激分子分子 前体阶段 未成熟阶段 迁移阶段 成熟阶段 胎肝、脐血、骨髓、外周血 实体器官、非淋巴组织 输入淋巴管、外周血、肝血液及淋巴组织 次级淋巴组织

未成熟DC与成熟DC区别 特性 未成熟DC 成熟DC MHC分子表达水平 低 高 B7表达水平 缺乏 刺激T细胞活化的能力 无 有 吞噬抗原异物能力

分布与命名 并指状DC：外周淋巴组织和胸腺髓质中的T细胞区， 高 表达MHC- Ⅰ/Ⅱ类分子 间质DC：多种非淋巴器官如心、肺、肾、肝和胃肠道等 组织，属于未成熟的DC 郎格汉斯细胞：表皮和胃肠上皮细胞部位的未成熟DC 隐蔽DC：输入淋巴管和淋巴液中迁移形式的DC 滤泡样DC：淋巴组织中的非胸腺依赖区 胸腺DC 外周血DC

生物学功能 （1）抗原提呈 吞噬作用（phagocytosis） （2）参与淋巴细胞发育、分化和激活 （3）参与免疫耐受的形成 受体介导的内吞（receptor-mediated endocytosis） 吞饮作用（pinocytosis） （2）参与淋巴细胞发育、分化和激活 （3）参与免疫耐受的形成

二、单核-巨噬细胞 单核-巨噬细胞指的是血液中的单核细胞（monocyte, MC）和组织中的巨噬细胞（macrophage, Mφ）， 具有很强的吞噬能力。 Mφ是体内功能最为活跃的细胞之一。 网状内皮细胞系统reticuloendothelial system, RES 单核吞噬细胞系统mononuclear phagocyte system, MPS

单 核 巨 噬 细 胞 单核细胞体积较大，蹄状核（左，普通光镜） 胞浆颗粒明显（中透射电镜） 腹腔巨噬细胞粘附于玻璃表面（右，扫描电镜）

来源及组织分布 骨髓造血干细胞 多能干细胞 定向干细胞 单核母细胞 前单核细胞 单核细胞 骨髓中的单核细胞成熟后进入外周血，而后穿过血管内 皮细胞间隙进入组织，进一步发育分化为巨噬细胞。

生物学特征 单核-巨噬细胞具有迁移性，通过吞噬，吞饮和受体介导的方式将颗粒或液体摄入胞内，发挥杀伤作用或对抗原进行加工处理，形成抗原肽-MHC分子表达在细胞表面，提呈给T细胞识别，诱导特异性免疫应答。 单核-巨噬细胞具有较强的黏附玻璃或塑料的特性，可以进行分离和纯化。

（1） 表面标志 补体受体：CR1、CR2、CR3 IgG Fc受体：FcR 细胞因子受体：IL-1R， IL-2R，IFN-αβR 模式识别受体PRR：甘露糖受体，Toll样受体 HLA抗原：MHC I/MHCⅡ类分子 黏附分子：LFA-1，ICAM-1 协同刺激分子：B7，CD40

（2） 产生多种酶及活性物质 细胞因子：IL-6，12，TNF-α，IFN-γ 补体成分：C1-5，B因子 凝血因子：凝血因子Ⅴ、Ⅶ、Ⅸ、Ⅹ和凝血酶原 反应性氧中间产物：一氧化氮 前列腺素 白三烯 血小板活化因子 溶酶体酶 溶菌酶

主要生物学作用： ①吞噬和杀伤作用：具免疫防御，监视和自稳作 用，通过ADCC、调理及直接等方式吞噬杀伤病原 体、体内突变、衰老细胞。 ②提呈Ag，启动特异性免疫应答。 ③分泌细胞因子，参与免疫调节。 ④其它：参与炎症，止血，组织修复等。

三．B淋巴细胞 B淋巴细胞可通过BCR摄取抗原，由于抗原与受体 特异性结合，所以其摄取Ag的效率很高，在体液免 疫应答中发挥重要作用。 B淋巴细胞不仅能在体外将蛋白Ag有效的提呈给辅 助性T细胞，在体内也能发挥抗原提呈作用，尤其 在低浓度Ag时，能浓集Ag并使之内化。 B淋巴细胞通过抗原肽-MHCⅡ类分子复合体有效的 将抗原提呈给CD4+TH细胞，受到刺激后才表达B7 分子，协同抗原的提呈。

四、兼职抗原提呈细胞 通常情况下不表达MHC-II分子，但在炎症或某些活 性分子刺激后，则可表达MHC-II类分子，并能处理 和提呈抗原的细胞被称为兼职APC。 主要包括血管内皮细胞、各种上皮细胞和间质细胞、 皮肤的成纤维细胞等。 兼职APC可能参与炎症反应或某些自身免疫病。

第二节 抗原的处理和提呈 Antigen Processing & Presentation

（c）经处理的抗原肽与MHC分子结合后表达于APC表面 抗原提呈指抗原提呈细胞将Ag加工处理、降解为多肽片段，并与MHC分子结合为多肽-MHC分子复合物，而转移至细胞表面，并与T细胞表面的TCR结合，从而将Ag信息提呈给T淋巴细胞的全过程。 抗原提呈细胞 （a）内化抗原 抗原 （b）处理抗原 （c）经处理的抗原肽与MHC分子结合后表达于APC表面 T T细胞识别复合物

一、抗原的摄取 抗原分类： 外源性抗原（exogenous antigen）: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。 内源性抗原（endogenous antigen）：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 胞所合成的蛋白等。

摄取途径： （1）吞噬作用 大颗粒或微生物，如细菌、细胞碎片等。 胞吞作用，也称为内化 （2）胞饮作用 液态物质或极微小颗粒 （3）受体介导的内吞作用 高效性，选择性，饱和性 借助细胞表面受体，有效捕捉浓度较低的相应抗原 B淋巴细胞主要通过非特异性的胞饮作用及BCR介导

胞吞 胞吐

二、抗原的加工处理

外源性抗原 内源性抗原 降解为肽段 与 MHCII 结合 与 MHCI 结合 CD4+T细胞 CD8+T细胞

内源性抗原加工处理提呈途径 LMP（蛋白酶体）: 是MHC内蛋白酶体相关基因（ LMP2, LMP7）编码的产物，具有广泛的蛋白水解 活性，主要负责将溶酶体外的蛋白降解为多肽。 TAP（抗原加工相关转运蛋白）：位于内质网内的 一种跨膜蛋白，由TAP1和TAP2两个亚单位组成的 异二聚体。TAP依赖ATP对多肽进行主动转运，将 内源性抗原肽转运至内质腔内。

被LMP（蛋白酶体）降解成8～12个aa的肽段 TAP（抗原加工相关转运蛋白）将其转运到粗面内质网 内源性抗原加工处理提呈途径 胞浆内合成的蛋白抗原 被LMP（蛋白酶体）降解成8～12个aa的肽段 TAP（抗原加工相关转运蛋白）将其转运到粗面内质网 结合MHCⅠ类分子形成复合体 经高尔基体转运至细胞表面 提呈给CD8+Tc细胞

TAP（抗原加工相关转运蛋白） TAP分子转运抗原肽效率高，2000个/分，选择性转 运长度为8-13aa、C端为碱性或疏水氨基酸残基的肽 段。也能转运较长和较短的多肽，亲和力低。

对内源性抗原进行加工和提呈过程的总结 病毒等微生物侵入靶细胞后，将其本身的遗传物质注入宿主细胞核内，借助宿主的转录和翻译元件，合成的具有异物性的蛋白质抗原 内源性抗原被LMP降解成抗原肽 通过TAP将胞浆内生成的抗原肽转运到内质网中，经加工修饰成为能与MHC-I类分子结合的抗原肽 抗原肽与内质网合成的MHC-I类分子结合形成复合物 上述复合物通过高尔基体后，以分泌小泡的形式被运送到细胞表面，供CD8+的T细胞识别

外源性抗原加工处理提呈途径 MHC II类分子的合成和组装 组成MHC II类分子的α链和β链均在粗面内质网中 合成，在分子伴侣的协助下，形成αβ异二聚体 MHC II类分子。 恒定链Ii： ①促进MHC II类分子二聚体的形成。 ②引导MHC II类分子二聚体在细胞内的转运 ③阻止MHC II类分子在内质网内与某些内源性肽 结合。

MIIC（MHC II类区室）：富含MHC II类分子 以及与处理抗原有关的酶类的胞浆囊泡。 CLIP（II类分子相关的恒定链多肽）：在MIIC 内Ii被降解，但MHC II类分子的抗原肽结合沟槽 内留有一小片段。 HLA-DM分子辅助下，CLIP与抗原肽结合沟槽 解离，MHC II类分子才能与抗原多肽结合，形 成稳定的抗原肽-MHC II类分子复合物，转运至 细胞膜。

外源性蛋白抗原被质膜包裹、内陷，形成内体 内体/溶酶体中，抗原被降解成10～30个aa的肽段 与MHC II分子形成复合物，转运至细胞表面 外源性抗原加工处理提呈途径 外源性蛋白抗原被质膜包裹、内陷，形成内体 内体/溶酶体中，抗原被降解成10～30个aa的肽段 内质网中形成MHCα/β Ii九聚体 MIIC中Ii降解，HLA-DM辅助 与MHC II分子形成复合物，转运至细胞表面 递呈给CD4+T细胞

提呈抗原肽的MHC分子 I类分子 II类分子 内源性和外源性抗原加工途径特点比较 内源性抗原加工途径 外源性抗原加工途径 提呈抗原肽的MHC分子 I类分子 II类分子 应答的T细胞 CD8+T细胞 CD4+T细胞 抗原来源 内源性 外源性 抗原肽产生部位 胞质蛋白酶体 内体、溶酶体 MHC荷肽部位 内质网腔 MIIC 伴随蛋白 钙联蛋白、TAP Ii链 提呈细胞 所有有核细胞 专职APC

生理情况下： 许多自身蛋白成分可通过内源性抗原-MHCⅠ类分子 途径或外源性抗原—MHCⅡ类分子途径，形成自身 多肽-MHCⅠ类或Ⅱ类分子复合体表达于APC表面， 提呈给T细胞。 虽然其占了复合体中的绝大部分，而T细胞并不对其 产生应答，表现为自身耐受。

三、非经典抗原提呈途径 ——交叉提呈现象 在少数情况下 非经典Ⅰ类途径：外源性抗原由MHC-Ⅰ类分子提呈 给CD8+T细胞。 非经典Ⅱ类途径：内源性抗原由MHC-Ⅱ类分子提呈 给CD4+T细胞。 激活T细胞效应低

四、脂类抗原的加工提呈 也称为非经典MHC分子提呈途径。抗原由CD1d分 子提呈并交给NK1.1T细胞或γδT细胞。 CD1分子提呈抗原的方式类似内体溶酶体加工外源 性抗原的途径。

CD1d分子 人类表达5个CD1家族成员，表型为CD1a-CD1e。 CD1a、CD1b和CD1c为1组；CD1d为第2组，都可 以递呈脂质抗原给T细胞。CD1e是一个单独的类 别，因为它不能表达在细胞表面，但在细胞内脂 质运输中起作用。 CD1d属于CD1分子家族，是一种MHC I类样分子 ，能递呈脂质抗原给NKT细胞。

小 结 1. APC的概念与种类。 2. 名词解释： 抗原提呈细胞、内源性抗原、外源性抗原 3.  内、外源性抗原的提呈过程。