外源性途径

外源性抗原主要通过MHCⅡ类分子途径加工并呈递。外源性蛋白抗原被吞噬进入胞内囊泡中,剪切产生能与MHCⅡ类分子结合的抗原肽,并在囊泡中完成抗原肽与MHCⅡ类分子的结合。多数与MHCⅡ类分子结合的抗原是从APC胞外环境中摄取后进入胞内囊泡中,不同APC能够用不同方式摄取蛋白抗原。DC和巨噬细胞表达多种吞噬性受体,由这些受体结合并内吞病原微生物;上述两种细胞还表达抗体的Fc受体和补体C3b受体,通过调理作用加强吞噬功能;此外,还可经胞饮作用摄取可溶性抗原。B细胞膜表达BCR,能够有效介导可溶性蛋白的内吞和富集,B细胞也可通过胞饮作用摄取蛋白质抗原。

被APC内吞的抗原蛋白存在于内体(endosome)中,内体与溶酶体通过融合和分裂进行物质交流,晚期内体(late endosome)呈酸性并含有蛋白酶;颗粒状的微生物被内吞进入吞噬体(phagosome)中,吞噬体与溶酶体融合形成吞噬溶酶体;有些经囊泡转运的分泌蛋白也可能被加工呈递;有时,细胞质蛋白被自噬体吞噬,并与溶酶体融合,进入外源性途径;自噬体也能将细胞内病原体包裹并与溶酶体融合,因此,即使在细胞质中复制的病毒,其蛋白抗原也可能进入外源性途径,从而活化病毒特异性CD4+T细胞;另有些膜蛋白也可能在内吞过程中进入内体。

1.囊泡中蛋白的降解 内吞的蛋白在晚期内体和吞噬溶酶体中被蛋白酶降解,生成可以结合在MHCⅡ类分子抗原结合槽的抗原肽。晚期内体及吞噬溶酶体呈酸性环境并含有多种蛋白酶,其中最丰富的蛋白酶为组织蛋白酶(cathepsin),能够将蛋白抗原降解为含10～30个氨基酸残基的抗原肽,适合结合在MHCⅡ类分子抗原结合槽中。晚期内体和吞噬溶酶体和MHCⅡ类小室(MHC classⅡcompartment,MIIC)融合。MIIC为免疫电镜及细胞器分离研究显示的在APC中存在富含MHCⅡ类分子的胞内囊泡,MIIC富含与抗原肽-MHCⅡ类分子复合物合成相关的分子,如MHCⅡ类分子、蛋白酶、与Ⅱ类分子折叠和抗原肽装载相关的Ⅰa相关恒定链(Ⅰa-associated invariant chain,Ii)和HLA-DM等。因此, MIIC、晚期内体、吞噬溶酶体是APC加工处理外源性抗原的主要亚细胞结构,而MIIC是抗原肽和MHCⅡ类分子结合的重要场所。

2.MHCII类分子的合成及向MIIC的转运 MHCⅡ类分子的α链和β链在内质网中合成,在伴侣蛋白如钙联蛋白的辅助下折叠组装形成MHCⅡ类分子异二聚体。新合成的MHCⅡ类分子结构不稳定,需要与Ii分子结合。Ii为三聚体,每个亚基能够结合一个新合成的MHCⅡ类分子的α链和β链异二聚体,因而Ii和MHCⅡ类分子形成(αβIi)3九聚体。Ii的主要功能为:促进新合成MHCⅡ类分子的α链和β链折叠和组装成二聚体;占据新合成MHCⅡ类分子的抗原结合槽,阻止内质网中内源性多肽的结合;将MHCⅡ类分子运送至MIIC。MHCⅡ分子-Ii复合物经高尔基,由MIIC囊泡中向细胞表面运送,并与含有抗原肽的晚期内体或吞噬溶酶体融合,这样MHCⅡ类分子与抗原肽相遇,形成抗原肽-MHCⅡ类分子复合物。

3.MIIC中抗原肽与MHCⅡ类分子的结合 在MIIC腔内,由于Ii阻断抗原肽结合于抗原结合槽,必须移除Ii才能形成抗原肽-MHCⅡ类分子复合物。蛋白酶如组织蛋白酶能够降解Ii,仅留下24个氨基酸残基的多肽结合于抗原结合槽,此多肽被称为MHCⅡ类分子相关的恒定链多肽(classⅡ-associated invariant chain peptide,CLIP)。在HLA-DM分子的作用下,CLIP被抗原肽从抗原结合槽中置换下来,即形成稳定的抗原肽-MHCⅡ类分子复合物。由于MHCⅡ类分子抗原结合槽的两端开放,较长的抗原肽也能够结合,并进一步被蛋白酶修剪成适合的长度,这样,结合在MHCⅡ类分子的抗原肽一般含有10～30个氨基酸残基。

MHCⅡ类分子与抗原肽结合后变得稳定,复合物向细胞膜转运是通过囊泡膜与细胞膜的融合,一旦复合物表达于细胞表面,即可被抗原特异性CD4+T细胞识别,TCR的共同受体CD4分子结合于MHCⅡ类分子非多样性的β2结构域。尽管装载了抗原肽的MHCⅡ类分子表达于细胞表面,其他与抗原呈递有关的分子如HLA-DM仍保留在囊泡中,不表达于细胞表面,其机制不明。

综上所述,外源性抗原被APC以吞噬、胞饮等多种方式摄取和内吞后,进入内体和吞噬溶酶体,并与MIIC融合,蛋白抗原被多种蛋白酶剪切为抗原肽;在内质网中新合成的MHCⅡ类分子与Ii形成九聚体,并经高尔基体进入MIIC,Ii被MIIC中的蛋白酶降解,仅留下结合在抗原结合槽的多肽CLIP;在HLA-DM的协助下,抗原肽置换CLIP并结合于抗原结合槽,形成稳定的抗原肽-MHCⅡ类分子复合物,转运至APC膜表面,供抗原特异性CD4+T细胞识别(图5-3,表5-3)。

图5-3 外源性抗原通过MHCⅡ类分子途径加工和呈递