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1、MHC参与的抗原递呈(MHC Mediated Antigen Presentation)近年来，对抗原识别的研究，一直是免疫学的热点，特别是对抗原加工和递呈(antigen processing and antigen presentation)的研究。目前已初步揭开了免疫应答中抗原信息产生和传导的秘密，即抗原的加工和递呈受控于主要组织相容性复合体(major histocompatibity complex,MHC)系统。尽管关于MHC分子的很多细节尚有待深入研究，但目前已明确：MHC产物行使着将抗原递呈给T细胞的重要作用。抗原的加工和递呈有两条不同的途径：一是内源性抗原途径，抗原在内质网
2、(ER)和高尔基器内加工并与MHC-类分子结合后，被递呈到细胞表面，加工后的抗原能被CD8+T细胞识别；二是外源抗原途径，抗原在内吞体(endosome)被加工降解，并与MHC-类分子结合后，转运到细胞表面，它可被CD4+T细胞识别。MHC分子的抗原递呈功能是免疫应答和免疫调节的关键，因为MHC分子是免疫细胞间沟通信息，相互协作的基础。从分子水平研究MHC结构和功能，对揭示抗原递呈的复杂机理有重要意义。一、 MHC参与抗原递呈的分子结构MHC分子在内质网产生并装配，特异性地与加工后的抗原肽结合、保护、运输、递呈抗原肽。MHC分子主要分为两类，即MHC-类分子和MHC-类分子，这两类MHC分子的
3、结构及在抗原递呈中的作用存在一定的差异(表1161)。表1161MHC类分子与类分子抗原递呈作用的比较MHC结构及作用特点MHC类分子MHC类分子组成重链，2M链，链辅助分子calnexin(IP90，P88)链/恒定链组装部位内质网(ER)ERTAP结构需要不需要“空”MHC分子存在存在多肽来源内源(胞浆，核蛋白)内质体/溶酶体细胞内合成内源，外源(吞噬，胞饮，膜内化)蛋白水解酶LMP2，LPM7溶酶体酶系统抗原加工场所胞浆，ER?内质体，溶酶体结合多肽位置ER内质体，溶酶体递呈多肽长度811氨基酸(一般9个)1218氨基酸(一般15个)转运路径ERGolgiTGR表达peptideERGo
4、lgiTGRendosomepeptidelysosome抑制剂brefeldin A，DTT腺病毒E3/17K基因产物氯奎，氯化铵应用X射线衍射晶体分析技术确定了两类MHC分子的结构特征：即在MHC分子的抗原结合部有一个深的肽结合槽。它由两条螺旋和8股折叠组成。两条螺旋位于槽的上部形成两个侧面，8股折叠位于槽的下部形成底面，这样就形成一个深槽状的三维空间结合。MHC-类分子能结合89个氨基酸的肽，而MHC-类分子能结合1317个氨基酸的肽。为什么会有这样的差异? Rudensky等证实：MHC-类分子的肽结合槽两个末端是关闭的，其中一端有一个恒定的酪氨酸闭合，另一端有一个恒定的盐桥。而MHC
5、-类分子的一个末端是关闭的，即有一个盐桥，另一端即没有潜在的盐桥，也没有恒定的酪氨酸，而有许多侧链。也有报道MHC-类分子的肽结合 槽两端均是打开的。因此，较长的肽可以优先被MHC-类分子递呈。一些研究表明未折叠肽能够被MHC-类分子递呈而不需要进一步加工，因为这些线带样的蛋白质可能适合于两端打开的MHC-类分子的槽。事实说明：MHC分子与抗原多肽形成复合物的特殊构型是T细胞激活的必要条件。20世纪90年代以来，在已知编码与抗原递呈有关的主要组织相容性复合物类及类分子的基因聚集排列的基础上，人们又在MHC基因区域发现了两种新的参与内源性抗原加工和提呈的基因。一是低分子多肽复合物-2及低分子多肽
6、复合物-7(low molecular mass polypeptide,LMP-2、LMP-7)基因，与内源性抗原如细胞内的病毒抗原、肿瘤抗原在细胞浆内降解为抗原片段有关。另一种为抗原加工相关载体(transporter associated with antigen processing,TAP)基因，其编码产物将降解好的不带信号肽的抗原片段以非分泌途径送入内质网。抗原片段在内质网中与新合成的MHC-类分子重链的肽结合槽结合，折叠形成一定的空间构型，随后2微球蛋白结合上来，形成稳定的肽-MHC分子复合体，经高尔基体以囊泡形式到达细胞表面，被细胞毒T细胞识别，引发随后一连串的免疫反应。由于M
7、HC-类基因、TAP基因、LMP-2及LMP-7基因位置靠近，转录活性同时受干扰素的诱导，能够协调三者基因产物的量，有效地递呈抗原，故三者构成的系统被比喻成真核生物MHC-类分子抗原加工和递呈的“操纵子”。TAP及LMP-2、LMP-7基因处于MHC-基因区域，LMP-2及LMP-7分别位于TAP-1及TAP-2基因的左侧，与TAP基因的位置紧邻。目前发现的TAP基因分为2种：TAP-1及TAP-2。它们各自因生物种类不同而有许多别称，1991年国际HLA命名会议将它们统一定名为TAP-1及TAP-2。来自不同种属的TAP基因产物氨基酸顺序呈现高度的同源性。如小鼠TAP-1基因产物的氨基酸顺序
8、与大鼠及人对应产物的顺序同源性为72%89%。二、 T淋巴细胞对MHC限制性抗原识别的现象对于Th细胞和CTL识别抗原的认识上有一个关键性的进展，就是自身MHC限制现象的发现。MHC限制性要求APC必须表达能被T细胞识别的自身MHC分子，T细胞才能识别表达在该APC上的外源蛋白质抗原并产生应答。T细胞识别的自身MHC分子是指在胸腺中的前体T细胞成熟过程中遭遇到的MHC分子。“自身MHC”并非指T细胞本身所表达的MHC分子，而是指表达在APC细胞或靶细胞表面的MHC分子。通常，因为T细胞与APC细胞发生在同一个体，是同基因的，APC细胞上的所有MHC分子都被同个体的所有T细胞视为自身MHC。在实
9、验系统中，T细胞可对某一特定APC所表达的抗原发生应答。这两种细胞类型至少有一部分的共同基因。尤其是当它们来源于共有一个或多个MHC等位基因的个体或近交系时，APC表达的MHC分子，在T细胞的成熟过程中已经遭遇并将之视为自身MHC。将来自某一近交系动物的T细胞与不同近交系的APC细胞混合，并检查T细胞的应答，可能发现自身MHC限制性现象。以下三组实验建立了Th细胞和CTL抗原识别的MHC限制性。经抗原免疫的近交系豚鼠的T细胞，只有当同系巨噬细胞存在时，才能在试管内对抗原发生应答并分裂增殖。这种增殖的T细胞大多是Th细胞，进一步分析近交系和同基因系鼠显示：为了将抗原呈递给Th细胞，APC必须表达
10、能被T细胞识别为自身的MHC-类分子，这类实验表明，Th细胞对抗原的识别是MHC-类限制性的；利用过继转移技术，在近交鼠体内所做的实验和体外抗体产生的研究中显示，只有当B细胞表达能被T细胞识别的自身的MHC-类分子时，辅助T细胞与B细胞才能协同作用对蛋白质抗原产生抗体应答，由此，辅助T细胞是MHC-类限制性的结论得到进一步支持；对于MHC限制性，最清楚的证明是来自CTL对鼠和人的病毒感染靶细胞的特异性杀伤作用的分析。当病毒感染靶细胞表达的MHC-类分子被T细胞识别为自身MHC时，该靶细胞才被杀伤。这就证实了CTL识别病毒抗原是MHC-类限制性的。这些实验提示，参与T细胞抗原识别的MHC基因产物
11、必须表达在APC上或CTL介导溶细胞作用的靶细胞上。现有一些实验证实确实如此，并且必要的MHC分子不必表达在T细胞自身表面。一种A型MHC限制的抗原特异性单克隆T细胞，对抗原的应答需要表达A型MHC产物的APC存在，在源于(AB)F1个体的抗原特异性T细胞中，有些是MHCA限制性的，另一些是MHCB限制性，有很少一部分细胞亚群可能被仅表达在(AB)F1鼠上的MHC杂交分子所限制。关键在于即使MHCA限制性的T细胞是取自(AB)F1鼠，它们也对表达MHCA的APC呈递的抗原发生应答；MHCA-限制性T细胞对抗原的应答可被A型MHC分子特异性抗体所阻断，CD8+T细胞的杀伤活性可被针对MHC-类分
12、子的抗体所抑制，而抗MHC-类分子的抗体可抑制CD4+T细胞的抗原激活，这种抑制仅发生在抗体结合至APC上时，而结合在T细胞上则不受抑制；不表达限制性MHC分子的APC不能刺激抗原特异性T细胞。例如，在上述例子中，MHC-限制性T细胞对MHCA阴性的APC不发生应答，如果将MHCA基因转移至APC细胞，使之成为MHCA阳性细胞，它将会获得刺激T细胞的能力。将抗原呈递给抗原特异性CD4+T细胞需要MHC-类分子的表达。该实验中，来自H-2K鼠(表达MHC-类分子，而不表达MHC-类分子)的鼠成纤维细胞株3T3，不能将作为抗原的细胞色素C呈递给对该抗原特异的I-EK限制性T细胞杂交系。把编码分子I
13、-EK和链的功能基因转移至3T3细胞中，它就能向该T细胞系呈递抗原。这些实验引出一个基本的概念，即抗原特异性的辅助性和溶细胞性T淋巴细胞同时识别表达在APC或靶细胞表面的两种结构，即外来抗原和自身MHC分子。上述实验提示Th细胞和CTL分别受到MHC-类分子和MHC-类分子的限制。实际上，T细胞的类或MHC-类限制性更多地与CD8或CD4分子的表达有关，而非细胞的作用能力。这样，所有CD4+T细胞为MHC-类分子所限制，并且事实上CD4分子本身就结合MHC-类分子。大多数CD4+T细胞是辅助性细胞，尽管在人类和小鼠中已经证实了一种CD4+CTL(亦为类限制)。相反，所有CD8+T细胞都是类限制
14、性，CD8分子结合MHC-类分子。大多数CD8+T细胞为CTL，也可能具有某些辅助细胞产生细胞因子的作用。三、 MHC-类分子参与的抗原递呈(一) MHC-类分子递呈抗原的过程 MHC-类分子递呈的抗原是细胞内源性多肽，它们往往来自胞浆或核蛋白，如细胞自身蛋白，病毒蛋白等，均是细胞内合成的蛋白质产物。它们在胞浆中受蛋白水解酶的作用，裂解成为小的片段或多肽前体。多肽与MHC-类分子的组装发生在内质网内。存在于胞浆里的多肽必须经过一专门通道进入内质网，这一通道就是另一个与 MHC相关的多肽转运的基因产物TAP(transporter associated with antigen processi
15、ng)。TAP属于ATP结合蛋白转运基因家族的成员，它形成多个跨膜结构，在不同的细胞均有表达，包括原核细胞和哺乳类动物细胞。TAP为二分子的异二聚体，TAP1和TAP2存在于内质网膜之上的跨膜结构，每个亚单位反复穿膜6次形成一个“孔”样结构。它与LMP-2，LMP-7相邻，均位于MHC-类基因群内，推测这是生物进化的结果。至于多肽是如何通过TAP进入内质网的，目前仍不清楚，可能是多肽片段和TAP“孔”状结构胞浆端的结合位点相互作用，依靠TAP中ATP的水解引起TAP二聚体的构型改变，导致TAP对应的多肽结合位点暴露和随后在内质网腔内多肽的释放。目前已肯定TAP转运器提供来自胞浆的抗原多肽并传递
16、给MHC-类分子，而且研究表明，TAP2所介导的多肽转移是一特异的事件，因为实验发现多肽的结构构成和TAP2结构多态性的变化将阻断这一转运作用，从而人们认为，多肽羧基端残基决定的TAP选择性转运和MHC-类分子特异的多肽结合关键基序(motif)是受控于MHC的。当适当的多肽与MHC-类分子结合后，calnexin从MHC分子上释放出来，重链、2M、多肽形成三聚体，然后三聚体从内质网中通过尚不清楚的机制释放出来。以后穿过高尔基氏复合体和TGR(trangolgi reticulum)运送到细胞表面，其详细过程尚不清楚。在细胞表面表达的MHC分子中主要为MHC重链单一成份。实验表明，二聚体能够与外源性多肽结合形成稳定
