陳瓊 譯 宋向鳳 審校

新鄉(xiāng)醫(yī)學院微生物與免疫學教研室

抗原被淋巴細胞識別,，需要將抗原蛋白質(zhì)處理成多肽片段。通過細胞表面處理過的多肽片段,，抗原進行識別,，這些多肽片段是MHC基因表達的產(chǎn)物。

抗原處理的要求
感染生物體的細菌,、病毒產(chǎn)生相對于生物體免疫系統(tǒng)是外源性的蛋白質(zhì),，這些蛋白質(zhì)在免疫應答的過程中作為潛在的靶結(jié)構(gòu)。體液的免疫應答,，通過B淋巴細胞產(chǎn)生的抗體介導,，能有效的抵抗細胞外的抗原，這些抗體能結(jié)合入侵微生物的天然蛋白抗原的構(gòu)象決定基,。因此,，抗體介導識別天然蛋白質(zhì)抗原，這一過程不需要抗原的處理,。相反,，T淋巴細胞識別APC表面的蛋白酶處理過的多肽片段。這些多肽片段在細胞表面與MHC結(jié)合被提呈,。MHC表面的多肽片段,，在T淋巴細胞循環(huán)中通過特殊性抗原細胞表面的TCR接觸并識別。鑒于以上原因,，感染時,，在T淋巴細胞活化過程中，抗原的處理是很重要的,，因此也是適應性免疫應答進行的關(guān)鍵,。 抗原的處理和提呈主要通過兩條途徑：MHC-I類分子提呈的抗原激活CD+8CTL細胞，從而殺死被感染的細胞,；而MHC-II類分子提呈的抗原肽激活CD4+Th細胞，在調(diào)節(jié)體液,、CTL-介導,、炎性的免疫應答中發(fā)揮重要作用。

外源性抗原的攝取
MHC依賴性的免疫應答被專職APC誘導,，專職APC可以內(nèi)吞外源性抗原并呈遞于MHC分子的表面,。專職性APC的胞吞作用主要有三中方式：吞噬作用，通過巨噬細胞,、樹突狀細胞進行的胞飲作用和B淋巴細胞特異性受體介導的攝取作用,。
吞噬作用與胞飲作用
以吞噬細胞吞噬的途徑攝取抗原是胞吞作用的一種形式，在這種方式中,，一些大的顆粒如微生物被巨噬細胞吞噬到大的吞飲泡內(nèi),，叫做吞噬體,。吞噬作用依靠抗體、補體成分或肝細胞所合成的急性期蛋白質(zhì)與微生物表面結(jié)合,，用宿主蛋白包被致病源的過程叫做調(diào)理作用,。當調(diào)理分子作用過的顆粒與吞噬細胞表面抗體恒定區(qū)的受體部位、補體受體或急性期蛋白受體結(jié)合后,，吞噬作用即可開始,。這些顆粒被吞噬形成吞噬體，吞噬體再與溶酶體作用,，形成吞噬溶酶體,。吞噬溶酶體與溶酶體內(nèi)的蛋白酶共同形成一個PH值較低的微環(huán)境，有利于吞噬顆粒的處理,。盡管一些細胞,，如樹突狀細胞、B淋巴細胞和中性粒細胞也有吞噬功能,，但是,，巨噬細胞很可能是體內(nèi)最重要的具有吞噬功能的APC。
在胞飲作用中,，血漿膜凹陷,，包被抗原，從而抗原被攝取,，并在細胞內(nèi)內(nèi)化,，形成胞飲體，這一過程介導可溶性蛋白質(zhì)的攝入,。樹突狀細胞是巨吞飲的一個獨立性組成部分,，它能很有效地濾過細胞外液。

B林巴細胞受體介導的抗原攝取
B淋巴細胞表面的膜結(jié)合免疫球蛋白與Iga-Igb以二硫鍵相連形成的異二聚體相結(jié)合,，形成BCR,。在mIg胞漿和Iga-Igb復合物的信號轉(zhuǎn)導下，與BCR結(jié)合的抗原以包被小體的形式被吞飲,。囊泡包被小體離開血漿膜后,，脫去包膜，形成吞飲小體,?？乖目乖瓫Q定基在B淋巴細胞內(nèi)被處理，與MHC-II類分子一同遞呈給Th細胞,，繼之,，活化的Th細胞激活抗原特異性的B淋巴細胞產(chǎn)生抗體。由于抗原特異性的B淋巴細胞表達的不同，抗原的攝取機制在控制特異性體液應答中是很重要的一步,。只有抗原特異性的B淋巴細胞才能獲得T淋巴細胞的輔助,。

參與抗原處理過程的胞內(nèi)腔室
該系統(tǒng)有空泡內(nèi)相互作用的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)、小囊以及高爾基復合體和血漿膜相互作用的小管系統(tǒng)組成,。盡管處理細胞外抗原的胞內(nèi)腔室的概念不太清楚,，但是，一些特殊性的胞內(nèi)腔室已被證明有很重要的作用,。被吞飲的抗原被運輸至早期內(nèi)體,，在其微酸的環(huán)境中進行緩慢的蛋白水解作用。血漿蛋白和轉(zhuǎn)鐵蛋白的循環(huán),，一般認為是早期內(nèi)體形成的標志,。抗原然后被轉(zhuǎn)運至晚期內(nèi)體,，它提供了一個具有蛋白酶降解作用的酸性微環(huán)境,。晚期內(nèi)體是細胞內(nèi)被吞飲抗原降解的場所。
MHC-I類分子與MHC-II分子表達抗原的不同
兩種主要的MHC分子：I類分子和II類分子,，有不同的結(jié)構(gòu)區(qū)域和功能作用,。MHC-I類分子分布在幾乎全是有核細胞的表面，而MHC-II類分子僅相對嚴格地分布于專職性APC表面,，包括巨噬細胞,、樹突狀細胞和 B淋巴細胞?？乖慕到鈱HC-I類分子和MHC-II類分子的表達都是必需的,。但是，這兩條途徑的過程和機理在本質(zhì)上是不同的,，并且MHC-類分子和MHC-II類分子免疫反應的結(jié)果也是不同的,，它們最終分別導致CD8+和CD4+T淋巴細胞的活化。

MHC-I類分子遞呈抗原的過程
MHC-I類分子遞呈的抗原決定基主要來自于細胞內(nèi)蛋白質(zhì),。胞漿中所有蛋白質(zhì)都可能是這條途徑多肽的來源,。被稱作蛋白酶體的具有蛋白水解作用的胞漿多個亞單位蛋白溶解復合體與這些多肽的產(chǎn)生有關(guān)。這些多肽通過TAP轉(zhuǎn)運至內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中,，并且在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中與MHC-I類分子復合物的重鏈和β2-微球蛋白結(jié)合,。當它們相結(jié)合時三聚體復合物便通過內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基復合體的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)運送至細胞的表面。結(jié)合MHC-I類分子的多肽,，一般是8-11個氨基酸片段。多肽被牢固結(jié)合后,，緊接著并不進行下一步反應,。盡管多肽在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上被修飾，但是細胞溶質(zhì)是I類分子遞呈的抗原決定基的主要加工部位,。這幾種途徑幾乎在所有細胞中發(fā)生,。能使CD8+CTL結(jié)合細胞內(nèi)的抗原并殺死感染的細胞,。
應該注意的是，盡管細胞內(nèi)的抗原是MHC-I類分子多肽配體的主要來源,，但是有文獻表明外源性抗原I類分子的遞呈中也被加工,。實際上，由專職的APC細胞通過MHC-I類分子介導的外源性抗原的遞呈對于抗微生物的CTL細胞應答的誘導可能是必需,，這些微生物并不感染專職的APC,。

MHC-II類分子遞呈抗原的過程
與MHC-I類分子介導的加工和遞呈過程相比較，MHC-II類分子途徑被限制到專職APC,。MHC-II類分子表達的多肽來自APC細胞外環(huán)境,。蛋白質(zhì)、微生物和凋亡的物質(zhì)被APC攝取,，并在細胞內(nèi)腔室被大量的蛋白水解酶水解,。
新合成的MHC-II類分子αβ異二聚體在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)與非多態(tài)性恒定鏈相互作用。II類分子在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)里折疊形成抗原肽,，與抗原肽結(jié)合部位相結(jié)合,，Ii起阻止ER中的多肽結(jié)合。Ii結(jié)合在ER上,，它的胞漿部分可以指導MHC-II類分子在細胞內(nèi)通過高爾基體到MHC-II類分子器室（MIIC）,。Ii在內(nèi)體進行蛋白降解，并在多肽結(jié)合部位留下了CLIP,。MHC-II類分子-CLIP復合物與非多態(tài)性的MHC擬二聚體,、HLA-DM相互作用，HLA-DM在CLIP與MHC-II類分子分離過程中起催化作用,。被吞飲或吞噬的蛋白質(zhì)形成多肽,，然后被轉(zhuǎn)運到分離后空的MHC-II類分子αβ復合體內(nèi)。被指定產(chǎn)生抗原決定基的吞飲小體蛋白被留在MHC-II類分子內(nèi)的蛋白水解酶水解為小片斷,。接著,，MHC-II類分子多肽結(jié)合部位開放，這些復合體就能結(jié)合多種多樣的不同長度的蛋白質(zhì)片斷,。結(jié)合在MHC-II類分子上的抗原決定基的核心部分可以防止進一步被降解,，而多肽結(jié)合部位兩邊伸出的多肽末端被蛋白酶降解并修飾，形成最終的抗原決定基,。因此,，與MHC-I類分子相比，MHC-II類分子也許直接參與這一特異性過程并決定哪些抗原決定基在細胞表面被表達,。
在APC上,，抗原肽結(jié)合MHC-II類分子、MIIC的部位與晚期內(nèi)體很相似。胞飲作用吞飲的抗原或受體介導攝入的抗原,，可以通過早晚期內(nèi)體進入MIIC內(nèi),。但是，在吞噬作用的過程中抗原是如何進入MIIC的機制還不清楚,。

MHC-Ib和CD1遞呈抗原的過程
除了經(jīng)典的MHC-I分子和MHC-II分子的途徑外,，抗原的處理對于MHC-Ib、CD1分子的表達也是必需的,。MHC-Ib分子與β2-微球蛋白相連結(jié),，它的結(jié)構(gòu)與經(jīng)典的MHC-I類分子相似。一些MHC-Ib分子表達病毒性的多肽,，包括N-末端是N-甲酰甲硫氨酸,。但是，有關(guān)這些抗原決定基的處理過程知道的很少,。
盡管CD1被MHC外的基因編碼,，但是CD1分子的結(jié)構(gòu)特征與MHC分子相似，并且在細胞表面需要β2-微球蛋白的參與,。CD1的表達處理過程MHC-II類分子的途徑相似,，CD1是作用與MIIC小體的靶結(jié)構(gòu)。很明顯,，CD1表達非多肽性的抗原,，這一抗原通過巨噬細胞的甘露糖受體介導被攝入。

酶學的處理過程
來自蛋白質(zhì)的多肽片斷在形成前,，需要進行蛋白水解作用,。具有MHC-I類、II類分子的抗原處理功能的蛋白酶,，存在于不同的細胞腔隙中,，并且用不同的酶學機制降解肽鍵。
參與MHC-I類分子多肽配體形成的蛋白酶
結(jié)合到MHC-I類分子上的短肽大部分來自在細胞質(zhì)降解的胞漿蛋白和核酸蛋白,。因此,，這些多肽的形成過程與運輸?shù)組HC-I類分子上是在不同的腔室內(nèi)進行的。雖然這些多肽如何產(chǎn)生存在爭議,，但本質(zhì)是通過蛋白酶體水解產(chǎn)生,，蛋白酶體是一種細胞內(nèi)非溶酶體蛋白水解系統(tǒng)?；罴毎械鞍酌阁w活動的阻斷,，導致部分多肽（50%-90%）在MHC-I類分子上的組裝減少，這一過程以賴這些多肽的配體,。這表明大量MHC-I類分子結(jié)合的多肽是通過非蛋白酶體內(nèi)的蛋白酶得到的,，但是,，這些蛋白酶目前還沒證實。
沒有結(jié)合到MHC-I類分子的胞質(zhì)多肽暴露給蛋白酶并被降解,。可溶性的短肽能被胞質(zhì)內(nèi)蛋白酶迅速降解,，這一點已被下列情況所證實：蛋白酶體活動被抑制時可能導致流感病毒的抗原決定基的處理過程加快,。因此，胞質(zhì)內(nèi)與MHC分子相結(jié)合的多肽的加工是一個平衡,，是蛋白酶或產(chǎn)生抗原肽或降解抗原肽之間的平衡,。
一些抗原在結(jié)合MHC-I類分子前似乎只需部分部位被處理。信號肽作用于靶蛋白并通過ER膜被轉(zhuǎn)運,，并且一部分多肽結(jié)合到MHC-I類分子上,。這些信號肽存在與多肽的前20個氨基酸上，并在轉(zhuǎn)運中在ER上被信號肽酶分開,，然后結(jié)合到MHC-I類分子上,，即使胞質(zhì)蛋白水解和TAP的轉(zhuǎn)運不發(fā)生，以上過程也可進行,。通過DRiP的形成也可證明這一點,。核糖體轉(zhuǎn)運產(chǎn)物有時會提前終止，這有時是不可避免的,，這樣會在胞質(zhì)內(nèi)產(chǎn)生大量的非折疊的蛋白質(zhì),，作為MHC-I類分子結(jié)合的多肽的前體，但這一假想還沒有得到證實,。

參與MHC-II類分子多肽配體形成的蛋白酶
組織蛋白酶是形成MHC-II類分子結(jié)合多肽的一類蛋白酶,，它由半胱氨酸和天冬蛋白酶組成。組織蛋白酶除了降解抗原外,，它也降解Ii,，使抗原的結(jié)合位點易于結(jié)合。但是,，MHC-II類分子本身也很明顯地抵抗蛋白水解,。組織蛋白酶包括蛋白內(nèi)切酶和肽鏈端解酶。蛋白內(nèi)切酶水解結(jié)合于多肽內(nèi)部的酰胺鍵,；相反,，肽鏈端解酶只水解來自氨基酸N-端或C-端的一至兩個氨基酸。這一過程在組織蛋白酶上是重復的,，以致于APC能在兩種主要的組織蛋白酶B和D缺失時提呈抗原,。但是，在一些小鼠品系中,，組織蛋白酶S在細胞內(nèi)的一些游動小體過度消耗時,，對于Ii的降解和這種蛋白酶抑制抗原在MHC-II類分子上的表達是必須的,。組織蛋白酶的大部分成分都是半胱胺酸家族的，它們與絲氨酸蛋白酶和蛋白酶體有相似的酶學機制,。這些蛋白酶都是利用N-末端的氨基酸作為嗜核基團,，在N-末端被水解的。

蛋白酶體的作用
蛋白小體是向MHC-I類分子提供多肽的主要承載體,，這是由于它在胞質(zhì)中大量存在,，并且能降解蛋白質(zhì)為短肽片斷。這種蛋白酶是管狀的,，它是由4個非催化性的α-亞單位和催化性的β-亞單位折疊而成的環(huán)行復雜結(jié)構(gòu),，它有蛋白內(nèi)切酶的活性，能在疏水性的堿性或酸性氨基酸殘基后切開蛋白質(zhì),。蛋白小體在動物,、植物和一些古細菌細胞上均有表達。值得注意的是,，在很多物種上并沒有MHC分子,，表明了免疫系統(tǒng)很可能用已在細胞上存在的蛋白質(zhì)水解系統(tǒng)進行應答。蛋白酶體的生理作用包括：調(diào)節(jié)細胞的周期,、轉(zhuǎn)錄因子的處理和細胞內(nèi)蛋白質(zhì)的更新,。在蛋白小體的作用下，生成的結(jié)合MHC的多肽被認為是蛋白水解的副產(chǎn)物,，它被免疫系統(tǒng)用來檢測微生物來源細胞內(nèi)的蛋白質(zhì),。
蛋白酶的特性，蛋白酶體有作用位點殘基,，它可以催化肽鍵的水解,。真核細胞的蛋白小體有不同的作用位點，這些作用位點有不同的特異性,，它位于復合體的核心內(nèi),。蛋白小體是N-末端水解酶家族中的一員，用N-末端的蘇氨酸作為親核部分,。N-末端親核性蘇氨酸殘基與底物形成一的共價中間產(chǎn)物,，中間產(chǎn)物可逐漸被降解。
近年來,，蛋白酶體的抑制劑已經(jīng)找到,。醛-肽和乙烯砜-肽是很有效的并且具有相對特異性，抑制劑肽的結(jié)構(gòu)的順序變化能選擇蛋白酶體上的不同特異部位,。另外,，真菌的代謝產(chǎn)物lactacystin通過X-亞單位共價修飾來抑制蛋白酶體的正常功能。這些抑制劑的分子量較低,，在體內(nèi)能用來抑制蛋白小體,?；罴毎麅?nèi)蛋白小體的抑制劑已被證實了它在細胞內(nèi)抗原的處理和一些基本的反應中是十分重要的。

處理過程的調(diào)節(jié)
抗原處理過程中的一些成分被細胞因子IFN-r誘導,，IFN-r由活化的T淋巴細胞和NK分泌,。有誘導能力的IFN-r可以誘導MHC-I類和MHC-II分子的重鏈、TAP和蛋白小體的β-亞單位,、LMP-2,、LMP-7和MECL-1。依靠IFN-r的誘導,，組成性表達的蛋白小體的Y、X和Z亞單位被LMP-2,、LMP-7和MECL-1所取代,。這些改變可以使蛋白小體在疏水的氨基酸末端裂解。MHC-I類分子結(jié)合的多肽順序依賴于MHC-I類分子的等位基因,，但大部分等位基因需要多肽疏水的C-末端與之結(jié)合,。這與TAP載體肽的特異性和IFN-r誘導蛋白小體的b-亞單位產(chǎn)生多肽是一致的。因此,，來自IFN-r誘導的細胞內(nèi)蛋白小體降解的產(chǎn)物很可能作為MHC-I類分子表達的抗原,。
蛋白小體與多種輔助蛋白復合物相連結(jié)，并通過這些結(jié)構(gòu)被調(diào)節(jié),。4個由α和β亞單位折疊的環(huán)狀物形成20S蛋白小體,，但是，附載體19S亞基對于依賴泛素的降解這一過程是必須的,。當它們相結(jié)合時,，20S和19S亞基形成26S蛋白小體。除了19S亞基外,，20S亞基也能與PA28（11亞基）結(jié)合,，因此，這樣增強了多肽譜,，這可以提高抗原的遞呈,。PA28亞基有一個泛素的構(gòu)型，可以選擇α和β亞基,，并可以被IFN-r誘導,。
蛋白小體26S降解泛素偶聯(lián)蛋白質(zhì)。泛素與賴氨酸蛋白的殘基通過側(cè)鏈相連結(jié),，并形成共價鍵,，有一些酶可以促進共價鍵的形成。這樣就導致了通過蛋白小體而使蛋白質(zhì)降解,，泛素被當作附件小體與蛋白質(zhì)結(jié)合并參與蛋白小體的降解作用,。這個過程還不太完全清楚,，但是一些抗原在處理過程中需要泛素的偶合,。
MHC-II類分子途徑的調(diào)節(jié)很大程度上依賴于內(nèi)體中的組織蛋白酶的功能,。控制半胱氨酸蛋白酶作用的兩個主要的因素是：PH值和內(nèi)源性半胱氨酸蛋白酶的抑制劑,。大部分半胱氨酸蛋白酶是不穩(wěn)定的，并且在中性PH值情況下活動很弱,，而在酸性環(huán)境中,，它具有正常的功能,。內(nèi)源性的蛋白酶的抑制泛素家族,，在細胞質(zhì)和細胞外液中被發(fā)現(xiàn),，這些抑制劑的主要作用是確保蛋白酶逃離間隔而保持無活性。通過這些途徑,，組織蛋白酶可以對內(nèi)體中抗原的處理和MHC-II類分子的作用起直接影響。

結(jié)論
盡管近10年來,，對抗原處理的機制有了很深的研究,，但是，很多方面仍不清楚,。我們面臨的挑戰(zhàn)是研究不同蛋白酶在胞質(zhì)和內(nèi)體形成過程中的作用,。胞質(zhì)蛋白酶和蛋白酶體，兩者中哪一種能產(chǎn)生抗原肽,，哪一種能破壞抗原肽,？豐富的組織蛋白酶在內(nèi)體處理中起到什么作用？這些問題的答案將對于我們理解病原體如何逃避免疫系統(tǒng)的監(jiān)視和研制疫苗有很重要的啟示,。