陈琼 译 宋向凤 审校
新乡医学院微生物与免疫学教研室
抗原被淋巴细胞识别，需要将抗原蛋白质处理成多肽片段。通过细胞表面处理过的多肽片段，抗原进行识别，这些多肽片段是MHC基因表达的产物。
抗原处理的要求
感染生物体的细菌、病毒产生相对于生物体免疫系统是外源性的蛋白质，这些蛋白质在免疫应答的过程中作为潜在的靶结构。体液的免疫应答，通过B淋巴细胞产生的抗体介导，能有效的抵抗细胞外的抗原，这些抗体能结合入侵微生物的天然蛋白抗原的构象决定基。因此，抗体介导识别天然蛋白质抗原，这一过程不需要抗原的处理。相反，T淋巴细胞识别APC表面的蛋白酶处理过的多肽片段。这些多肽片段在细胞表面与MHC结合被提呈。MHC表面的多肽片段，在T淋巴细胞循环中通过特殊性抗原细胞表面的TCR接触并识别。鉴于以上原因，感染时，在T淋巴细胞活化过程中，抗原的处理是很重要的，因此也是适应性免疫应答进行的关键。 抗原的处理和提呈主要通过两条途径：MHC-I类分子提呈的抗原激活CD+8CTL细胞，从而杀死被感染的细胞；而MHC-II类分子提呈的抗原肽激活CD4+Th细胞，在调节体液、CTL-介导、炎性的免疫应答中发挥重要作用。
外源性抗原的摄取
MHC依赖性的免疫应答被专职APC诱导，专职APC可以内吞外源性抗原并呈递于MHC分子的表面。专职性APC的胞吞作用主要有三中方式：吞噬作用，通过巨噬细胞、树突状细胞进行的胞饮作用和B淋巴细胞特异性受体介导的摄取作用。
吞噬作用与胞饮作用
以吞噬细胞吞噬的途径摄取抗原是胞吞作用的一种形式，在这种方式中，一些大的颗粒如微生物被巨噬细胞吞噬到大的吞饮泡内，叫做吞噬体。吞噬作用依靠抗体、补体成分或肝细胞所合成的急性期蛋白质与微生物表面结合，用宿主蛋白包被致病源的过程叫做调理作用。当调理分子作用过的颗粒与吞噬细胞表面抗体恒定区的受体部位、补体受体或急性期蛋白受体结合后，吞噬作用即可开始。这些颗粒被吞噬形成吞噬体，吞噬体再与溶酶体作用，形成吞噬溶酶体。吞噬溶酶体与溶酶体内的蛋白酶共同形成一个PH值较低的微环境，有利于吞噬颗粒的处理。尽管一些细胞，如树突状细胞、B淋巴细胞和中性粒细胞也有吞噬功能，但是，巨噬细胞很可能是体内最重要的具有吞噬功能的APC。
在胞饮作用中，血浆膜凹陷，包被抗原，从而抗原被摄取，并在细胞内内化，形成胞饮体，这一过程介导可溶性蛋白质的摄入。树突状细胞是巨吞饮的一个独立性组成部分，它能很有效地滤过细胞外液。
B林巴细胞受体介导的抗原摄取
B淋巴细胞表面的膜结合免疫球蛋白与Iga-Igb以二硫键相连形成的异二聚体相结合，形成BCR。在mIg胞浆和Iga-Igb复合物的信号转导下，与BCR结合的抗原以包被小体的形式被吞饮。囊泡包被小体离开血浆膜后，脱去包膜，形成吞饮小体。抗原的抗原决定基在B淋巴细胞内被处理，与MHC-II类分子一同递呈给Th细胞，继之，活化的Th细胞激活抗原特异性的B淋巴细胞产生抗体。由于抗原特异性的B淋巴细胞表达的不同，抗原的摄取机制在控制特异性体液应答中是很重要的一步。只有抗原特异性的B淋巴细胞才能获得T淋巴细胞的辅助。
参与抗原处理过程的胞内腔室
该系统有空泡内相互作用的网状结构、小囊以及高尔基复合体和血浆膜相互作用的小管系统组成。尽管处理细胞外抗原的胞内腔室的概念不太清楚，但是，一些特殊性的胞内腔室已被证明有很重要的作用。被吞饮的抗原被运输至早期内体，在其微酸的环境中进行缓慢的蛋白水解作用。血浆蛋白和转铁蛋白的循环，一般认为是早期内体形成的标志。抗原然后被转运至晚期内体，它提供了一个具有蛋白酶降解作用的酸性微环境。晚期内体是细胞内被吞饮抗原降解的场所。
MHC-I类分子与MHC-II分子表达抗原的不同
两种主要的MHC分子：I类分子和II类分子，有不同的结构区域和功能作用。MHC-I类分子分布在几乎全是有核细胞的表面，而MHC-II类分子仅相对严格地分布于专职性APC表面，包括巨噬细胞、树突状细胞和 B淋巴细胞。抗原的降解对MHC-I类分子和MHC-II类分子的表达都是必需的。但是，这两条途径的过程和机理在本质上是不同的，并且MHC-类分子和MHC-II类分子免疫反应的结果也是不同的，它们最终分别导致CD8+和CD4+T淋巴细胞的活化。
MHC-I类分子递呈抗原的过程
MHC-I类分子递呈的抗原决定基主要来自于细胞内蛋白质。胞浆中所有蛋白质都可能是这条途径多肽的来源。被称作蛋白酶体的具有蛋白水解作用的胞浆多个亚单位蛋白溶解复合体与这些多肽的产生有关。这些多肽通过TAP转运至内质网中，并且在内质网中与MHC-I类分子复合物的重链和β2-微球蛋白结合。当它们相结合时三聚体复合物便通过内质网和高尔基复合体的网状结构运送至细胞的表面。结合MHC-I类分子的多肽，一般是8-11个氨基酸片段。多肽被牢固结合后，紧接着并不进行下一步反应。尽管多肽在内质网上被修饰，但是细胞溶质是I类分子递呈的抗原决定基的主要加工部位。这几种途径几乎在所有细胞中发生。能使CD8+CTL结合细胞内的抗原并杀死感染的细胞。
应该注意的是，尽管细胞内的抗原是MHC-I类分子多肽配体的主要来源，但是有文献表明外源性抗原I类分子的递呈中也被加工。实际上，由专职的APC细胞通过MHC-I类分子介导的外源性抗原的递呈对于抗微生物的CTL细胞应答的诱导可能是必需，这些微生物并不感染专职的APC。
MHC-II类分子递呈抗原的过程
与MHC-I类分子介导的加工和递呈过程相比较，MHC-II类分子途径被限制到专职APC。MHC-II类分子表达的多肽来自APC细胞外环境。蛋白质、微生物和凋亡的物质被APC摄取，并在细胞内腔室被大量的蛋白水解酶水解。
新合成的MHC-II类分子αβ异二聚体在内质网内与非多态性恒定链相互作用。II类分子在内质网里折叠形成抗原肽，与抗原肽结合部位相结合，Ii起阻止ER中的多肽结合。Ii结合在ER上，它的胞浆部分可以指导MHC-II类分子在细胞内通过高尔基体到MHC-II类分子器室（MIIC）。Ii在内体进行蛋白降解，并在多肽结合部位留下了CLIP。MHC-II类分子-CLIP复合物与非多态性的MHC拟二聚体、HLA-DM相互作用，HLA-DM在CLIP与MHC-II类分子分离过程中起催化作用。被吞饮或吞噬的蛋白质形成多肽，然后被转运到分离后空的MHC-II类分子αβ复合体内。被指定产生抗原决定基的吞饮小体蛋白被留在MHC-II类分子内的蛋白水解酶水解为小片断。接着，MHC-II类分子多肽结合部位开放，这些复合体就能结合多种多样的不同长度的蛋白质片断。结合在MHC-II类分子上的抗原决定基的核心部分可以防止进一步被降解，而多肽结合部位两边伸出的多肽末端被蛋白酶降解并修饰，形成最终的抗原决定基。因此，与MHC-I类分子相比，MHC-II类分子也许直接参与这一特异性过程并决定哪些抗原决定基在细胞表面被表达。
在APC上，抗原肽结合MHC-II类分子、MIIC的部位与晚期内体很相似。胞饮作用吞饮的抗原或受体介导摄入的抗原，可以通过早晚期内体进入MIIC内。但是，在吞噬作用的过程中抗原是如何进入MIIC的机制还不清楚。
MHC-Ib和CD1递呈抗原的过程
除了经典的MHC-I分子和MHC-II分子的途径外，抗原的处理对于MHC-Ib、CD1分子的表达也是必需的。MHC-Ib分子与β2-微球蛋白相连结，它的结构与经典的MHC-I类分子相似。一些MHC-Ib分子表达病毒性的多肽，包括N-末端是N-甲酰甲硫氨酸。但是，有关这些抗原决定基的处理过程知道的很少。
尽管CD1被MHC外的基因编码，但是CD1分子的结构特征与MHC分子相似，并且在细胞表面需要β2-微球蛋白的参与。CD1的表达处理过程MHC-II类分子的途径相似，CD1是作用与MIIC小体的靶结构。很明显，CD1表达非多肽性的抗原，这一抗原通过巨噬细胞的甘露糖受体介导被摄入。
酶学的处理过程
来自蛋白质的多肽片断在形成前，需要进行蛋白水解作用。具有MHC-I类、II类分子的抗原处理功能的蛋白酶，存在于不同的细胞腔隙中，并且用不同的酶学机制降解肽键。
参与MHC-I类分子多肽配体形成的蛋白酶
结合到MHC-I类分子上的短肽大部分来自在细胞质降解的胞浆蛋白和核酸蛋白。因此，这些多肽的形成过程与运输到MHC-I类分子上是在不同的腔室内进行的。虽然这些多肽如何产生存在争议，但本质是通过蛋白酶体水解产生，蛋白酶体是一种细胞内非溶酶体蛋白水解系统。活细胞中蛋白酶体活动的阻断，导致部分多肽（50%-90%）在MHC-I类分子上的组装减少，这一过程以赖这些多肽的配体。这表明大量MHC-I类分子结合的多肽是通过非蛋白酶体内的蛋白酶得到的，但是，这些蛋白酶目前还没证实。
没有结合到MHC-I类分子的胞质多肽暴露给蛋白酶并被降解。可溶性的短肽能被胞质内蛋白酶迅速降解，这一点已被下列情况所证实：蛋白酶体活动被抑制时可能导致流感病毒的抗原决定基的处理过程加快。因此，胞质内与MHC分子相结合的多肽的加工是一个平衡，是蛋白酶或产生抗原肽或降解抗原肽之间的平衡。
一些抗原在结合MHC-I类分子前似乎只需部分部位被处理。信号肽作用于靶蛋白并通过ER膜被转运，并且一部分多肽结合到MHC-I类分子上。这些信号肽存在与多肽的前20个氨基酸上，并在转运中在ER上被信号肽酶分开，然后结合到MHC-I类分子上，即使胞质蛋白水解和TAP的转运不发生，以上过程也可进行。通过DRiP的形成也可证明这一点。核糖体转运产物有时会提前终止，这有时是不可避免的，这样会在胞质内产生大量的非折叠的蛋白质，作为MHC-I类分子结合的多肽的前体，但这一假想还没有得到证实。
参与MHC-II类分子多肽配体形成的蛋白酶
组织蛋白酶是形成MHC-II类分子结合多肽的一类蛋白酶，它由半胱氨酸和天冬蛋白酶组成。组织蛋白酶除了降解抗原外，它也降解Ii，使抗原的结合位点易于结合。但是，MHC-II类分子本身也很明显地抵抗蛋白水解。组织蛋白酶包括蛋白内切酶和肽链端解酶。蛋白内切酶水解结合于多肽内部的酰胺键；相反，肽链端解酶只水解来自氨基酸N-端或C-端的一至两个氨基酸。这一过程在组织蛋白酶上是重复的，以致于APC能在两种主要的组织蛋白酶B和D缺失时提呈抗原。但是，在一些小鼠品系中，组织蛋白酶S在细胞内的一些游动小体过度消耗时，对于Ii的降解和这种蛋白酶抑制抗原在MHC-II类分子上的表达是必须的。组织蛋白酶的大部分成分都是半胱胺酸家族的，它们与丝氨酸蛋白酶和蛋白酶体有相似的酶学机制。这些蛋白酶都是利用N-末端的氨基酸作为嗜核基团，在N-末端被水解的。
蛋白酶体的作用
蛋白小体是向MHC-I类分子提供多肽的主要承载体，这是由于它在胞质中大量存在，并且能降解蛋白质为短肽片断。这种蛋白酶是管状的，它是由4个非催化性的α-亚单位和催化性的β-亚单位折叠而成的环行复杂结构，它有蛋白内切酶的活性，能在疏水性的碱性或酸性氨基酸残基后切开蛋白质。蛋白小体在动物、植物和一些古细菌细胞上均有表达。值得注意的是，在很多物种上并没有MHC分子，表明了免疫系统很可能用已在细胞上存在的蛋白质水解系统进行应答。蛋白酶体的生理作用包括：调节细胞的周期、转录因子的处理和细胞内蛋白质的更新。在蛋白小体的作用下，生成的结合MHC的多肽被认为是蛋白水解的副产物，它被免疫系统用来检测微生物来源细胞内的蛋白质。
蛋白酶的特性，蛋白酶体有作用位点残基，它可以催化肽键的水解。真核细胞的蛋白小体有不同的作用位点，这些作用位点有不同的特异性，它位于复合体的核心内。蛋白小体是N-末端水解酶家族中的一员，用N-末端的苏氨酸作为亲核部分。N-末端亲核性苏氨酸残基与底物形成一的共价中间产物，中间产物可逐渐被降解。
近年来，蛋白酶体的抑制剂已经找到。醛-肽和乙烯砜-肽是很有效的并且具有相对特异性，抑制剂肽的结构的顺序变化能选择蛋白酶体上的不同特异部位。另外，真菌的代谢产物lactacystin通过X-亚单位共价修饰来抑制蛋白酶体的正常功能。这些抑制剂的分子量较低，在体内能用来抑制蛋白小体。活细胞内蛋白小体的抑制剂已被证实了它在细胞内抗原的处理和一些基本的反应中是十分重要的。
处理过程的调节
抗原处理过程中的一些成分被细胞因子IFN-r诱导，IFN-r由活化的T淋巴细胞和NK分泌。有诱导能力的IFN-r可以诱导MHC-I类和MHC-II分子的重链、TAP和蛋白小体的β-亚单位、LMP-2、LMP-7和MECL-1。依靠IFN-r的诱导，组成性表达的蛋白小体的Y、X和Z亚单位被LMP-2、LMP-7和MECL-1所取代。这些改变可以使蛋白小体在疏水的氨基酸末端裂解。MHC-I类分子结合的多肽顺序依赖于MHC-I类分子的等位基因，但大部分等位基因需要多肽疏水的C-末端与之结合。这与TAP载体肽的特异性和IFN-r诱导蛋白小体的b-亚单位产生多肽是一致的。因此，来自IFN-r诱导的细胞内蛋白小体降解的产物很可能作为MHC-I类分子表达的抗原。
蛋白小体与多种辅助蛋白复合物相连结，并通过这些结构被调节。4个由α和β亚单位折叠的环状物形成20S蛋白小体，但是，附载体19S亚基对于依赖泛素的降解这一过程是必须的。当它们相结合时，20S和19S亚基形成26S蛋白小体。除了19S亚基外，20S亚基也能与PA28（11亚基）结合，因此，这样增强了多肽谱，这可以提高抗原的递呈。PA28亚基有一个泛素的构型，可以选择α和β亚基，并可以被IFN-r诱导。
蛋白小体26S降解泛素偶联蛋白质。泛素与赖氨酸蛋白的残基通过侧链相连结，并形成共价键，有一些酶可以促进共价键的形成。这样就导致了通过蛋白小体而使蛋白质降解，泛素被当作附件小体与蛋白质结合并参与蛋白小体的降解作用。这个过程还不太完全清楚，但是一些抗原在处理过程中需要泛素的偶合。
MHC-II类分子途径的调节很大程度上依赖于内体中的组织蛋白酶的功能。控制半胱氨酸蛋白酶作用的两个主要的因素是：PH值和内源性半胱氨酸蛋白酶的抑制剂。大部分半胱氨酸蛋白酶是不稳定的，并且在中性PH值情况下活动很弱，而在酸性环境中，它具有正常的功能。内源性的蛋白酶的抑制泛素家族，在细胞质和细胞外液中被发现，这些抑制剂的主要作用是确保蛋白酶逃离间隔而保持无活性。通过这些途径，组织蛋白酶可以对内体中抗原的处理和MHC-II类分子的作用起直接影响。
结论
尽管近10年来，对抗原处理的机制有了很深的研究，但是，很多方面仍不清楚。我们面临的挑战是研究不同蛋白酶在胞质和内体形成过程中的作用。胞质蛋白酶和蛋白酶体，两者中哪一种能产生抗原肽，哪一种能破坏抗原肽？丰富的组织蛋白酶在内体处理中起到什么作用？这些问题的答案将对于我们理解病原体如何逃避免疫系统的监视和研制疫苗有很重要的启示。
