第3章：抗原识别2021-04-14

1. 第3章：抗原识别2021-04-14

 如第1章和第2章所述，人类识别外来（非自身）物质主要有两个系统：先天免疫系统和适应性免疫系统。   先天免疫系统的特征是存在吞噬细胞和血液蛋白，它们利用模式识别分子识别入侵的微生物， 如：甘露聚糖结合凝集素(MBL)和toll样受体(TLRs) 就是常见的模式识别分子。它们能识别并结合存在于微生物而非宿主细胞中的各种分子。MBL可以将甘露聚糖结合在细菌、病毒和真菌的表面。甘露聚糖不存在于健康宿主细胞的表面，但存在于受损细胞的表面。 因此，MBL可以识别结合微生物以及受损的宿主细胞，但不能识别正常细胞。 虽然MBL能够区分健康和疾病，但它被描述为“非特异性”，因为它不能区分细菌和病毒，也不能区分不同类型的细菌。这种特异性的缺乏是先天免疫系统模式识别分子的关键特征。   先天免疫系统依赖于一些预先存在的分子和细胞去非特异性地攻击入侵者;这个系统可以很好地保护我们免受各种感染。一般来说，先天系统通过清除感染源来防止感染。然而，它不能对微生物或其他异物(抗原)做出特异性反应。微生物的进化速度比脊椎动物快得多，因此它们能够通过改变自身结构逃避非适应性防御系统。这就是脊椎动物发展出适应性免疫系统的原因之一，它依赖于 基因重排产生大量预先存在于淋巴细胞上的受体（库），这些受体基本上可以识别任何抗原。 
   在适应性免疫系统中有三组分子专门负责识别外来抗原。前两组是在B和T细胞上发现的位于细胞表面的受体。B细胞受体(BCR)是从分化的B细胞(浆细胞)分泌出来的一种可溶性抗原受体，称为抗体。第三组抗原受体在主要组织相容性复合体(MHC)中进行编码。这组基因在人类被称为人类白细胞抗原(HLA)。MHC分子的功能是将抗原肽呈递给T细胞。T细胞受体(TCR)、BCR和MHC分子具有相似的结构，它们是具有免疫球蛋白折叠的蛋白质分子家族的一部分;这个家族被称为免疫球蛋白超家族(见第9章)。Fig3.1总结了三种类型的抗原受体的不同之处。
                                           如第2章所述，适应性免疫系统的有效运行依赖于克隆选择。每个B细胞或T细胞在其细胞表面表达一种独特的抗原受体。在遇到外来抗原时，表达最匹配的抗原受体的细胞会分裂并产生具有相同受体的子细胞(克隆)。受体的多样性是由基因重排产生的(见第6章和第7章)，这使得大量的受体可以由数量有限的基因组成，从而提供识别抗原所需的多样性。
   因此，B细胞和T细胞抗原受体以基因片段的形式遗传，在淋巴细胞发育时才能形成一个完整的抗原受体基因。在基因重新排列的过程会产生不同的受体阵列。从理论上讲，一个人的B淋巴细胞制造不同抗体分子的数量可能高达10的11次方（个）。这就是为什么人们认为有足够的B细胞和T细胞抗原受体来识别我们所处的环境中的所有抗原，比如微生物。请记住，并不是微生物中的每一个抗原的受体都需要存在。 免疫系统只需要识别微生物中众多潜在抗原中的一个，就可以通过干扰微生物的生长和分裂能力来保护宿主。 
   在免疫应答过程中，编码B细胞抗原受体的基因也会经历一个称为超突变的过程，以产生更适合外来抗原的受体。这种编码抗原结合位点的序列的快速突变过程创造了更多独特的受体和更特异、更多样化的受体库。除了通过相似的遗传机制产生外，B细胞和T细胞的抗原受体在它们的蛋白质结构方面也是相似的。它们有一种被称为免疫球蛋白折叠的蛋白质结构特征，这是几个受体家族常见的。在这些受体家族中，包括免疫细胞上发现的抗原受体，平行的氨基酸链都是折叠成一个紧凑的球状结构域。
   MHC最初因其在组织排斥(相容性)中的作用而命名，是由MHC基因编码的第三类抗原受体分子。主要有两类， I类MHC分子基本上存在于所有细胞上，II类MHC分子主要存在于抗原提呈细胞(B细胞、巨噬细胞和树突状细胞)上。I类和II类MHC分子的主要功能均是向T细胞递呈抗原肽。 此外，MHC还有一个作用是调节自然杀伤(NK)细胞。
   MHC分子的结构将在第8章详细描述，它们的功能将在第10章描述。简而言之，TCR只有在与MHC分子形成复合物时才能识别外来抗原。TCR与外源肽和MHC分子上的残基接触，这是一种不同于B细胞抗原受体的抗原识别，B细胞抗原受体直接与抗原结合。双重识别的要求将TCR分子与BCR分子区分开来。MHC分子的生理功能是捕获并显示来自细胞相关微生物(如宿主细胞中制造的病毒蛋白)的抗原，以供T细胞识别。
   编码MHC分子的基因是我们所已知的人类基因组中变异最大的基因。它们被认为是广泛多态的，这意味着同一基因存在多个等位基因或多种形式。然而，它们的多样性存在于整个群体中，而不是存在于个体中。Fig3.2比较了MHC多样性与免疫球蛋白和TCR多样性。每个人大约有六种不同的I类和II类MHC基因产物。考虑到他们的父母可能有完全不同的HLA基因，大多数人的细胞表面有12个不同的I类和II类MHC分子。B细胞或T细胞受体在个体的每个淋巴细胞中都是不同的，但所有的MHC等位基因在个体中都是相同的，个体之间是不同的。因此，在整个种群中，有可能一些MHC分子可以结合来自特定微生物的抗原肽，也有可能任何给定的个体都不能结合来自该微生物的肽。这意味着群体中的一些人可能比其他人更容易感染某种特定微生物引起的疾病。例如，如果你的MHC分子的结构使你不可能识别和结合来自特定病毒的任何肽抗原，你就不能激活T细胞对感染该病毒的细胞反应，因此，你就会很容易感染该病毒引起的疾病。然而，MHC分子中多肽结合槽的广泛特异性(在第8章和第10章中描述)使得来自某种特定微生物的任何多肽都不能结合某个人的MHC分子的可能性极小。
                                           有些基因多态性比感染更具优势。最广为人知的例子是镰状细胞的特性和对疟疾的保护。具有镰状细胞特征的人的基因是血红蛋白β-链异常的杂合子。这种异常基因的纯合子导致严重的镰状细胞疾病和血液学问题。另一方面，具有镰状细胞特征的杂合子只有轻微的血液学问题。此外，异常基因的杂合性使红细胞对疟疾的寄生具有抵抗力。因此，镰状细胞的特性将严重疟疾的风险降低了90%。疟疾仍然是世界一些地区一种的重要传染病，例如在撒哈拉以南的非洲。许多非洲血统的人仍然携带着不正常的血红蛋白基因，而这在其他种族中已经变得非常罕见。疟疾和镰状细胞特征之间的关系促进了人类进化，是病原体介导的选择的一个例子。   主要组织相容性复合物(MHC)基因的表现不同，但他们的巨大的多样性也是受到病原体驱动的。不同的MHC等位基因呈递来自特定感染的抗原的能力各不相同；因此，特定的MHC等位基因可能使受感染的个体或多或少地倾向于有利的疾病结局。这已被证明适用于艾滋病病毒和乙型肝炎病毒(HBV)感染。病原体介导的MHC选择中，不同的机制如下：杂合子优势：如果群体中的个体倾向于MHC等位基因的杂合子，他们更有可能具有保护性等位基因。罕见的等位基因优势：一种新的感染可能进化并成功，因为它避开了人群中流行的MHC等位基因。在这种情况下，携带罕见MHC等位基因的个体更有可能存活下来。这两种模型都支持MHC等位基因的遗传多样性。换句话说，一个群体中可用的MHC等位基因越多，该群体在新感染中存活的可能性就越大。   尽管MHC多样性降低了人类种群被新出现的感染消灭的风险，但它在移植中造成了重大问题。正如你将在第34章中看到的，成功的移植需要供者和接受者尽可能具有相似的MHC等位基因。由于MHC的多样性，对于任何可用的随机肾脏，任何患者在所有MHC等位基因上都只有十万分之一的机会相同。
   参考：同第一章，以后不再重复说明。

2. 第6章：抗体多样性2021-04-17

人体似乎能够产生无限量的抗体(免疫球蛋白[Ig])分子-也许宇宙中的每个抗原至少有一个！计算表明，人类抗体库中可能有多达10^11种不同的抗体分子可用，这些抗体具有不同特异性。本章描述了B细胞中产生抗体多样性的各种机制。在T细胞中也存在类似的机制产生T细胞受体(TCR)多样性，但迄今为止尚未在其他基因中检测到这些机制。这些不同机制统称为多样性的产生。上图概述了组装完整免疫球蛋白分子（Ig）的各个步骤，本章描述在B细胞中组装Ig的途径。
  
 如第四章所述，Ig有两种多肽链，重链和轻链。每个链都有一个变量(V)和常数(C)区域。Ig多肽链由基因片段编码(Fig. 6.1)，这些基因片段在B细胞发育过程中被重新排列(Fig. 6.2) ，从而组装成编码轻链或重链的功能基因 (Fig. 6.3)。这些基因片段除了V和C基因片段外，还包括前导基因片段(Leader，L)、连接基因片段(Joining，J)和多样性基因片段(Diversity，D)。基因片段以集合或组的形式存在，这些集合或组是由基因片段不同版本的序列构成。例如，五个不同的 Jk基因片段构成了 Jk集合。Fig6.1展示了人轻链和重链基因片段的结构，并列举了Igs的不同基因片段。
   在B细胞的发育过程中(第14章)，Ig基因片段被重新排列彼此相连形成具有连续性的功能基因(见Fig6.3)。重排的过程被称为体细胞重组，即使没有抗原也会发生，从而产生潜在的抗体(抗原受体)分子。一旦完成轻链和重链基因的组装，就能够合成Ig轻链和重链，并将多肽链组装成Ig分子。这种分子要么在B细胞表面表达，要么由称为浆细胞的分化B细胞分泌(见Fig6.6和第14章)。
   抗体链的V区构成抗原结合位点，C区提供特殊效应功能，如与细胞受体或补体蛋白结合。抗体多样性是通过重组不同的基因片段，构建不同的V区产生的。这大大减少了原本编码大量不同抗体分子的基因数量，也减少了抗体分子基因的基因组数量。
                                                                                                                                                                  
 在最初的基因重排发生之后(见Fig6.2)，整个基因，包括外显子(编码序列)和内含子(非编码序列)被转录成一个初级RNA转录本(见Fig6.3)。然后进行RNA剪接，RNA处理酶去除内含子序列从而产生信使RNA(mRNA)，可翻译成蛋白质。然后蛋白水解酶去除前导(L)肽序列(见Fig6.3)。
   轻链基因的V区由V、J片段组成，重链基因的V区由V、D和J三个片段组成(见Fig6.2)。为了转录一个完整的V区，V区基因片段(V和J或V、D和J)必须被“切割”，然后由负责DNA重组的酶连接在一起。例如，来自J段序列集合的一个J段与来自V段序列集合的一个V段组合以形成VL区域。类似地，一个V段、一个D段和一个J段被重新排列形成VH区域。首先将D和J片段连接起来，然后将V基因片段与D、J片段连接起来，创建一个完整的VH外显子(见Fig6.2)。因为有多个V、D和J基因片段(见Fig6.1)，可以创建许多不同、完整的可变区。例如，V1与J2结合的VL区，V6与J2结合形成的VL区具有不同的抗原特异性。
   淋巴细胞中参与体细胞重组的酶复合物称为V(D)J重组酶。这些酶负责重排过程中细胞DNA的切割和重新连接。其中有两种酶是重组激活基因RAG1和RAG2的产物，负责参与Ig基因体细胞重组的第一步切割。RAG-1和RAG-2酶仅存在于淋巴细胞中，这些酶的缺陷会导致淋巴细胞发育受阻(见Box7.1)。
   因此，B细胞联合2号染色体(κ轻链)或22号染色体(λ轻链)与14号染色体(重链)产生Ig。每个细胞都有2个基因分别继承于双亲；每个基因的一个拷贝需要被沉默：如果同时处理来自母系和父系基因的可变片段，B细胞可以产生两种不同的抗体特异性。双亲或母体基因沉默的过程被称为等位基因排斥。
                                          
 如第四章所述，两种类型的轻链是kappa(κ)和lambda(λ)。引发κ轻链合成的过程如Fig6.4中所示，并在下面描述。合成λ轻链的过程基本相同。
   在人类生殖系中的2号染色体的κ位点上发现了大约35个不同的 Vk 基因，每个 Vk 基因编码N端(κ可变区的95个氨基酸残基)。Vk区(即3‘)下游有5个Jk外显子。每个Jk片段编码κ可变区的第96到第108个氨基酸。在长内含子之后，κ位点终止于编码κ轻链恒定区的一个Ck外显子。
   为了合成κ轻链，处于B淋巴细胞早期的细胞(第14章)选择一个Vk外显子(如Vk3)，经过V(D)J重组酶的重排后，将其连接到一个J片段(如Jk2)。在本例中，将大约从V3的3‘端到J2的5’端中间的通过DNA循环将其切割出来，最终降解。然后重排的DNA转录产生一个初级RNA转录本(见Fig6.4)。该初级RNA转录本通过RNA剪接后形成成熟的mRNA，如Vk3、Jk2和Ck外显子一起产生成熟的mRNA。剪接去除了所有的中间序列(如J3、J4和J5)，从而允许RNA翻译成细胞内质网中的κ多肽链。λ链基因的过程与此相似，只是在人类22号染色体上发现了λ存在大约30Vλ和4个Jλ基因，每个Jλ基因都与不同的Cλ基因相关(见Fig6.1)，因此，在人类中可能存在四种不同的λ轻链亚型。
  
 在人类基因组14号染色体上的重链位点上，大约有50个VH，25个DH和6个JH基因片段存在(见Fig6.1)。多样性(D)片段和J片段一样，编码重链第三高变区(hv3)的氨基酸。术语“高变区”用于Ig和TCR多样性的讨论(第7章)。
   重链合成的机制(Fig6.5)与κ轻链的合成机制非常相似，不同的是VH外显子的组装需要三个片段而不是两个，并且重链位点中存在多个CH外显子。
   首先连接D和J片段，然后将V片段连接到组合的DJ片段形成完整的VH外显子。在重链RNA转录本的加工过程中，C区外显子被剪接到VH外显子上。
   如Fig6.5所示，存在多个不同的CH区域。任意给定的VH区都可以通过类转换的DNA重排过程与任何CH区一起表达。不同的CH区具有不同的生物(效应)功能。这允许更多的多样性，因为相同的抗原特异性(V区)可以与赋予不同效应器属性的CH区相关联，例如，穿过胎盘的能力或与不同细胞类型上的不同组分结晶型(Fc)受体结合的能力(见Fig4.7)。
                                          
 为了产生抗原受体多样性，B细胞采用如下所述的遗传机制：
   1.V、D和J基因片段有多个拷贝，例如大约有35个Vk基因片段。这就是所谓的种系多样性。
   2.VJ和VDJ基因片段以多种组合重组，称为组合多样性，例如，35个Vk和5个Jk片段可以形成175条(35×5)不同可变区的人κ轻链。
   3.基因片段之间形成连接。例如，V基因片段与重排的DJ基因片段的连接涉及DNA切割，随后是核苷酸的加减，以创建一个连接点(Table6.1)。这些事件的结果是，不同B细胞中连接点处可产生不同的编码序列，例如，通过酶末端脱氧核苷酸转移酶(TDT)随机添加核苷酸。不同序列会产生更大的抗体多样性，即连接多样性。如Fig6.6所示，假定结合位点上的氨基酸序列可以从-Ala-Arg-Asn-变为-Ala-Arg-Ile-，这是主要化学结构变化，只需在VH与 DH  JH片段的连接过程中删除一个核苷酸即可。
   4.轻链和重链可以有多种组合。原则上，任何重链都可以与任何轻链结合。因为这两条链都是抗原结合位点，所以这种随机排列的轻链和重链会产生不同的抗体特异性。例如，200个不同的轻链与2000个不同的重链随机结合，可能会产生420(4×105)个不同抗体。
   5.抗原刺激后可发生体细胞高突变。在组装了功能性抗体基因，B细胞对抗原产生反应后，另一种机制，称为体细胞高突变，在V区产生额外的多样性。这个机制的作用是以非常高的比率将点突变引入重链和轻链的V区。一些突变产生的抗体分子比“原始”抗体更适合抗原。这些新抗体以更高的亲和力结合抗原，表达它们的B细胞被优先选择成熟为浆细胞(第14章)。这种现象有时被称为个体中抗体分子群体的亲和成熟(affinity maturation)。
   当B细胞对持续感染有反应时，用酶联免疫吸附试验(ELISA)测定的抗体数量逐渐增加。在一定程度上随着时间的推移，产生更多的B细胞，进而分泌更多抗体。另外，由于发生了体细胞突变，产生的抗体的质量得到了提高，亲和力更高。感染被清除后，部分B细胞就会作为记忆B细胞存活下来。这些细胞来源于B细胞，由于亲和成熟，B细胞分泌了最佳的免疫球蛋白。
                                                                                  
 如第四章所述，人免疫球蛋白有五类，分别是IgM、IgD、IgG、IgE和IgA。这些Igs中的每一个都有CH基因(见Fig6.5)，相同的VH外显子可以重新排列，以便在免疫反应过程中的不同时间与不同的CH外显子相关联。例如，在对抗原的免疫反应早期，B细胞总是表达IgM，随后，在对同一抗原的反应，组装的V区可在IgG抗体中表达。这种变化涉及特定区域之间的DNA重组，称为切换区。使用不同的恒定区域可创建额外的多样性，因为不同的效应器功能与不同的C区域相关联。
   类别转换使B细胞能够根据特定情况定制抗体。例如，IgM是一种相当有用的抗体，用于治疗血液中的感染，但其高分子量阻止了它扩散到组织中。因此，B细胞在对组织感染(如脓肿)作出反应时，会发生类别转换，产生IgG。另一方面，免疫系统进化出IgA以应对粘膜表面(如肠道)的感染。B细胞会因肠道感染从IgM转变为IgA细胞，本章中的box描述了这些知识如何帮助诊断感染。
  
 B细胞能产生膜结合或分泌形式的Igs。膜结合型Ig在重链的末端有大约30个额外的氨基酸残基。这些残基中包括一段大约长度为25的疏水氨基酸，它们将Ig锚定在细胞膜上，在那里它可以作为受体发挥作用(见第11章)。这两种不同的形式在不同的CH外显子中编码，并且不同的RNA加工方式 (见Fig6.6)用于产生分泌型或膜结合型Igs。同样，这种RNA选择性加工以及多聚腺苷酸位点选择的调节机制还不完全清楚。可能与抗原结合和/或与T细胞相互作用产生的信号有关(第16章)。
  
 一位29岁的女性患者，有4周轻度发烧、体重减轻和黄疸病史。并且有与多个伴侣发生无保护措施性行为的历史，有一些自制纹身。除了明显的肝功能异常外，病毒学诊断结果可以帮助判断她黄疸的表现是否由急性乙型肝炎病毒感染引起。血液检查显示甲型肝炎和丙型肝炎病毒的抗体呈阴性，说明这些感染不太可能是她黄疸的原因。她的乙肝表面抗原(HBsAg)抗体呈阳性，但这可能与接种疫苗相关，但她不确定自己是否接种过疫苗。在这种情况下，另外两种情况可以排除这种可能性：
   1、HBsAg阳性。抗原，不是抗体，只有在乙肝感染后才能检测到，而不是在接种疫苗后。她的病毒DNA也呈阳性，只有在感染后才能出现。
   2.有抗乙肝核心抗原抗体(抗HBc)。疫苗中不存在乙肝核心抗原(Fig6.7A)，因此接种疫苗不会产生针对它的抗体。而乙肝病毒中存在血红蛋白，在感染后会产生针对它的抗体。可能诊断是我们病人黄疸的原因是乙型肝炎感染，慢性乙型肝炎感染者往往肝功能正常。这些人的免疫球蛋白G(IgG)抗HBc检测呈阳性。但该患者有IgM抗HBc，表明感染发生在过去的几周内(Fig6.7B，C和Table6.2)。所以诊断为急性乙型肝炎感染的可能性很大。
   病人在没有任何特殊治疗的情况下逐渐感觉好多了。她的HBsAg和病毒DNA测试呈阴性，表明她的身体正在控制感染。她的抗HBc种类从IgM转到了IgG，时间才能证明她是否会成为慢性携带者，以及她未来是否会出现更多与乙型肝炎感染相关的问题(见第23章)。

3. 2021-10-06第10章：抗原的处理和呈递

本章讨论抗原经过处理，进而形成抗原肽–MHC分子复合物，并将抗原呈递给αβ T细胞受体的过程。如上图所示，外源性抗原与内源性抗原的在细胞内的运输途径是不同的，本章中将重点描述MHC I类分子或II类分子介导的这些途径具有什么样的不同特性。
  
 正如前面讨论的那样，人体已经形成了非常有效的屏障阻止外来抗原(如细菌或病毒)进入而引发疾病。如果外来异物或抗原(如毒素)进入体内，固有免疫系统的防御屏障(如吞噬细胞)可能会在B或T细胞遇到抗原之前将其摧毁，并引发适应性免疫反应。很少有外来抗原能在固有免疫的宿主防御系统中完好无损地存活。如果有，仅需要极少数的B或T细胞抗原受体参与就能启动保护性适应性免疫反应。
  
 B细胞抗原受体可与入侵的微生物直接相互作用，但αβ TCRs只能识别“处理过的”抗原肽。此外，αβ TCR对外来抗原的识别只有在外来抗原附着在其他细胞的表面时才能完成。(抗原提呈细胞APCs或靶细胞；Fig 10.1)
                                          
 APC包括巨噬细胞、B细胞和各种树突状细胞(第2、12和20章)。树突状细胞是APCs中的作用卓越的专职抗原提呈细胞 (BOX 10.1；见第12章和第20章)。这些APCs在吞噬、处理和呈递细胞外抗原方面非常有效，通常与共刺激分子一起完成免疫激活过程。抗原肽在APCs中与MHC II类分子结合后呈递给T细胞(第8章)。
   靶细胞是细胞内感染了病原体的任意有核细胞，恶性细胞也可能成为靶细胞。来自细胞内病原体或肿瘤的抗原（内源性抗原）被加工成多肽，然后与MHC I类分子结合后呈递给T细胞。
  
 T淋巴细胞对抗原的识别是MHC限制性的。T淋巴细胞的主要亚群，辅助性T细胞(CD4+)和细胞毒性T淋巴细胞(CD8+)具有不同的MHC限制性。CD4+T细胞与APC的相互作用是MHC II类分子限制性的，CD8+T细胞与靶细胞的相互作用是MHC I类分子限制性的(第7、8和15章)。抗原转变成合适长度的多肽并与自身MHC分子结合的过程就称为抗原处理。
  
 细胞胞质中产生的抗原肽，例如在胞质中复制的病毒和细菌，与I类MHC分子结合，呈递给CD8+T细胞(第7章)。内体中产生的抗原肽是由细胞外抗原（如毒素）的内吞摄取产生的，或由内体捕获的微生物（如巨噬细胞吞噬某些细菌）后产生的，可与II类MHC分子结合，进而呈递给CD4+T细胞。这意味着CD8+T细胞可以监测细胞内环境，而CD4+T细胞可以监测细胞外环境。
  
 抗原所经过的细胞内处理途径是决定抗原通过I类还是II类MHC分子呈递的主要因素，而不是由抗原本身的任何特殊性质决定的。
  
 胞外或外源性抗原可能是胞外蛋白，如蛋白质疫苗，也可能是病原体被摄取到内吞体后消化产生的蛋白。这些抗原被加工后最终与MHC II类分子结合呈递给CD4+T淋巴细胞(Fig 10.2A)。首先，它们必须由APC内化。可溶性抗原被完整地内吞。病原体通过特殊的吞噬过程内化(第21章)，通过这一过程它们进入内体途径。有些生物已经进化到可以在内体中生存，如结核分枝杆菌。这些生物位于细胞内，但在某种意义上仍然是细胞外的，因为它们不存在于胞浆中。
  
 随后，含有抗原的内体会酸化并与溶酶体融合(见Fig 10.2)，然后被细胞蛋白酶降解为不同大小的多肽，最终降解为氨基酸。在这个过程中，产生的肽段(9到30+个氨基酸残基)可以与MHC II类分子结合。
  
 APC还在内质网中合成新MHC II类分子。这些分子通过高尔基体，最终成为囊泡的一部分，囊泡从高尔基体脱离，并可与含有自胞外或囊泡来源的抗原肽的内体泡融合。从内质网到高尔基体的途径中，MHC II类分子的空结合位点受到恒定链分子的“保护”，使其不能与其他多肽(如自身多肽)结合。在内体的酸性环境中，这种保护通过蛋白水解作用被消除，而内体中任何合适的肽都可与II类分子结合位点结合。含有被“占据”（结合了抗原）的MHC II类分子的内体随后被送入外泌体途径，并与细胞膜融合。通过这种方式，外来抗原可以被呈递给对应的TCR，并诱导相应的T细胞进行增殖(见Fig 10.2A)。
                                          
 细胞内或内源性抗原，如病毒蛋白，由“靶细胞”处理，最终在MHC I类分子上呈递给CD8+T细胞(细胞毒性T淋巴细胞，见Fig 10.2B)。在这种情况下，外源性抗原多肽是在细胞质中产生的。如在病毒感染细胞的细胞质中合成和组装的病毒蛋白，可能通过细胞中的蛋白降解通路进行分解。在Fig 10.2B中，病毒蛋白正在胞浆中合成。细胞降解机制如蛋白酶体途径，可能对病毒蛋白分子进行切割，直到形成8到11个残基的多肽；这种长度的多肽能够与MHC I类分子结合。许多肽段进一步降解，使它们变得没有免疫原性。然而，一些进入了内质网的合适长度的多肽就可以与MHC I类分子结合。
  
 细胞中含有各种各样的蛋白酶体，这些蛋白酶体不断地循环降解利用细胞蛋白。负责降解病原体蛋白的蛋白酶体成分的编码基因位于MHC大型多功能蛋白酶(LMP)基因中(见Fig 8.1)。在感染过程中，细胞因子干扰素γ被释放，可增加LMP的转录，因此，在感染期间，病原体的蛋白质分解是增加的。
  
 多肽由抗原递呈相关转运蛋白(TAP)的双链分子携带进入内质网，它允许多肽穿过内质网的双层膜结构，并结合在内质网合成的新生MHC I类分子的多肽结合槽中。这些小抗原肽的结合对于MHC I类分子最后阶段的组装至关重要。在没有肽的情况下，I类分子不能正确折叠，无法转运到细胞表面。MHC I类分子在高尔基体中完成生物合成，并通过胞外途径移动到胞膜。在高尔基体与胞膜融合后，抗原肽-MHC I类分子复合物可与带有能结合这种MHC-抗原复合体的受体的T淋巴细胞(CD8+或细胞毒性T淋巴细胞)相互作用。
  
 值得注意的是，如Fig 10.2所示，抗原与MHC I类或II类分子结合的可能性完全由其通过细胞转运的途径决定，并非由抗原的某些特殊性质决定。这种抗原处理方式也解释了为什么多糖、脂类和核酸不能被αβ T细胞识别；因为它们没有经过加工处理使其可以结合到MHC分子的结合槽中。
  
 细胞胞浆来源和内体来源的抗原，分别与MHC I类或II类分子相结合，导致不同T细胞亚群的激活(Fig 10.3和TABLE 10.1)。通过MHC II类分子提呈的细胞外抗原可激活CD4+T细胞。CD4+T细胞是辅助性的，例如，CD4+T细胞可通过激活巨噬细胞或刺激B细胞产生抗体来提供帮助(见Fig  10.3A)。在某些情况下，CD4+T细胞为携带抗原的细胞提供帮助。在某些情况下，MHC I类分子/胞内抗原复合物可激活CD8+T细胞，形成可抑制感染的细胞毒性T淋巴细胞。如果不成功，CD8+T细胞将通过诱导细胞凋亡或细胞裂解来杀死靶细胞。
                                                                                                                          
 如果病原体可以避免抗原肽被MHC分子识别，他们就能够避免被适应性免疫系统检测到。因此，许多病原体能够干扰抗原处理的过程。例如，结核分枝杆菌已经获得了抑制吞噬小体-溶酶体融合的能力。这抑制了它们接触溶酶体蛋白酶，减少了分枝杆菌多肽与MHC分子结合呈递到细胞表面的可能性。在病毒中，已发现有几种病毒可通过干扰与MHC I类分子的结合来干扰抗原处理过程。例如，单纯疱疹病毒(HSV)可与TAP结合，从而抑制多肽进入内质网，导致可与MHC I类分子结合的HSV多肽变少。某些腺病毒株表达一种抑制I类MHC分子转录的蛋白，从而减少了向CD8+淋巴细胞呈递腺病毒多肽的MHC I类分子数量。
  
 已经发现的一些病原体逃避宿主防御系统检测的方式反映了宿主和微生物之间的动态交互，因为两者都试图生存或繁衍。同样，医学研究也正利用对抗原呈递过程的了解，为病原体介导的疾病开发更好的疗法(BOX 10.2)。
  
 树突状细胞(DC)构成了一个对免疫应答，特别是T细胞介导免疫至关重要的细胞系统。DC可比其他类型细胞更有效地呈递抗原给T细胞。经典DC(cDCs)和浆细胞样DC(pDCs)是DC的两种亚型。为了成为好的抗原提呈者，DC经历了以下适应性的调整：
  
 1.DC具有广泛的不断形成和收缩的“树突”(见Fig2.5)。这增加了对细胞外抗原进行摄取以及与T细胞接触的表面积。
  
 2.DC具有运动性，它们从骨髓迁移到周围组织，在那里获取细胞外抗原。DC利用Toll样受体检测感染。发现感染时，DC会从外周器官迁移到淋巴器官，特别是器官的T细胞区域，比如淋巴结。
  
 3.DC表达非常高水平的主要组织相容性复合体(MHC)II类，这有助于它们向CD4+T细胞呈递抗原。
  
 4.DC可分泌细胞因子，如cDCs分泌白介素12(IL-12)激活T细胞的T-helper 1亚群(TH1)。pDC分泌干扰素-α，具有抗病毒作用。
  
 DC作为抗原提呈细胞的重要性促使了相关临床研究的发展，以探索它们在肿瘤抗原疫苗中的应用。例如，荷载了肿瘤抗原的DC在临床试验中用于治疗黑色素瘤患者。
  
 内质网膜上发现的肽转运蛋白TAP由两个基因TAP-1和TAP-2进行编码，它们位于MHC II类区域。转运蛋白是两种蛋白质TAP-1和TAP-2的异源二聚体。一些罕见的突变可改变TAP的功能，阻止多肽有效地进入内质网腔。在没有多肽抗原的情况下，MHC I类分子是不稳定的，只有一小部分可通过胞外途径运输到细胞表面，从而导致MHC I类分子的表达减少，也干扰了细胞毒性T淋巴细胞的形成。
  
 在携带TAP-1或TAP-2突变的人类中，可以观察到慢性上呼吸道感染。这些患者的体液免疫是完整的，细胞免疫的某些方面也是正常的，如患者的CD4+T细胞可以对抗原做出反应。然而，缺乏I类MHC分子的表达导致细胞毒性T淋巴细胞数量的减少,难以对某些呼吸道病毒产生适当的免疫反应。
  
 大多数疫苗存在这样的局限性，除非疫苗中包含活的有机体，否则抗原被注射到细胞外空间，这意味着不会出现MHC I类分子的抗原提呈，CD8+T细胞也不会激活。DNA疫苗是标准疫苗技术的替代品，由互补DNA (cDNA)序列组成，编码可以激活保护性免疫反应的蛋白抗原(如病毒蛋白或肿瘤抗原)。“基因枪”被用来将DNA注射到皮下组织的细胞中，cDNA被转录和翻译，蛋白质分子最终被分解成抗原肽。一些肽进入内质网，并与MHC I类分子结合。在转运到细胞表面后，T细胞可在APC表面检测到它们。目前DNA疫苗疗法正在进行评估，以寻找针对HIV的新疗法。早期的研究结果表明，这种方法可以对某些抗原产生强烈而持久的免疫反应。此外，由于编码cDNA的蛋白质在胞浆中合成，这可提供一种将抗原引入细胞内进行处理的途径，从而引发I类MHC分子的呈递，激发CTL反应。标准的疫苗方法，如肌肉注射蛋白质疫苗，将导致蛋白质被引入内吞/II类途径，最终呈递给CD4+T细胞，并有可能刺激产生抗体反应。
  
 此外，可以产生其他免疫系统增强剂如细胞因子的cDNAs构建起来也相对容易，将产生这些细胞因子的cDNAs与可产生抗原蛋白的cDNAs的联合起来使用可能是一种不错的疗法，在未来有可能广泛推广应用。DNA疫苗正在进入乳腺癌、结肠癌和前列腺癌患者的临床试验，其他肿瘤相关的DNA疫苗无疑也将紧随其后。

4. 如图所示为抗体及其与之相结合的抗原分子，据图分析错误的是（　　）A．抗体能与抗原特斤性结合，且一种

A、据图可知，一种抗原表面可能有多个抗原决定簇，即抗体结合位点，可与多种抗体相结合，A正确；B、从图示抗体结构可知，不同抗体之间的差异是抗原结合位点不同，B正确；C、一种B细胞只能增殖分化为一种浆细胞，这些浆细胞分泌一种抗体，C错误；D、据图示抗体结构可知，它由4条肽链构成，四条肽链之间由三个二硫键连接，D正确．故选：C．

5. 抗体与抗原的结合是特异性的，一种抗体只能清除相应的抗原．______（判断对错

抗原，是指抗原物质进入人体后，刺激淋巴细胞产生一种抵抗该抗原物质的特殊蛋白质即抗体，引起淋巴细胞产生抗体的抗原物质就是抗原．抗原包括进入人体的微生物等病原体、异物、异体器官等．不仅仅是指侵入人体的病原体．抗体是指病原体侵入人体后，刺激淋巴细胞产生一种抵抗该病原体的特殊蛋白质，可与相应抗原发生特异性结合的免疫球蛋白．主要分布在血清中，也分布于组织液及外分泌液中，抗体具有专一性，一种抗体只能与一种特定的抗原结合，故题干说法正确正确．故答案为：√

6. 下图所示为抗体及其与之相结合的抗原分子,据图分析错误的是

这道题选C。
A正确，一种抗原同时被A、B、C3种抗体结合；
B根据图上的信息来说是正确的，正因为抗原结合位点不同，所以A、B、C三种抗体才和不同的抗原决定簇结合着。
顺带一句，B的观点如果脱离了这道题的图就是错误的。这个说法从我的知识角度来说是不对的，你上大学如果学了免疫学之后你就知道了；
C明显错误，一种抗原可能刺激B淋巴细胞分化成多种浆细胞，但每一种浆细胞只分泌一种特定的抗体。
D正确，图上很明显。
综上，C的错误很明显。

7. 免疫学笔记第03篇-抗原呈递

这是《How the immune system works 6th》（中文名是《免疫学概览》）读书笔记的第3篇，主要内容是抗原呈递。
  
 在上一篇笔记中我们知道，T细胞不能直接识别抗原，它只能识别由其它免疫细胞呈递而来的抗原，这个参与呈递的蛋白复合物就是 主要组织相容性复合物 ( major histocompatibility complex ,  MHC )。MHC呈递抗原后，T细胞通过其TCR来识别这些呈递的抗原。
  
 再回到MHC，MHC的英语全称中有个 histo ，这个前缀的意思就是 组织 ，为什么叫 主要组织相容性复合物 呢，因此它除了呈递抗原外，还参与移植器官的 排斥，当我们在新闻上听到器官移植需要 配型 时，这个 配型 的本质就是匹配捐献者与患者的MHC（注：其实MHC最初就是由于皮肤移植而发现的，1980年的诺贝尔奖就是颁给了MHC研究）。
  
 我们人体内主要有两类MHC分子，即MHC I和MHC II。其中MHC I在体内多数的细胞表面都会或多或少地存在。MHC I的功能就像是一个广告牌，它会向CTL展示某个细胞内部正在发生的事情。例如，当某个人类细胞被病毒感染时，病毒的一些蛋白碎片（其实就是 肽段 ， pepties ）就被加载到MHC I上，然后转移到被感染的细胞表面，当CTL看到了这些片段时，CTL就会知道这个细胞被感染了，然后杀死这些感染细胞。
  
 MHC II同样也发挥了广告牌的作用。不过它并不向CTL展示信息，而是向辅助性T细胞展示信息。MHC II并非表达在所有细胞表面，仅表达在一小部分细胞表面，这些细胞就是 抗原呈递细胞 ，即 antigen presenting cells ， APC ，例如巨噬细胞，树突细胞。当机体出现细菌入侵时，巨噬细胞就会吞掉这些细菌，随后巨噬细胞就会消化这些细菌，将细菌的一些肽段加载到MHC II上，然后将MHC II运输到细胞表面，辅助性T细胞就使用它的TCR来扫描MHC II上的这些信息，这样它就知道了我们人体正在遭受细菌入侵这个事件。
  
 因此，我们就知道，MHC I是告诉CTL细节自身被感染了，而MHC II则是向APC发出信息，说明细胞外部现在发生着一些坏事。（注：这里我的理解就是，当一个细胞自己被感染后，细胞自己的MHC I会向CTL说，我被感染了，这是一个被动的过程。而MHC II的作用就是，当APC，例如巨噬细胞发现体内有细菌时，巨噬细胞息会跑过去吞掉这些细菌，然后将细菌的一些信息告诉辅助性T细胞。）
  
 MHC I是由一条长链（重链）与一条短链(β2-microglobulin)构成，而MHC II是由两条长链构成（即α链和β链），这两个分子在外观上很相似，如下所示：
                                          
 MHC结构比较复杂，我们很难来描述它们的实际形状，具体的可以看其它的免疫学书，例如《Janeway's immunobiology》。但是我们可以用日常的一些东西做个类比，现在我们以T细胞的角度来看一下MHC的结构，我们用一个空面包来表示MHC，如下所示：
                                          
 现在我们看一下加载了肽段的MHC I分子，我们使用烤肠作为肽段，如下所示：
                                          
 上面的这个结构是MHC I类分子，因为MHC I类分子的两端是闭合的，一个肽段恰好位于其中央，MHC I里面含有的肽段序列应该是9个氨基酸序列才正好合成，而MHC II两侧是开放的，它结合的肽段会长一些，约为20个氨基酸序列，如下所示，肽段在MHC II分子两侧突出来了：
                                          
 B细胞和T细胞统一被称为 淋巴细胞 ( lymphocytes )，它们是对抗病原体的强大武器，因此在它们发挥功能之前，必须要先被激活，淋巴细胞是如何被激活的是免疫领域研究的一个重要方向，这里我们先介绍一下辅助性T细胞是如何被激活的。
  
 第一步，激活辅助性T细胞需要MHC II分子在抗原呈递细胞表面呈递同源抗原（例如某个细菌蛋白的肽段）。
  
 第二，需要一个第二信号，这个第二信号没有特异性（对于任何抗原来说，这个第二信号都是一样的），以下图来说明就是，这个第二信号是B7分子，它会插入到辅助性T细胞表面的CD28分子里，如下所示：
                                          
 辅助性T细胞的这种活化系统就是双信号系统，我们可以理解为打开保险箱的过程，例如，你自己在银行里有一个保险箱（有一些银行会提供保险箱业务，你可以在这些保险箱里放贵重的东西），此时你自己有一把钥匙，这个钥匙是专门针对你自己的保险箱的，当你要去取东西的时候，银行的工作人员还你第二把非特定的密钥，这个密钥是针对所有的保险箱的。只有当这两把钥匙同时插入到你的保险箱时，你才能打开你的保险箱。为什么辅助性T细胞和适应性免疫系统中的其它细胞需要这两种信号才能活化呢，这是因为出于安全考虑，这些细胞的功能过于强大，必须在适当的时间和地点才能被激活。
  
 一旦辅助性T细胞被双信号系统激活，那么它就会增殖，生成许多克隆，这些克隆能识别相同的抗原。这些细胞成熟后会释放许多细胞因子，引导免疫系统的活动。另外，B细胞和CLT的激活也需要双信号系统，在后边的笔记中我们会详细说明这个系统。
  
 现在我们考虑一个问题，当我们的机体受到病原体攻击时，免疫系统是如何活化的？
  
 毕竟我们人体相对于淋巴细胞来说非常大，针对一个特定的病原体，大概也就只有100到1000个T细胞的TCR能识别这个病原体，这些T细胞如果想要被激活，那么T细胞必须能够与那些看到了这个特定病原体的抗原呈递细胞接触（因为T细胞无法直接识别病原体，只能由抗原呈递细胞呈递病原体的肽段后，才能激活T细胞）才行。由于这些T细胞和APC分布于人体的广阔空间里，它们似乎不太可能在病原体大规模暴发之前师以APC，这是一个问题。
  
 不过幸运的是，免疫系统的独特结构能够让T细胞和APC相遇，这种相遇的地方就是 次级淋巴器官 ( secondary lymphoid organs )，其中最著名的次级淋巴器官是 淋巴结 ( lymph node )（其它的次级淋巴器官还包括黏膜系统，脾脏等）。
  
 这里再讲一下什么是 淋巴系统 ( lymphatic system )。
  
 打个比方，假如说在你家里有两套管道系统（注：这本书是美国人写的，不一定适合于中国的具体情况），第一套是自来水系统，这是一个加压系统，压力是由泵提供的（这个其实类似于心血管系统）；第二套是卫浴系统，这个系统包括水槽，排水管，淋浴等，这套系统没有压力，水只能顺着排水管流出来，然后流到下水道（这个类似于淋巴系统）。这两个系统在某种程度上是相连的，最终废水都能被回收，并再次利用。
  
 人体的系统也类似于上述的这两个系统，心血管系统是由心脏加压的，把血液运输到全身各处。淋巴系统没有压力，它把从我们的血管中渗出来的液体（淋巴液）排入我们的组织，如果没有这个系统，我们就会水肿。淋巴液在我们的下半身被收到到淋巴管中，在肌肉收缩的影响下，通过一系列单向瓣膜输送到上半身。这些淋巴加上来自上半身左侧的淋巴，被收集到胸腔导管中，并被清空进入左侧锁骨下静脉，再循环回到血液中。同样，来自上身右侧的淋巴液被收集到右淋巴管中，并被排入右锁骨下静脉。从下图中，我们可以看到，当淋巴卷回头送回来与血液重新结合时，它会通过一系列的中继站，这些中继站就是淋巴结，如下所示：
                                          
 我们人体约有500个淋巴结，大小不一，它们像“链”一样被淋巴管连接起来。病原体，例如细菌和病毒被会被淋巴液携带到附近的淋巴结，而那些在组织中已经摄取了外源抗原的APC也会经常跑到淋巴结来执行抗原呈递任务。同时，B细胞和T细胞也会经常从一个淋巴结跑到另外一个淋巴结（这里要提一下，在看很多研究T细胞的文献时，我们经常会看到从小鼠的淋巴结中分离T细胞的实验，这就是因为淋巴结处有很多T细胞）。因此，我们就明白了，淋巴结其实就是发挥了一个类似于茶馆，酒吧的作用，将各色人物都会汇集于此，其中就包括T细胞，B细胞，APC等，这样就方便了互相的沟通和激活。因此，淋巴结这样一个小小的场所就极大地增强了淋巴细胞与抗原呈递细胞相遇的概率，能够非常有效地激活适应性免疫系统。
  
 当B细胞和T细胞经过激活和增殖后，会生成大量相同的细胞，这些细胞战胜病原体后，多数都会死亡，这是一件好事，因为没了病原体后，我们机体并不需要那么多相同的淋巴细胞。但另外一方面，我们的免疫系统还会保留一部分经历过战斗的细胞，从而应付日后那些相同的病原体卷土重来。这些保留的淋巴细胞就是 记忆细胞 ( memory cells )。
  
 与原始的淋巴细胞相比，这些记忆细胞有这些特点：
  
 第一，与那些原始的，没有经验的B细胞和T细胞相比，记忆细胞的数量相对较多。
  
 第二，记忆细胞更容易被激活。
  
 记忆细胞的功能就在于，当我们机体第二次遇到相同的病原体时，适应性免疫系统会在短时间内被激活，快速投入战斗。
  
 BCR和TCR的多样性在识别病原体方面有着重要作用，不过这种多样性有可能也会识别我们自身的一些分子（例如个别BCR和TCR可能会识别像胰岛素这样的蛋白）。如果真是这样，那么免疫系统就有可能攻击我们自身，我们就有可能死于自身免疫性疾病。但这毕竟是少数情况， B细胞和T细胞成熟过程中，它们会经过筛选，从而避免发生这样的事件。虽然免疫学家们现在还没有搞清楚诱发自身免疫性疾病的一些细节，但是B细胞和T细胞的这种筛选机制毕竟还是足够严格的，因为自身免疫性疾病还是相对较少的。
  
 现在我们描述一个日常中的案例来说明天然免疫系统和敏度性免疫系统的配合作用。
  
 假设你丢了一双鞋，你要找一个制鞋店订做鞋子，此时鞋店告诉你，订做可以，但是要等一周才能取货。不过你现在急需一双鞋子穿，怎么办，此时你就先买一双其他的鞋子应急，直到鞋店为你订做的新鞋子完成。
  
 这个场景就类似于天然免疫和适应性免疫的工作方式。天然免疫的成员时刻准备地投入战斗，它们能够应付日常中遇到的较小的攻击，实际上，在多数情况下，就凭天然免疫如此高的效率和速度，以致于根本不用动员适应性免疫发挥作用。而在个别情况下，当天然免疫无法应对病原体的入侵时，此时就需要调动适应性免疫系统。但是调动后者需要时间，因为B细胞和T细胞必须要花费一定时间通过克隆选择和增殖才能发挥作用（这也是使用小鼠感染模型来研究天然免疫系统和适应性免疫系统的时间点不同的原理，前者一般是三天，后者至少是七天）。
  
 起初，免疫学家认为天然免疫仅仅是提供快速地防御，但现在发现，实际情况似乎远非如此。BCR和TCR的多样性可以使得适应性免疫系统可以识别任何蛋白分子。但是，适应性免疫系统却无法知道这些分子中哪些是好的，哪些是坏的。那么它们是如何识别的呢？这就依赖于天然免疫系统的判断了。
  
 天然免疫的受体受到严密地调控，它们能识别我们遇到各种病原体，例如病毒，细菌，真菌和寄生虫。此外，天然免疫系统还能检测那些能够杀死人类细胞的不太常见的病原体，其结果就是，天然免疫系统负责评估危险，并激活适应性免疫系统。从实际意义上来讲，天然免疫会给予适应性免疫系统以“许可”，允许后者是否应付病原体的入侵，实际情况可能比这个还要复杂。天然免疫其实是要收集关于病原体的所有信息，并制定一个作战计划，这个作战计划首先传递给适应性免疫系统，告诉适应性免疫系统要动员哪些武器（例如B细胞还是CTL），以及这些武器如何精确地部署。因此，我们如果认为辅助性T细胞是适应性免疫系统团队中的四分卫（注：原文中用的就是四分卫，英文是Quarterback，是美式橄榄球一个战术位置，通常是临场指挥的领袖，大部分的进攻由他发动，并有责任在大部分的进攻前发出暗号），那么天然免疫系统就是教练，因为天然免疫系统会侦察对手，并制订作战计划，以及将计划传递给四分卫。
  
 这是《How the immune system works 6th》（中文名是《免疫学概览》）第1章的最后一篇笔记，第1章主要就是大概介绍了一下免疫系统的成员，后面的章节中会详细地介绍它们的功能。第二章的题目是《The Innate Immune System》，即天然免疫系统。