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T淋巴细胞识别由主要组织相容性复合物(MHC)Ⅰ或Ⅱ类分子递呈的抗原肽片段。对于MHC-Ⅰ类分子而言,经典的抗原递呈理论认为胞浆内合成的蛋白质抗原在胞浆中蛋白酶体的作用下被裂解为小的肽段,随后在抗原加工相关转运体(TAP)的作用进入内质网(ER),与其中的MHC-Ⅰ类分子相结合,并形成稳定的MHC-I-肽复合物,然后从ER转运到高尔基体和细胞膜表面,供CD8+T细胞识别。而外源性抗原经胞吞或胞饮作用进入抗原递呈细胞(APC)的内体系统,被其中的酸敏蛋白酶降解,然后与位于晚期内体和溶酶体样结构中的MHC-Ⅱ类分子相结合,并由其递呈给CD4+T细胞。
然而,26年前在器官移植中发现,宿主的抗原递呈细胞可以激发宿主对供者细胞次要组织相容性抗原的免疫应答,这一现象现被称为交叉递呈。大量研究表明,多种抗原均可经此途径引起CD8+T细胞的免疫应答。交叉递呈在清除不能感染APC的病毒、自身MHC-Ⅰ类分子下调的肿瘤组织以及维持外周耐受方面都发挥着重要作用,因此,阐明交叉递呈的细胞和分子机制是十分必要的。可为临床疾病的治疗及疫苗设计提供新思路。
对于交叉递呈的胞内途径一直以来有两种认识。其中之一认为外源性抗原进入内吞囊泡后依靠特殊的转运机制或者内吞囊泡膜的破裂而释放其中的抗原到胞浆中,然后沿着经典的MHC-Ⅰ类途径被递呈给CD8+T细胞。另一种观点认为交叉递呈发生于内体系统中,抗原被其中酸敏的蛋白酶体水解,和由细胞膜上循环而至的MHC-Ⅰ类分子相结合,随后被转运到细胞表面。最近,有文献报道在外源性抗原的交叉递呈过程中,ER可以和吞噬体相互融合,后者从ER中获得MHC-Ⅰ类递呈途径所需要的各种分子。这一模型的提出为交叉递呈的研究提供了新思路。
关于交叉递呈中MHC-Ⅰ类分子及其和抗原肽形成复合物后的转运途径还不明确,上述模型也多是从生化角度加以论证。有研究表明部分病毒以及肿瘤组织之所以不能被机体免疫系统有效识别,就是因为其干扰了胞内MHC-Ⅰ类分子至胞膜的转运,而并非以前认为的抑制MHC-Ⅰ类分子的合成。因此,明确MHC-Ⅰ类分子在交叉递呈过程的转运途径对于阐明交叉递呈的分子机制有着重要意义。
本研究就交叉递呈中MHC-Ⅰ类分子的转运问题做了初步尝试,结合本实验室的条件和技术,主要进行了以下几部分的工作:
1、小鼠Kb分子和EGFP融合表达载体的构建和表达
(1)小鼠Kb分子重链全长cDNA的克隆及Kb-EGFP融合表达载体pKE的构建:采用RT-PCR技术扩增出小鼠Kb分子重链全长的cDNA序列,连入T载体,经测序后证实了其序列的正确性。随后将Kb分子切下,定向克隆入pEGFP-N1真核表达载体,转化大肠杆菌后挑选出正确的重组子,经酶切鉴定后证实构建成功。
(2)pLKESN逆转录病毒载体的构建和表达:将Kb-EGFP段从质粒pKE上切下,定向克隆入pLXSN逆转录病毒载体,并经酶切鉴定证实。将重组逆转录病毒载体转染小鼠巨噬细胞株RAW246.7,在荧光显微镜下观察了Kb分子在胞内的表达。为从细胞水平研究MHC-Ⅰ类分子奠定了基础。
2、重组Kb分子的胞内定位和与野生型MHC-Ⅰ类分子的关系
(1)重组Kb分子的胞内定位:分别使用ER和溶酶体特异性染料,于激光共聚焦显微镜下观察,证实KE分子在两者中均有分布;使用抗ER表面标记Calnexin和溶酶体样结构内吞囊泡表面标记LAMP-1的单克隆抗体,进一步证实KE分子在两种结构中均有分布。
(2)KE分子与野生型MHC-Ⅰ类分子的关系:利用激光共聚焦显微镜和流式细胞仪技术,观察了KE分子和野生型MHC-Ⅰ类分子在胞内定位以及胞膜上的表达,结果基本一致,同时以噬菌体颗粒作为模式抗原,在胞内观察到有MHC-I-肽复合物的形成,证实KE分子具备交叉递呈功能。综合起来,说明KE分子和野生型MHC-Ⅰ类分子的理化性质及生物学功能基本一致,可以替代野生型MHC-Ⅰ类分子作为研究对象。
3、KE分子交叉递呈功能的初步研究
(1)KE分子在胞内的动力学初步研究:使用FRAP(fluorescenceofrecoveryafterphotobleaching)和FLIP(fluorescencelossinphotobleaching)技术来观察KE分子在ER和溶酶体中的动态分布,证实KE分子可从ER到内溶酶体,而反之则不易。同时发现吞噬溶酶体特异性染料后,KE分子可被迅速招募到溶酶体中。
(2)以直径3μm的乳胶颗粒作为模式抗原,发现KE分子在交叉递呈中从ER被招募到吞噬颗粒周围。
(3)用BFA阻断ER中的MHC-Ⅰ类分子向高尔基体和胞膜的转运后,发现胞内仍有MHC-I-肽复合物的形成,并不影响KE分子参与交叉递呈。
综上,本实验利用荧光标记小鼠的MHC-Ⅰ类分子,首次在巨噬细胞中使其表达,并动态观察到交叉递呈过程中MHC-Ⅰ类分子从ER被招募到吞噬颗粒附近,且胞内复合物的形成不受BFA预先处理的影响,说明参与颗粒性抗原交叉递呈的MHC-Ⅰ类可来自ER。