国外医学分子生物学分册1999年第21卷第5期

郝友华综述 吴雄文 龚非力审阅

同济医科大学免疫学教研室（武汉，430030）

摘要 MHC-Ⅰ类分子限制性抗原提呈在细胞免疫应答中占有着重要地位，对其抗原呈递机制的研究一直是基础免疫学研究的热点。MHC-Ⅰ类分子限制性抗原呈递过程十分复杂，涉及到许多蛋白分子间的相互作用，一些伴侣分子如钙连接蛋白、钙网蛋白等在其中也起着重要作用。本文从抗原多肽的处理、转运及其MHC-Ⅰ类分子-多肽复合物的分泌表达等3个方面概述了当前对其机制研究的新进展。

关键词 MHC-Ⅰ类分子；抗原呈递

MHC-Ⅰ类分子分布在有核细胞的表面，它提呈抗原给CD8⁺T细胞，是启动细胞免疫应答的关键。MHC-Ⅰ类分子属跨膜糖蛋白，其重链（α链）分子量为45kD，有3个胞外区a1、a2、a3，轻链（β2m）与a3以非共介键结合。MHC-Ⅰ类分子与经蛋白酶降解处理后的抗原多肽在内质网（ER）中装配成MHC-Ⅰ类分子-多肽复合物并表达于细胞表面供CD8⁺T细胞识别。此过程可被分成3个步骤。

1 抗原的降解处理

胞质中对抗原蛋白的降解过程是一具有高度特异性且被精确调控的过程，这可避免正常自身蛋白被非特异性破坏。当抗原进入机体后，宿主细胞首先要识别抗原，然后才被蛋白酶（主要是蛋白酶体）降解为适合肽相关转运蛋白（TAP）转运和适合于与MHC-Ⅰ类分子结合的抗原多肽。由于MHC-Ⅰ类分子的多态性以及不同MHC-Ⅰ类分子r所结合的多肽类型的明显不同。因而，对抗原蛋白的降解作用实际上是使之满足与MHC-Ⅰ类分子结合的要求。

1.1 抗原蛋白在胞质中被识别

抗原蛋白如何进入蛋白降解途径仍不清楚，但已知其可受许多因素的影响：①蛋白质中氨基酸特异性序列的影响：如有些蛋白质因含有PEST序列（脯氨酸-谷氨酸-丝氨酸-苏氨酸）而被很快降解^[1]。②蛋白质的N端氨基酸的性质的影响：如有些蛋白质可通过赖氨酸残基与泛素结合而被降解，此过程受E1、E2、E3等3种酶的调节。结合有泛素的蛋白质还可与其它泛素分子结合形成泛素链，其作用可能是使靶蛋白不能折叠并作为蛋白酶体的识别成分。靶蛋白一旦与泛素结合就很快被降解，其过程不很清楚^[2]。目前对泛素在MHC-Ⅰ类分子抗原提呈中的作用仍有争议，但有一点是肯定的：它虽不参与所有MHC-Ⅰ类分子限制性抗原提呈，但在一些抗原提呈过程中却发挥重要的作用^[3]。③蛋白质N端氨基酸的稳定性：Townsend等首先证实了肽的N端氨基酸稳定性与多肽被降和呈递有关^[4]。后来，Grant等通过改变流感病毒核蛋白N端氨基酸稳定性发现：破坏N端稳定性可增强抗原提呈作用，反之，则减弱抗原呈递^[5]。此外，可能还有其它不明因素影响蛋白质降解过程。

1.2 蛋白酶体及其它蛋白酶对抗原蛋白的处理

Rock等首先证实了蛋白酶体在大多数内源性胞浆蛋白降解中起重要作用^[6]。蛋白酶体（proteasome）是具有多种催化功能的蛋白酶（protease），含有一个20s核粒，该核粒具有蛋白水解作用，可以ATP非依赖方式降解蛋白质。但大多数内源性蛋白质降解主要是由一个更大的26s蛋白酶体所介导。26s蛋白酶体包括一个20s核粒和一些辅助分子。现已弄清了热质嗜酸菌（T.aciophilum）蛋白酶体的结构：它量一个四环结构，每个环由7个α型或β型亚单位组成，环的排列顺序为α₇β₇β₇α₇。蛋白酶体的活化位点位于核粒内，提示被降解的蛋白质只有进入蛋白酶体才能被降解，从而避免了周围正常自身蛋白被降解^[7]。高等真核生物的蛋白酶体也具有类似结构，但更复杂^[3]。蛋白酶体的作用LMP2和LMP7等亚单位及PA28、PA700等调节分子的影响，现分述如下：

LMP2和LMP7是两个属于β型亚单位家族蛋白酶体的亚单位，它们在不同组织细胞中的表达水平差异很大，且都能被IFN-γ所诱生。另一个亚单位MECL-1（LMP10）也可被IFN-γ所诱生。它们经IFN-γ诱生后可取代蛋白酶体中的X、Y、Z亚基^[8]。体外实验研究表明，LMP2和LMP7可以改变蛋白酶体的特异性，即它们能提高蛋白酶体对中性和碱性肽键的切割，抑制对酸性肽键的切割。这种特异性改变可能有利于处理后的多肽与MHC-Ⅰ类分子结合，因为MHC-Ⅰ类分子主要与多肽的C端中性氨基残端结合^[9，10]。

IFN-γ在改变20s蛋白酶体亚单位组成的同时也可促进PA28分子（一种11s调节分子）表达。PA28首先从牛血清和人红细胞中被纯化，它可提高20s蛋白酶体的多肽水解活性，但不能使20s蛋白酶体降解已变性或被泛素结合的蛋白。PA28分子是由6个亚单位组成的能包容一个20s蛋白酶体的帽状结构，两个不同亚基分别为PA28α和PA28β，在形成帽状结构时，3个α或β亚基通过间隔排列组成αβαβαβ六聚体，并通过α亚基的C端与20s蛋白酶体连接^[11]。实验证明PA28可以改变蛋白酶体所作用的多肽底物的构象，使之易与20s蛋白酶体的两个酶位点结合，提高多肽裂解速度，从而提高抗原提呈的效率^[12]。

除PA28外，20s蛋白酶体还受其它因素的影响，如组成26s蛋白酶体的一些辅助分子，它们不仅可以增加蛋白酶体的质量，还可以ATP依赖方式降解完整蛋白质和泛素所结合的蛋白底物^[2]。PA700就是其中一个辅助分子，它是分子量为700kD的复合物，包括多个具有与ATP结合位点的亚基。纯化的PA700具有ATP酶活性，可以增强20s蛋白酶体的活性。

2 抗原多肽的转运

抗原多肽经蛋白酶降解处理后被转运到ER中，转运的途径分为TAP依赖途径和TAP非依赖途径。

2.1TAP依赖途径

TAP是由TAP1和TAP2两个亚单位组成的异二聚体，其编码基因位于MHC-Ⅱ区，与LMP2和LMP7编码基因相邻。每个TAP亚单位包括一个胞质的C端ATP结合区和一个疏水的跨膜区，两条链的跨膜区组成一个选择性通道，以ATP依赖方式跨膜转运含8～15个氨基酸残基的多肽片段^[14]。TAP位于内质网膜和高尔基体膜上，其功能主要是转运多肽。关于TAP分子的肽结合位点和转运肽的特异性，人们做了许多实验，结果表明小鼠的TAP主要结合具有疏水C端的氨基酸多肽，而人TAP所结合的多肽虽亦对C端氨基酸具有选择性，但对肽序列的要求比小鼠更宽容^[15]，而且它所结合肽的序列不同，其亲和力也不同^[16]。这提示蛋白酶体的降解作用和TAP转运作用存在某种特异性选择机制。经TAP转至ER中的多肽主要与ER中驻留蛋白结合。

2.2 TAP非依赖途径

有些多肽蛋白可以经其N端特异性的信号序列直接进入ER中，而不经TAP的转运。如HIV-Ienv蛋白胞外区可在TAP缺陷细胞中被加工产生某些信号表位而被转运到ER中。TAP非依赖途径的机制目前还不清楚。

3 MHC-Ⅰ类分子-多肽复合物的组装和分泌表达

新合成MHC-Ⅰ类分子的重链（HC）和β2m分子必须在ER中组装，然后结合一个含有8-10残基的多肽，才可能被分泌到细胞表面。现已知钙连接蛋白（calnexin）、钙网蛋白（calreticlulin）等伴侣分子和Tapasin分子在此过程中也起着重要作用。

3.1 MHC-Ⅰ类分子-多肽复合物的组装

钙连接蛋白（calnexin）是ER内的跨膜蛋白，具有结合N连接的单糖苷聚糖的功能，从而在ER内糖蛋白的折叠过程中起着重要作用。N连接的聚糖包括3个葡萄糖残端，其中两个可被酶解后产生能与calnexin、calreticulin结合的单糖苷配体。在鼠类,Calnexin先与新合成的MHC-Ⅰ类分子重链结合，然后再与β2m作用形成异二聚体。而在人类细胞中，它仅能与重链结合，维持其稳定性。虽然calnexin在MHC-Ⅰ类分子组装中起着重要作用，但在缺乏calnexin表达的CEM.NKR突变的人细胞系中，仍可进行HLA-Ⅰ类分子组装、转运和表达^[17]。提示calnexin并非唯一参与MHC-Ⅰ类分子组装的分子，ER中可能存在与calnexin功能类似的其它伴侣蛋白，如Bip伴侣蛋白可能有此功能^[18]。

钙网蛋白（calreticulin）是参与MHC-Ⅰ类分子组装的另一种重要的伴侣蛋白。它是分子量的46kD，高度保守的钙离子结合蛋白，是ER中的一种驻留蛋白。它象calnexin一样也具有结合N连接的单糖苷聚糖的功能。二者不同在于，calnexin是与MHC-Ⅰ类分子的重链相互作用，而calreticulin是与MHC-Ⅰ类分子异二聚体（HC-β2m）相互作用，维持二聚体的稳定^[19]。Calreticulin可能在TAP与MHC-Ⅰ类分子相互作用中起重要作用。然而，它也不是唯一能与HC-β2m结合的分子，因为在calreticulin缺失的细胞系中，MHC-Ⅰ类分子仍能呈递抗原^[17]。

Tapasin分子是一个含有428个氨基酸，分子量为48kD的糖蛋白，因其具有桥联TAP和MHC-Ⅰ类分子的作用，故被命名为tapasin^[18]。它属于免疫球蛋白超家族成员，其编码基因位于6p11～6pter。它的跨膜区中赖氨酸残基可能是与TAP作用的位点，同时它还有一个含11个氨基酸的胞内区，可能含有ER驻留信号。Tapasin可将TAP和HC-β2m-calreticulin复合物桥联，参与肽的转运，提高肽转运效率^[18，19]。此外，它可能也具有类似伴侣分子的功能，维持异二聚体的稳定性^[18]。