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抗原提示細胞APC

自然免疫系には、潜在的に有害な抗原を検出し、その抗原の存在を適応免疫反応に知らせる細胞がある。この記事ではその仕組みの始まり、抗原提示細胞についてその機能や働き方をお伝えします。

抗原とは?

抗原とは、免疫系の細胞と反応する異物または「非自己」の巨大分子をいいます。

すべての抗原が反応を引き起こすわけではないことに注意が必要です。

例えば、個人は無数の「自己」に対する抗原を作り出しています。また、食品のタンパク質や花粉、埃、カビなどの成分などの一見無害な外来抗原にも常にさらされています。「自己」でないものはすべて非自己の巨大分子つまり外来抗原となります。

無害な高分子に対する免疫反応の抑制は高度に制御されており、通常、寛容と呼ばれる宿主にダメージを与える可能性のあるプロセスを防ぐことができるのです。

抗原提示細胞とは?

抗原提示細胞(APC)は、感染を検出し、飲み込み、適応免疫反応に知らせる免疫細胞です。

病原体が検出されると、これらのAPCは病原体を貪食し、消化して多くの異なる抗原の断片を形成します。抗原の断片はその後、APCの表面に運ばれ、他の免疫細胞への指標として機能します。

抗原提示細胞(APC)の役割

細胞障害性T細胞

抗原提示細胞が抗原を提示するだけではウイルスなどの病原体には勝てません。感染した細胞の表面にも抗原が提示(貪食されて提示されたものをエピトープと呼びます)されているので、T細胞がそうしたウイルスや特定の細菌に感染した細胞を中和するためにT細胞を利用する特異的な免疫反応である「細胞介在性反応」を行います。

T細胞(白血球の中のリンパ球)

T細胞が分裂して機能を発揮するためには、活性化する必要がありますが、そのためにはT細胞の受容体に認識される抗原を提示するプロのAPCと相互作用する必要があります。T細胞の活性化に関わるAPCは、通常、樹状細胞です。T細胞は、「遊離」した抗原や可溶性の抗原を認識することができないため、反応することもできません。T細胞は、MHC分子のようなキャリアー分子を介して細胞で処理され提示された抗原(細胞の表面にあるのでエピトープと呼びます)のみを認識し反応することができます。

T細胞には、細胞傷害性T細胞、ヘルパーT細胞、サプレッサーT細胞の3種類があります。細胞傷害性T細胞は、細胞介在性免疫反応でウイルス感染細胞を破壊し、ヘルパーT細胞は、抗体反応と細胞介在性免疫反応の両方を活性化する役割を果たします。サプレッサーT細胞は、必要に応じてT細胞やB細胞の活動を停止させ、免疫反応が強くなりすぎないようにしています。

T細胞による細胞傷害

ノンプロフェッショナル抗原提示細胞

体内のほとんどの細胞は、MHCクラスIを介してCD8+細胞傷害性T細胞に抗原を提示することができるのですがこれらをノンプロフェッショナルな抗原提示細胞といいます。

専門的(プロフェッショナル)な抗原提示細胞

「抗原提示細胞」という用語は、専門的(プロフェッショナル)なAPCを表すために使われることが多くなっています。このような細胞は、MHCクラスIおよびMHCクラスII分子を発現し、CD4+ヘルパーT細胞および細胞傷害性T細胞を刺激することができます。

プロフェッショナルAPCは、T細胞に抗原を提示することに特化しています[5]。APCは、食作用(例:マクロファージ)または受容体媒介エンドサイトーシス(例:B細胞)によって抗原を非常に効率的に体内に取り込み、抗原をペプチド断片に加工し、それらのペプチド(クラスII MHC分子と結合)を膜上に表示します。

T細胞は、抗原提示細胞の膜上の抗原クラスII MHC分子複合体を認識し、相互作用します。
その後、抗原提示細胞から追加の共刺激シグナルが産生され、T細胞の活性化につながります。
共刺激分子とMHCクラスII発現は、プロフェッショナルAPCの特徴です。
すべてのプロフェッショナルAPCは、MHCクラスI分子も発現しています。

また、APCは、MHCクラスIファミリーと構造的に似ているCD1ファミリーのタンパク質を用いて、T細胞やNK細胞に外来および自己の脂質を提示することができます。

プロの抗原提示細胞の主な種類は、樹状細胞、マクロファージ、B細胞です。

樹状細胞Dendric cell DC

樹状細胞

樹状細胞は、抗原物質を処理する免疫細胞で、皮膚(ランゲルハンス細胞)や鼻、肺、胃、腸の粘膜に存在しています。樹状細胞が他の細胞の表面に提示して免疫反応を引き起こすこともあり、抗原提示細胞として機能しています。

樹状細胞は、最も広範な抗原提示能力を持ち、ナイーブT細胞の活性化に必要です。

樹状細胞DCはまた、MHCクラスI分子上の外来抗原を細胞傷害性T細胞に提示するプロセスである交差提示(cross-presentation)も行うことができます。

また、樹状細胞は、自己免疫疾患の予防につながる末梢性寛容にも関与しています。

外来抗原に遭遇する前の樹状細胞は、細胞表面に非常に低いレベルのMHCクラスIIと共刺激分子を発現しています。このような未熟な樹状細胞は、Tヘルパー細胞に抗原を提示することができません。

樹状細胞のパターン認識受容体が病原体関連分子パターンを認識すると、抗原は貪食され、樹状細胞は活性化され、MHCクラスII分子の発現を上昇させる。また、CD40やB7など、T細胞の活性化に必要ないくつかの共刺激分子をアップレギュレートします。CD40やB7は、CD4+T細胞の表面にあるCD28と相互作用することができます。その後、樹状細胞は完全に成熟したプロのAPCとなります。

その後、樹状細胞は組織からリンパ節に移動し、そこでT細胞と出会い、活性化します。

マクロファージ

貪食細胞

マクロファージもまた、抗原提示細胞APCとして機能します。

マクロファージは、T細胞が分泌するインターフェロンによって刺激されます。この活性化後、マクロファージは、MHCクラスIIとB7複合体を含む共刺激分子を発現し、食作用のあるペプチド断片をヘルパーT細胞に提示することができるようになります。

貪食

ヘルパーT細胞を活性化することで、病原体に感染したマクロファージが感染を除去するのを助けることができます。白血球の一種である単球から派生したマクロファージは、血液を循環して患部に入り、単球からマクロファージに分化します。患部では、マクロファージが感染や組織の損傷部位を膜で取り囲み、貪食します。

B細胞

ヘルパーT細胞

B細胞は、B細胞受容体に結合した抗原を体内に取り込み、ヘルパーT細胞に提示することができます。

T細胞とは異なり、B細胞はB細胞受容体が特異的な可溶性抗原を認識することができます。そして、抗原を処理し、MHCクラスII分子を用いてペプチドをエピトープとして提示することができます。

そのペプチドに特異的なTCRを持つTヘルパー細胞が結合すると、B細胞マーカーであるCD40がT細胞表面のCD40Lに結合する。T細胞によって活性化されたB細胞は、抗体のアイソタイプの切り替え、親和性の成熟、記憶細胞の形成などを行います
B細胞の活性化

この記事の著者:仲田洋美医師
医籍登録番号 第371210号
日本内科学会 総合内科専門医 第7900号
日本臨床腫瘍学会 がん薬物療法専門医 第1000001号
臨床遺伝専門医制度委員会認定 臨床遺伝専門医 第755号

 

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