细菌感染中的抗原递呈和识别
丁香园
3673
细菌感染中的抗原递呈和识别
抗胞间细菌免疫的主要特点是抗原的递呈和识别。与病毒相比（主要由MHC Ⅰ分子限制的CD8+ T细胞和MHC Ⅱ分子限制的CD4+ T细胞控制），非传统的T细胞也参与到抗细菌的保护中。这些非传统的T细胞，包含特异性糖脂CD1限制的T细胞和特异性磷脂γδ T细胞。我们刚开始去了解抗原识别和不同T细胞群通过细菌病原刺激的广泛性。从宿主的角度，识别蛋白、脂类和碳水化合物的不同T细胞群的广泛性可加强免疫性。但从病原体看，抗原递呈成为瓶颈。尽管有很多关于病毒系统的机制已经有所描述，但有关细菌方面的却很少见到。
引言
微生物病原根据在宿主中的繁殖方式可分两类。第一类包含绝大多数通过快速繁殖并侵入，天然免疫反应在获得性免疫建立在原细胞前把病原传递到邻近宿主细胞。这类病原体包含百日咳，白喉及上呼吸道病原体和胃肠道病原体。对于这些微生物，抗原递呈和识别是次要的，因为它们是一触即发的，可以迅速扩散到邻近细胞。如果某些原因（在获得性免疫反应开始后）使它们仍然存在于宿主细胞，它们会辐射样迅速生长。高效疫苗在对抗这些敏感感染给我们提供了有益的例子。
第二类病原体引起慢性感染，而且需要大量能量以入侵。这些病原体可持续存在于宿主中且不致病；时常发病但不致命。一些病原体利用细胞外环境，可持续存在。这些胞外菌包含，幽门螺旋杆菌（生活在胃部），傅氏疏螺旋体（生活在关节、肌肉、神经系统）。胞内菌包含结核分枝杆菌（结核的病原体）。
当然，这些不同的存活方式并不是相互独立的。首先，一些胞内菌可引起感染性疾病，如单核增多性李氏杆菌，嗜肺军团菌（它们分别是李氏杆菌，军团病的病原体）。其次，引起伤寒的肠道沙门氏菌当感染和致病时，主要生活在胞外的巨噬细胞内，而在慢性排毒者中则生活在胆囊泡中。最近，有关于单核增多性李氏杆菌持续胞外存在于小鼠胆囊和幽门螺旋杆菌胞内存在的报道。显然，胞内存在可抵御抗体的中和，而T淋巴细胞则成为防御的关键。于是，对于胞内菌，抗原递呈在T细胞刺激中有关键作用，而且宿主和病原体双方都已关注大部分存活策略的机制。
在抗细菌免疫中T细胞群的广泛性
典型的MHC分子，就是所说的Ⅰ类和Ⅱ类分子，把抗原肽递呈给T细胞。CD4+T细胞和CD8+T细胞对细胞感染和病毒感染起决定性作用。通常下存在于吞噬体的胞外菌进入MHCⅡ类分子方式（MHCⅡ类分子负责把肽递呈给T细胞）。相比下，病毒则通过在各种宿主细胞（细胞质和内质网中）蛋白合成机制。然而，病毒肽被带到MHCⅠ类分子（负责递呈给CD8+T细胞）。于是，产生于胞外的病原体指导负责保护的T细胞群类型。我们知道不仅CD4+T细胞，而且CD8+T细胞参与获得性免疫，这些细菌不仅包括从吞噬体进入细胞的超常态（被定义为胞内菌），例如单核细胞增多性李氏杆菌（主要存在于吞噬体）。事实上，最近研究证实了一个有深度的见解，吞噬体菌如何通过交叉启动和交叉递呈方式被递呈给CD8+T细胞。
此外，众所周知，除了传统的CD4+和CD8+T细胞外，非传统的T细胞也参与对抗胞外菌的保护中。这些T细胞通过非典型MHCⅠb分子（编码存在于MHC分子内，通过MHC-Ⅰ样分子编码于MHC外）对抗原递呈。与病毒感染模式比较，在细菌感染过程中，大量不同理化性质的被T细胞识别，而令人惊讶的是，它包含所有天然成分――脂肪，蛋白，碳水化合物。另外，细菌特有的肽在感染中被递呈，包含N-甲酰化肽（被非典型MHCⅠb分子递呈）。最近已经有报道传统的T细胞识别来自于结合杆菌结核杆菌的甲基化表位。有趣的是，由肝素连接的血细胞凝集素组成的亚单位疫苗只有甲基化的天然形式而非甲基化的重组形式不能表达出活性疫苗来抵抗结核。尽管T细胞在控制胞外菌的作用是被赏识的，但不同亚型T细胞在抗细菌保护中特异性抗原活性的情况刚开始阐述。
抗原提呈细胞APC
尽管所有有核细胞可以给MHCⅠ分子递呈抗原，但只有专职APC可以启动和激活适当T细胞，APC表达MHCⅡ,CD1和共刺激分子。主要的APC是树突细胞DC。然而，在保持免疫性中，激活巨噬细胞和B细胞分裂对诱导有意义的T细胞是关键的。同巨噬细胞一样，DCs履行抗原递呈和宿主防御任务。同时，它被居于胞外的细菌利用。在胞外菌感染中DC的利用仍是个谜。现在人们知道胞外菌不仅存在于单核巨噬细胞，而且也存在于DC中。一些研究表明，DC主要支持胞外菌持续存在，因此对病原体是有益的，而且其它研究提供了证据表明DC的高抗菌的能力增加了它们抗原递呈功能，是对宿主有益的。从表面标记型看，组织分布，细胞因子产生和刺激T细胞的能力可区分不同DC亚群。这些亚群包含骨髓DC,淋巴DC,浆细胞DC和表皮朗汉氏细胞。在小鼠中，不同外源性抗原的交叉递呈已经有报道，淋巴CD8+ DC要比骨髓DC8- DC更有效。最近有报道关于在DC成熟中Toll样受体作用，它有刺激T细胞的能力。作为对T细胞敏感的微生物，这个发现提供了进一步支持天然免疫在对抵抗微生物入侵中刺激获得性免疫反应的有益作用。
MHC Ⅱ分子提呈
对于抵抗细胞病原体，MHCⅡ分子限制的CD4+T细胞是必须的。MHCⅡ分子与细菌肽结合可能发生在APC细胞内不同地方。所有的细菌病原体无论是胞内或胞外，他们单独存在于最适宜环境中时，都至少经过一次内源性系统。然而，抗原的所有组成成分可能会被占据胞内“龛”的细菌病原体和抗原提呈类型（死菌对活菌、抗体调节对补体调节、颗粒性抗原对可溶性抗原）改变。
嗜肺军团菌是吞噬体内病原体，存在于巨噬细胞内，因为它指导它的吞噬体进入内质网源的细胞器。经过修饰的吞噬细胞看起来对于细菌存活是一个安全的“龛”，而且通常认为具有双重价值。首先，在静止的巨噬细胞内对于军团菌的复制是适宜的；其次，它限制了MHCⅡ分子提呈给CD4+T细胞。通过比较，军团菌的生长和抗原的提呈都在DC中观察到。军团菌的dotA系统需要菌源蛋白注入到宿主细胞的细胞质中。DotA突变不能指导吞噬体成熟和随后在溶酶体内结束。通过与野生型和寄居于内质网空泡中军团菌突变比较，在不同胞外区野生型军团菌感染的小鼠产生了较高水平的T细胞应答。
最新的研究揭示兼性离子多糖可被MHCⅡ分子提呈给CD4+T细胞。兼性离子多糖是一些细菌（脆弱拟杆菌，Ⅰ型肺炎链球菌）的衣壳主要成分。然而，在脓肿中，T细胞已经被细菌联系起来。表面上，兼性离子多糖的提呈依靠活性氮、氧媒介（分解这些碳水化合物抗原为小分子量的，在MHCⅡ分子提呈中扮演T细胞表位作用）。这些机制的阐明延伸了通过MHCⅠ样分子对非蛋白抗原的非传统提呈给典型的MHCⅡ系统。明显地，MHCⅠ碳水化合物从方式与CD1脂类提呈方式有类似，都是开始于内源性阶段。
MHCⅠ提呈
除了李氏杆菌，志贺菌贺克立滋氏体，大多数的细菌病原体不能或是逃避进入宿主的细胞质中。然而，大多数的细菌感染诱导MHCⅠ限制的CD8+T细胞却频繁参与宿主保护。对细胞质细菌引起MHCⅠ方式可能是应用：蛋白被蛋白水解酶和其他细胞质内的蛋白酶水解；被抗原提呈相关转运蛋白转运到ER；ER和高尔基体内修饰；然后与MHCⅠ结合。
交叉提呈
ER是抗原肽被组装到MHCⅠ分子上的“工厂”。一项精妙的超微结构研究表明，当在颗粒样吞噬细胞发生作用时，ER膜向下形成吞噬杯。这个模型引发了MHCⅠ提呈机制与被吞噬的微生物相接近。两个随后研究的建立补充了这个机制。在吞噬体膜上存在蛋白酶、TAP、热休克蛋白HSP-70,钙联接蛋白和钙网蛋白是必须的。只要当抗原是吞噬细胞时，它激活CD8+T细胞。胞饮作用（例如，可溶性物质吸收）不能激活CD8+T细胞。这个模型给以往的研究提供一个解释，特定的抗原如细菌，通过交叉提呈诱导CD8+T细胞。
交叉启动
尽管沙门氏菌在巨噬细胞吞噬体内存在，他们仍被CD8+T细胞和CD4+T细胞控制，这对于结核分支杆菌也是正确的，或许被CD8+T细胞的控制更有价值。一个完美的研究揭示了抗原特异性CD8+T细胞通过交叉启动激活。在两个感染中，感染介导的宿主细胞凋亡表现出：CD8+T细胞刺激是一个关键的先决条件。结核分支杆菌，尽管被隔绝于细胞质，仍能在巨噬中诱导，引起凋亡小体的释放。这些小体运到非感染性DC，随后，来源于凋亡的抗原主要依靠淋巴溶酶体的激活。在沙门氏菌和结核分支杆菌中，选择迂回方式细菌病原体的靶细胞是DC，从而诱导CD8+T细胞。交叉启动也是很重要的对于解释其他胞内菌特别是居于非吞噬体宿主细胞内的细菌，如衣原体。
应该强调，两种模型（交叉提呈和交叉启动）不是独立的，而是补充，就像凋亡，是被某些病原体诱导，而不是被其所阻碍。在两种解释中，伴侣（HSP70和其受体CD91 ）介导的肽运到细胞质中也涉及其中。有趣的是，这种细胞质转运看起来是DC独有的，在巨噬细胞则缺少。
CD1分子提呈亲脂性抗原
在人类中，表达传统αβT细胞受体的CD4+和CD8+T细胞存在有识别糖脂的CD1分子基团（CD1a ，CD1b和CD1c）。CD1c分子也控制了γδ亚基。Ⅰ类CD1分子和脂特异性T细胞是引起炎症并表达有细胞活性INF-γ。ⅡCD1分子CD1d控制NKT细胞，并表达进化上保守的TCR（在小鼠中是Vα14Jα281，在人类中是Vα14JαQ；并于TCR不对称的Vβ链结合）这些NKT细胞表达有活性的INF-γ和IL-4，因此，天然免疫与获得性免疫联系起来。
由CD1分子提呈的脂类
在过去的20 年里，我们所了解的由Ⅰ类CD1分子提呈的脂类抗原已经增加了许多，这些抗原不是哺乳动物源的，就是分支杆菌源的。这表明，这些分子特异地结合并提呈特异脂类给分支杆菌，因此，在对结核分支杆菌和麻风病免疫中起了特殊作用。分支杆菌的阿拉伯甘露聚糖脂（LAM），甘露聚糖脂，自由分支菌酸，葡萄糖单分支菌和磷脂酰胆碱甘露糖苷（PIM），都是CD1b的配体。分支杆菌二酯酰硫化糖苷（SGL），例如Ac2SGL带有两个棕榈酸链，已经加入到这个行列中。CD1c提呈菌源的甘露糖磷酸类异戊二烯给T细胞，识别微生物配体给CD1a—一类分枝杆菌脂肽（二羟分枝杆菌）。α-半乳糖苷神经酰胺（未知生理意义的海绵脂）结合CD1d并对VαNKT细胞形成强刺激。当分支杆菌的PIM被揭示它是CD1d天然的配体（激活人类和啮齿类NKT细胞）后，细菌配体直到最近才有描述。未来的研究将可能揭示其他对于CD1分子的袭击配体。
CD1分子结构
Ⅰ类CD1家族，CD1a以不加选择的方式提呈脂类抗原，而CD1ｃ以单一脂肪酸链共价结合脂类，CD1ｂ和CD1ｃ以两个酰基链提供给配体。CD1分子的晶体结构分析表明，亲脂性脂肪链结合疏水的抗原结合沟（位于α１和α２区域）,TCR识别疏水头基团，而CD1a和CD1d有两个疏水位去结合两个酰基链。在分枝杆菌中的CD1b，四个疏水通路能容纳长脂肪酸以供他们存在。
脂类抗原的加工
CD1a是早期/再循环内源性蛋白，再循环涉及到GTP酶ARF16。朗汉氏细胞需要CD1a和Langerin(C型外源凝集素，位于Birbeck颗粒体，能扑获并吞噬抗原)。由CD1b, CD1c, CD1d提呈的脂，依靠CD1分子转运给晚期内源性／溶酶体提呈，在细胞质尾排成YXXФ(Ｙ，酪氨酸；Ｘ，任何氨基酸；Ф，难处理的疏水残基)。这个序列允许CD1b结合到AP-3，然后传递给溶酶体。然而CD1c 和CD1d不结合AP-3，CD1b和CD1c从脂膜再循环依靠AP-２。由此，CD1分子能从不同胞外室中收集脂类。分枝杆菌脂类抗原从细菌释放，转运到溶酶体。低pH值环境最适于CD1分子与脂类结合。脂类抗原被溶酶体酶加工，如溶酶体磷酸激酶A(决定抗原与CD1d 结合，然后被NKT细胞识别)。
最近研究表明，溶酶体脂转运蛋白（LTPs），如神经节苷脂激活蛋白，需要一个脂－水表面桥，在疏水环境有效运载脂类到CD1抗原结构沟。Saposin C ，在降解和代谢哺乳动物鞘脂方面起了关键作用，同时对通过CD1b提呈LAM,GMM分枝杆菌酸液很关键。Saposin C的功能激活包括来自于膜的分支杆菌脂的吸出和直接与CD1b作用。Saposin和内源性Gm2激活因子蛋白参与到脂类运载到CD1d。在一个极好的研究中，Zhou等人显示了缺少Saposin的小鼠中缺少Vα14NKT细胞，表明了Saposin促进自身脂类运载到CD1d。相对照，Kang和Cresswell报道，缺少Saposin只影响由NKT细胞对外源性脂类识别，而不影响内源性识别。在内质网上，另外LTP，微生物甘油三酯转运蛋白显然是在溶酶体中对Saposin功能的补充，这些LTP运载自身脂类或α-GalCer到CD1d，但他们在细菌脂类CD1d提呈，例如PIM，的作用仍未知。
不同的假设表明由DC产生的IL-2，间接激活自身反应NKT细胞，从而引起由CD1d提呈的强有力的对自身脂类的反应。由DC限制的CD1分子的表达，旁路方式是CD1分子提呈脂类的关键方式。来源于感染的巨噬细胞的缺乏表面表达有Ⅰ类CD1分子的凋亡小体，运送脂类抗原给附近的DC。细菌的脂类抗原 可能同时激活天然免疫（通过TLRs）和获得性免疫（通过CD1），从而提高炎症免疫应答。
γδT细胞
γδT细胞在细菌感染中的作用仍是个谜。最近发现，γδT细胞在非人类灵长试验中参与抵抗结核，加强了它在宿主抵抗细菌感染中的作用；然而在人类试验中仍需证实。关于γδT细胞在细菌感染中的作用的新证据发现：人的γδT细胞识别分枝杆菌的磷酸基，更新的研究阐明了潜在微生物磷酸基产生的机制。负责类异戊二烯生物合成的方式并不限制分支杆菌，而存在于大量微生物中，这些微生物是独立的致病性，共栖和环境性细菌。对于γδT细胞来说，磷酸基是在吞噬体（大多数胞外菌最常在的栖息地）产生的。令人惊奇的是，氯喹治疗（影响MHCⅡ过程提呈给CD4+T细胞）增加了γδT细胞刺激。这就认为，通过氯喹限制了膜的转运，增加了磷酸基运送到细胞表面。
磷酸基被Ｔ细胞的Vγ9Vγ2.迄今为止，仍然不清楚是否γδT细胞表达Vγ１或是参与抗细菌的免疫中。表达Vγ１的Ｔ细胞被认为是识别非多型的MHC样分子，就像CD1c。当细菌感染时，DC表达CD1c，刺激表达共刺激分子和IL-2，而不是由细菌抗原激活，CD1c激活的γδT细胞就是通过该方式。共刺激看起来足够刺激这些自身反应性γδT细胞。因而，显然γδT细胞和NKT细胞当细菌感染中部依赖细菌抗原而通过类似方式刺激。
病原菌对抗原提呈的潜在削弱作用
颗粒巨噬细胞有潜在的刺激抗原提呈。结核分支杆菌病原体包含MHC Ⅱ分子HLA-H2-DM，它有降解抗原的能力。增加含颗粒巨噬细胞的活性，至少部分解释通过这种方式对增加MHC Ⅱ分子的获得。然而，各种胞外菌阻碍病原成熟来削弱MHCⅡ分子的加工。然后在吞噬体内复制和削弱MHCⅡ分子加工，常常看起来是共同进行的。
结核分支杆菌干涉抗原提呈细胞的功能
细菌通过影响抗原加工和对T细胞刺激，在胞外存活的策略的程度正在开始被揭开。因为结核分支杆菌的持续存在形式及与很多药物的相关，这种微生物已经引起特别关注。结核分枝杆菌和卡介苗都是在早期妨碍病原体成熟。关于这个方面的机制已经表明——通过氨中和吞噬体的pH的机制首先被阐述。氨的产生通过尿素而加速，而结核分支杆菌缺少尿素而不能产生氨，也就不能中和吞噬体的pH值。这种机制不仅能保证分支杆菌在吞噬体内存活，而通过限制MHCⅡ的表面表达而影响获得性免疫反应的刺激。尽管为被证实，这种在结核及其它分支杆菌病中的削弱CD4+T淋巴细胞刺激机制是可接受的。
一种来自于结核分支杆菌的19KDa脂蛋白（Rv3763）被发现能削弱MHC Ⅱ加工。最新的研究证明，该脂蛋白削弱INF-γ不依赖信号分子SOC1 和Stat1 。19KDa的脂蛋白限制INF-γ诱导的Ⅱ类转导激活因子和干扰素调节因子。尽管离完全了解真正机制还有一段路要走，但这些备受瞩目的存活的细菌和其产物在影响抗原加工的例子已经有所阐述。最近的发现，另外一个基因产物（Rv1411c）被发现可削弱MHCⅡ过程。
炭疽毒素削弱抗原提呈
2001年的生物恐怖袭击重新让人们想起了致命的炭疽杆菌，而且刺激了大量经济支持来研究这个病原，尤其是美国。这增加了对炭疽潜在致命机制的兴趣。炭疽杆菌产生三种主要因子：致命因子（通过削弱MAP激活信号方式发挥其高毒性），水肿因子（引起水肿），保护性抗原（促进两种毒性因子进入宿主细胞）.致死性毒素（例如，保护性抗原加致命因子）不仅运用通常毒性而且特异性影响由DC刺激的抗原特异性T细胞。这样炭疽菌不仅拥有直接致命威胁而且干涉抗原提呈，进而影响对无关病原体的免疫应答。
对影响抗原提呈的新细菌的研究
由于抗原提呈对于获得免疫保护是个关键瓶颈，他为微生物在宿主中存活策略提供了天然的靶细胞。抗体介导的保护依靠无先前加工的抗原识别。因此，通过抗原变化逃避抗体反应是个有效而且广泛应用的策略。相比下，通过T淋巴细胞对抗原识别作为先决条件，提供了另外针对胞外菌逃避的策略。尽管多数策略和能影响抗原加工的分子都在感染中证实，但很少知道关于类似细菌的策略。
Qimron等人使用球状转座子诱变的方法，分离了通过感染的巨噬细胞改变肽的提呈的3000多个突变体。这个方法的结果是确定了操作MHCⅠ提呈的表达基因。在yej操作基因中的突变（yej基因是推测参与肽的转移，尽管他的确切功能未知），诱导较高的MHCⅠ提呈，促进CD8+T细胞应答。与在MHCⅠ进程中yej操作功能相一致。剔除yej突变是一个更好的疫苗载体，应用于体内异种抗原的肿瘤模型。
结语及展望
随着我们对细菌与抗原加工及提呈机制之间多方面的了解的增加，我们能利用这种知识去合理的设计疫苗。提高重组卡介苗对抗结核的创新就是一个有益的例子。Hly的识别是单核增多性李氏杆菌从吞噬体来到胞质并引起重组卡介苗构象变化必不可少的分子。这就是卡介苗提高MHCⅠ限制的CD8+T 细胞刺激的原因。通过这种方式，新疫苗株增加保护率。Hly在酸性pH值下是最适宜的。然而，对BCG 通过中和吞噬体pH的了解引出第二代疫苗的结构，rBCG表达Hly。该疫苗株允许吞噬体成酸性，从而产生最适合Hly的酸性条件，随后，这提高了rBCG株拥有比野生型 BCG高的免疫有效性。新奇之处是，通过转移分支杆菌抗原 到细胞，来提高MHCⅠ过程，最终刺激CD8+T细胞。在结核菌中CD8+T细胞的刺激主要是通过交叉提呈介导的，实际上，可确信在缺少尿素下rBCG表达Hly，诱导感染细胞凋亡，可能是通过吞噬体膜的孔，结果组织蛋白释放到细胞内（诱导凋亡）。在对微生物感染中抗原提呈的潜在机制的说明，不仅是学术兴趣，而是提供了对抗感染性疾病的新式干涉策略。
抗胞间细菌免疫的主要特点是抗原的递呈和识别。与病毒相比（主要由MHC Ⅰ分子限制的CD8+ T细胞和MHC Ⅱ分子限制的CD4+ T细胞控制），非传统的T细胞也参与到抗细菌的保护中。这些非传统的T细胞，包含特异性糖脂CD1限制的T细胞和特异性磷脂γδ T细胞。我们刚开始去了解抗原识别和不同T细胞群通过细菌病原刺激的广泛性。从宿主的角度，识别蛋白、脂类和碳水化合物的不同T细胞群的广泛性可加强免疫性。但从病原体看，抗原递呈成为瓶颈。尽管有很多关于病毒系统的机制已经有所描述，但有关细菌方面的却很少见到。
引言
微生物病原根据在宿主中的繁殖方式可分两类。第一类包含绝大多数通过快速繁殖并侵入，天然免疫反应在获得性免疫建立在原细胞前把病原传递到邻近宿主细胞。这类病原体包含百日咳，白喉及上呼吸道病原体和胃肠道病原体。对于这些微生物，抗原递呈和识别是次要的，因为它们是一触即发的，可以迅速扩散到邻近细胞。如果某些原因（在获得性免疫反应开始后）使它们仍然存在于宿主细胞，它们会辐射样迅速生长。高效疫苗在对抗这些敏感感染给我们提供了有益的例子。
第二类病原体引起慢性感染，而且需要大量能量以入侵。这些病原体可持续存在于宿主中且不致病；时常发病但不致命。一些病原体利用细胞外环境，可持续存在。这些胞外菌包含，幽门螺旋杆菌（生活在胃部），傅氏疏螺旋体（生活在关节、肌肉、神经系统）。胞内菌包含结核分枝杆菌（结核的病原体）。
当然，这些不同的存活方式并不是相互独立的。首先，一些胞内菌可引起感染性疾病，如单核增多性李氏杆菌，嗜肺军团菌（它们分别是李氏杆菌，军团病的病原体）。其次，引起伤寒的肠道沙门氏菌当感染和致病时，主要生活在胞外的巨噬细胞内，而在慢性排毒者中则生活在胆囊泡中。最近，有关于单核增多性李氏杆菌持续胞外存在于小鼠胆囊和幽门螺旋杆菌胞内存在的报道。显然，胞内存在可抵御抗体的中和，而T淋巴细胞则成为防御的关键。于是，对于胞内菌，抗原递呈在T细胞刺激中有关键作用，而且宿主和病原体双方都已关注大部分存活策略的机制。
在抗细菌免疫中T细胞群的广泛性
典型的MHC分子，就是所说的Ⅰ类和Ⅱ类分子，把抗原肽递呈给T细胞。CD4+T细胞和CD8+T细胞对细胞感染和病毒感染起决定性作用。通常下存在于吞噬体的胞外菌进入MHCⅡ类分子方式（MHCⅡ类分子负责把肽递呈给T细胞）。相比下，病毒则通过在各种宿主细胞（细胞质和内质网中）蛋白合成机制。然而，病毒肽被带到MHCⅠ类分子（负责递呈给CD8+T细胞）。于是，产生于胞外的病原体指导负责保护的T细胞群类型。我们知道不仅CD4+T细胞，而且CD8+T细胞参与获得性免疫，这些细菌不仅包括从吞噬体进入细胞的超常态（被定义为胞内菌），例如单核细胞增多性李氏杆菌（主要存在于吞噬体）。事实上，最近研究证实了一个有深度的见解，吞噬体菌如何通过交叉启动和交叉递呈方式被递呈给CD8+T细胞。
此外，众所周知，除了传统的CD4+和CD8+T细胞外，非传统的T细胞也参与对抗胞外菌的保护中。这些T细胞通过非典型MHCⅠb分子（编码存在于MHC分子内，通过MHC-Ⅰ样分子编码于MHC外）对抗原递呈。与病毒感染模式比较，在细菌感染过程中，大量不同理化性质的被T细胞识别，而令人惊讶的是，它包含所有天然成分――脂肪，蛋白，碳水化合物。另外，细菌特有的肽在感染中被递呈，包含N-甲酰化肽（被非典型MHCⅠb分子递呈）。最近已经有报道传统的T细胞识别来自于结合杆菌结核杆菌的甲基化表位。有趣的是，由肝素连接的血细胞凝集素组成的亚单位疫苗只有甲基化的天然形式而非甲基化的重组形式不能表达出活性疫苗来抵抗结核。尽管T细胞在控制胞外菌的作用是被赏识的，但不同亚型T细胞在抗细菌保护中特异性抗原活性的情况刚开始阐述。
抗原提呈细胞APC
尽管所有有核细胞可以给MHCⅠ分子递呈抗原，但只有专职APC可以启动和激活适当T细胞，APC表达MHCⅡ,CD1和共刺激分子。主要的APC是树突细胞DC。然而，在保持免疫性中，激活巨噬细胞和B细胞分裂对诱导有意义的T细胞是关键的。同巨噬细胞一样，DCs履行抗原递呈和宿主防御任务。同时，它被居于胞外的细菌利用。在胞外菌感染中DC的利用仍是个谜。现在人们知道胞外菌不仅存在于单核巨噬细胞，而且也存在于DC中。一些研究表明，DC主要支持胞外菌持续存在，因此对病原体是有益的，而且其它研究提供了证据表明DC的高抗菌的能力增加了它们抗原递呈功能，是对宿主有益的。从表面标记型看，组织分布，细胞因子产生和刺激T细胞的能力可区分不同DC亚群。这些亚群包含骨髓DC,淋巴DC,浆细胞DC和表皮朗汉氏细胞。在小鼠中，不同外源性抗原的交叉递呈已经有报道，淋巴CD8+ DC要比骨髓DC8- DC更有效。最近有报道关于在DC成熟中Toll样受体作用，它有刺激T细胞的能力。作为对T细胞敏感的微生物，这个发现提供了进一步支持天然免疫在对抵抗微生物入侵中刺激获得性免疫反应的有益作用。
MHC Ⅱ分子提呈
对于抵抗细胞病原体，MHCⅡ分子限制的CD4+T细胞是必须的。MHCⅡ分子与细菌肽结合可能发生在APC细胞内不同地方。所有的细菌病原体无论是胞内或胞外，他们单独存在于最适宜环境中时，都至少经过一次内源性系统。然而，抗原的所有组成成分可能会被占据胞内“龛”的细菌病原体和抗原提呈类型（死菌对活菌、抗体调节对补体调节、颗粒性抗原对可溶性抗原）改变。
嗜肺军团菌是吞噬体内病原体，存在于巨噬细胞内，因为它指导它的吞噬体进入内质网源的细胞器。经过修饰的吞噬细胞看起来对于细菌存活是一个安全的“龛”，而且通常认为具有双重价值。首先，在静止的巨噬细胞内对于军团菌的复制是适宜的；其次，它限制了MHCⅡ分子提呈给CD4+T细胞。通过比较，军团菌的生长和抗原的提呈都在DC中观察到。军团菌的dotA系统需要菌源蛋白注入到宿主细胞的细胞质中。DotA突变不能指导吞噬体成熟和随后在溶酶体内结束。通过与野生型和寄居于内质网空泡中军团菌突变比较，在不同胞外区野生型军团菌感染的小鼠产生了较高水平的T细胞应答。
最新的研究揭示兼性离子多糖可被MHCⅡ分子提呈给CD4+T细胞。兼性离子多糖是一些细菌（脆弱拟杆菌，Ⅰ型肺炎链球菌）的衣壳主要成分。然而，在脓肿中，T细胞已经被细菌联系起来。表面上，兼性离子多糖的提呈依靠活性氮、氧媒介（分解这些碳水化合物抗原为小分子量的，在MHCⅡ分子提呈中扮演T细胞表位作用）。这些机制的阐明延伸了通过MHCⅠ样分子对非蛋白抗原的非传统提呈给典型的MHCⅡ系统。明显地，MHCⅠ碳水化合物从方式与CD1脂类提呈方式有类似，都是开始于内源性阶段。
MHCⅠ提呈
除了李氏杆菌，志贺菌贺克立滋氏体，大多数的细菌病原体不能或是逃避进入宿主的细胞质中。然而，大多数的细菌感染诱导MHCⅠ限制的CD8+T细胞却频繁参与宿主保护。对细胞质细菌引起MHCⅠ方式可能是应用：蛋白被蛋白水解酶和其他细胞质内的蛋白酶水解；被抗原提呈相关转运蛋白转运到ER；ER和高尔基体内修饰；然后与MHCⅠ结合。
交叉提呈
ER是抗原肽被组装到MHCⅠ分子上的“工厂”。一项精妙的超微结构研究表明，当在颗粒样吞噬细胞发生作用时，ER膜向下形成吞噬杯。这个模型引发了MHCⅠ提呈机制与被吞噬的微生物相接近。两个随后研究的建立补充了这个机制。在吞噬体膜上存在蛋白酶、TAP、热休克蛋白HSP-70,钙联接蛋白和钙网蛋白是必须的。只要当抗原是吞噬细胞时，它激活CD8+T细胞。胞饮作用（例如，可溶性物质吸收）不能激活CD8+T细胞。这个模型给以往的研究提供一个解释，特定的抗原如细菌，通过交叉提呈诱导CD8+T细胞。
交叉启动
尽管沙门氏菌在巨噬细胞吞噬体内存在，他们仍被CD8+T细胞和CD4+T细胞控制，这对于结核分支杆菌也是正确的，或许被CD8+T细胞的控制更有价值。一个完美的研究揭示了抗原特异性CD8+T细胞通过交叉启动激活。在两个感染中，感染介导的宿主细胞凋亡表现出：CD8+T细胞刺激是一个关键的先决条件。结核分支杆菌，尽管被隔绝于细胞质，仍能在巨噬中诱导，引起凋亡小体的释放。这些小体运到非感染性DC，随后，来源于凋亡的抗原主要依靠淋巴溶酶体的激活。在沙门氏菌和结核分支杆菌中，选择迂回方式细菌病原体的靶细胞是DC，从而诱导CD8+T细胞。交叉启动也是很重要的对于解释其他胞内菌特别是居于非吞噬体宿主细胞内的细菌，如衣原体。
应该强调，两种模型（交叉提呈和交叉启动）不是独立的，而是补充，就像凋亡，是被某些病原体诱导，而不是被其所阻碍。在两种解释中，伴侣（HSP70和其受体CD91 ）介导的肽运到细胞质中也涉及其中。有趣的是，这种细胞质转运看起来是DC独有的，在巨噬细胞则缺少。
CD1分子提呈亲脂性抗原
在人类中，表达传统αβT细胞受体的CD4+和CD8+T细胞存在有识别糖脂的CD1分子基团（CD1a ，CD1b和CD1c）。CD1c分子也控制了γδ亚基。Ⅰ类CD1分子和脂特异性T细胞是引起炎症并表达有细胞活性INF-γ。ⅡCD1分子CD1d控制NKT细胞，并表达进化上保守的TCR（在小鼠中是Vα14Jα281，在人类中是Vα14JαQ；并于TCR不对称的Vβ链结合）这些NKT细胞表达有活性的INF-γ和IL-4，因此，天然免疫与获得性免疫联系起来。
由CD1分子提呈的脂类
在过去的20 年里，我们所了解的由Ⅰ类CD1分子提呈的脂类抗原已经增加了许多，这些抗原不是哺乳动物源的，就是分支杆菌源的。这表明，这些分子特异地结合并提呈特异脂类给分支杆菌，因此，在对结核分支杆菌和麻风病免疫中起了特殊作用。分支杆菌的阿拉伯甘露聚糖脂（LAM），甘露聚糖脂，自由分支菌酸，葡萄糖单分支菌和磷脂酰胆碱甘露糖苷（PIM），都是CD1b的配体。分支杆菌二酯酰硫化糖苷（SGL），例如Ac2SGL带有两个棕榈酸链，已经加入到这个行列中。CD1c提呈菌源的甘露糖磷酸类异戊二烯给T细胞，识别微生物配体给CD1a—一类分枝杆菌脂肽（二羟分枝杆菌）。α-半乳糖苷神经酰胺（未知生理意义的海绵脂）结合CD1d并对VαNKT细胞形成强刺激。当分支杆菌的PIM被揭示它是CD1d天然的配体（激活人类和啮齿类NKT细胞）后，细菌配体直到最近才有描述。未来的研究将可能揭示其他对于CD1分子的袭击配体。
CD1分子结构
Ⅰ类CD1家族，CD1a以不加选择的方式提呈脂类抗原，而CD1ｃ以单一脂肪酸链共价结合脂类，CD1ｂ和CD1ｃ以两个酰基链提供给配体。CD1分子的晶体结构分析表明，亲脂性脂肪链结合疏水的抗原结合沟（位于α１和α２区域）,TCR识别疏水头基团，而CD1a和CD1d有两个疏水位去结合两个酰基链。在分枝杆菌中的CD1b，四个疏水通路能容纳长脂肪酸以供他们存在。
脂类抗原的加工
CD1a是早期/再循环内源性蛋白，再循环涉及到GTP酶ARF16。朗汉氏细胞需要CD1a和Langerin(C型外源凝集素，位于Birbeck颗粒体，能扑获并吞噬抗原)。由CD1b, CD1c, CD1d提呈的脂，依靠CD1分子转运给晚期内源性／溶酶体提呈，在细胞质尾排成YXXФ(Ｙ，酪氨酸；Ｘ，任何氨基酸；Ф，难处理的疏水残基)。这个序列允许CD1b结合到AP-3，然后传递给溶酶体。然而CD1c 和CD1d不结合AP-3，CD1b和CD1c从脂膜再循环依靠AP-２。由此，CD1分子能从不同胞外室中收集脂类。分枝杆菌脂类抗原从细菌释放，转运到溶酶体。低pH值环境最适于CD1分子与脂类结合。脂类抗原被溶酶体酶加工，如溶酶体磷酸激酶A(决定抗原与CD1d 结合，然后被NKT细胞识别)。
最近研究表明，溶酶体脂转运蛋白（LTPs），如神经节苷脂激活蛋白，需要一个脂－水表面桥，在疏水环境有效运载脂类到CD1抗原结构沟。Saposin C ，在降解和代谢哺乳动物鞘脂方面起了关键作用，同时对通过CD1b提呈LAM,GMM分枝杆菌酸液很关键。Saposin C的功能激活包括来自于膜的分支杆菌脂的吸出和直接与CD1b作用。Saposin和内源性Gm2激活因子蛋白参与到脂类运载到CD1d。在一个极好的研究中，Zhou等人显示了缺少Saposin的小鼠中缺少Vα14NKT细胞，表明了Saposin促进自身脂类运载到CD1d。相对照，Kang和Cresswell报道，缺少Saposin只影响由NKT细胞对外源性脂类识别，而不影响内源性识别。在内质网上，另外LTP，微生物甘油三酯转运蛋白显然是在溶酶体中对Saposin功能的补充，这些LTP运载自身脂类或α-GalCer到CD1d，但他们在细菌脂类CD1d提呈，例如PIM，的作用仍未知。
不同的假设表明由DC产生的IL-2，间接激活自身反应NKT细胞，从而引起由CD1d提呈的强有力的对自身脂类的反应。由DC限制的CD1分子的表达，旁路方式是CD1分子提呈脂类的关键方式。来源于感染的巨噬细胞的缺乏表面表达有Ⅰ类CD1分子的凋亡小体，运送脂类抗原给附近的DC。细菌的脂类抗原 可能同时激活天然免疫（通过TLRs）和获得性免疫（通过CD1），从而提高炎症免疫应答。
γδT细胞
γδT细胞在细菌感染中的作用仍是个谜。最近发现，γδT细胞在非人类灵长试验中参与抵抗结核，加强了它在宿主抵抗细菌感染中的作用；然而在人类试验中仍需证实。关于γδT细胞在细菌感染中的作用的新证据发现：人的γδT细胞识别分枝杆菌的磷酸基，更新的研究阐明了潜在微生物磷酸基产生的机制。负责类异戊二烯生物合成的方式并不限制分支杆菌，而存在于大量微生物中，这些微生物是独立的致病性，共栖和环境性细菌。对于γδT细胞来说，磷酸基是在吞噬体（大多数胞外菌最常在的栖息地）产生的。令人惊奇的是，氯喹治疗（影响MHCⅡ过程提呈给CD4+T细胞）增加了γδT细胞刺激。这就认为，通过氯喹限制了膜的转运，增加了磷酸基运送到细胞表面。
磷酸基被Ｔ细胞的Vγ9Vγ2.迄今为止，仍然不清楚是否γδT细胞表达Vγ１或是参与抗细菌的免疫中。表达Vγ１的Ｔ细胞被认为是识别非多型的MHC样分子，就像CD1c。当细菌感染时，DC表达CD1c，刺激表达共刺激分子和IL-2，而不是由细菌抗原激活，CD1c激活的γδT细胞就是通过该方式。共刺激看起来足够刺激这些自身反应性γδT细胞。因而，显然γδT细胞和NKT细胞当细菌感染中部依赖细菌抗原而通过类似方式刺激。
病原菌对抗原提呈的潜在削弱作用
颗粒巨噬细胞有潜在的刺激抗原提呈。结核分支杆菌病原体包含MHC Ⅱ分子HLA-H2-DM，它有降解抗原的能力。增加含颗粒巨噬细胞的活性，至少部分解释通过这种方式对增加MHC Ⅱ分子的获得。然而，各种胞外菌阻碍病原成熟来削弱MHCⅡ分子的加工。然后在吞噬体内复制和削弱MHCⅡ分子加工，常常看起来是共同进行的。
结核分支杆菌干涉抗原提呈细胞的功能
细菌通过影响抗原加工和对T细胞刺激，在胞外存活的策略的程度正在开始被揭开。因为结核分支杆菌的持续存在形式及与很多药物的相关，这种微生物已经引起特别关注。结核分枝杆菌和卡介苗都是在早期妨碍病原体成熟。关于这个方面的机制已经表明——通过氨中和吞噬体的pH的机制首先被阐述。氨的产生通过尿素而加速，而结核分支杆菌缺少尿素而不能产生氨，也就不能中和吞噬体的pH值。这种机制不仅能保证分支杆菌在吞噬体内存活，而通过限制MHCⅡ的表面表达而影响获得性免疫反应的刺激。尽管为被证实，这种在结核及其它分支杆菌病中的削弱CD4+T淋巴细胞刺激机制是可接受的。
一种来自于结核分支杆菌的19KDa脂蛋白（Rv3763）被发现能削弱MHC Ⅱ加工。最新的研究证明，该脂蛋白削弱INF-γ不依赖信号分子SOC1 和Stat1 。19KDa的脂蛋白限制INF-γ诱导的Ⅱ类转导激活因子和干扰素调节因子。尽管离完全了解真正机制还有一段路要走，但这些备受瞩目的存活的细菌和其产物在影响抗原加工的例子已经有所阐述。最近的发现，另外一个基因产物（Rv1411c）被发现可削弱MHCⅡ过程。
炭疽毒素削弱抗原提呈
2001年的生物恐怖袭击重新让人们想起了致命的炭疽杆菌，而且刺激了大量经济支持来研究这个病原，尤其是美国。这增加了对炭疽潜在致命机制的兴趣。炭疽杆菌产生三种主要因子：致命因子（通过削弱MAP激活信号方式发挥其高毒性），水肿因子（引起水肿），保护性抗原（促进两种毒性因子进入宿主细胞）.致死性毒素（例如，保护性抗原加致命因子）不仅运用通常毒性而且特异性影响由DC刺激的抗原特异性T细胞。这样炭疽菌不仅拥有直接致命威胁而且干涉抗原提呈，进而影响对无关病原体的免疫应答。
对影响抗原提呈的新细菌的研究
由于抗原提呈对于获得免疫保护是个关键瓶颈，他为微生物在宿主中存活策略提供了天然的靶细胞。抗体介导的保护依靠无先前加工的抗原识别。因此，通过抗原变化逃避抗体反应是个有效而且广泛应用的策略。相比下，通过T淋巴细胞对抗原识别作为先决条件，提供了另外针对胞外菌逃避的策略。尽管多数策略和能影响抗原加工的分子都在感染中证实，但很少知道关于类似细菌的策略。
Qimron等人使用球状转座子诱变的方法，分离了通过感染的巨噬细胞改变肽的提呈的3000多个突变体。这个方法的结果是确定了操作MHCⅠ提呈的表达基因。在yej操作基因中的突变（yej基因是推测参与肽的转移，尽管他的确切功能未知），诱导较高的MHCⅠ提呈，促进CD8+T细胞应答。与在MHCⅠ进程中yej操作功能相一致。剔除yej突变是一个更好的疫苗载体，应用于体内异种抗原的肿瘤模型。
结语及展望
随着我们对细菌与抗原加工及提呈机制之间多方面的了解的增加，我们能利用这种知识去合理的设计疫苗。提高重组卡介苗对抗结核的创新就是一个有益的例子。Hly的识别是单核增多性李氏杆菌从吞噬体来到胞质并引起重组卡介苗构象变化必不可少的分子。这就是卡介苗提高MHCⅠ限制的CD8+T 细胞刺激的原因。通过这种方式，新疫苗株增加保护率。Hly在酸性pH值下是最适宜的。然而，对BCG 通过中和吞噬体pH的了解引出第二代疫苗的结构，rBCG表达Hly。该疫苗株允许吞噬体成酸性，从而产生最适合Hly的酸性条件，随后，这提高了rBCG株拥有比野生型 BCG高的免疫有效性。新奇之处是，通过转移分支杆菌抗原 到细胞，来提高MHCⅠ过程，最终刺激CD8+T细胞。在结核菌中CD8+T细胞的刺激主要是通过交叉提呈介导的，实际上，可确信在缺少尿素下rBCG表达Hly，诱导感染细胞凋亡，可能是通过吞噬体膜的孔，结果组织蛋白释放到细胞内（诱导凋亡）。在对微生物感染中抗原提呈的潜在机制的说明，不仅是学术兴趣，而是提供了对抗感染性疾病的新式干涉策略。
