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抗原提示細胞（APC）または補助細胞とは、主要組織適合性複合体（MHC）タンパク質によって結合された抗原を細胞表面に提示する細胞のことです。この過程は抗原提示と呼ばれます。T細胞は、T細胞受容体（TCR）を用いてこれらの複合体を認識することがあります。APCは抗原を処理し、T細胞に提示します。
ほぼすべての細胞種は、何らかの方法で抗原を提示することができる。これらの細胞は、さまざまな組織に存在する。マクロファージ、B細胞、樹状細胞などの特異的な抗原提示細胞は、外来抗原をヘルパーT細胞に提示する一方、ウイルス感染細胞（またはがん細胞）は、細胞内部で発生した抗原を細胞傷害性T細胞に提示することができる。抗原提示は、MHCファミリータンパク質に加えて、抗原提示細胞とT細胞の両方の表面にある他の特殊なシグナル伝達分子にも依存している。
抗原提示細胞は、細胞傷害性T細胞とヘルパーT細胞の両方の機能が抗原提示細胞に依存しているため、効果的な獲得免疫応答に不可欠です。抗原提示は獲得免疫の特異性を可能にし、細胞内および細胞外病原体に対する免疫応答に貢献します。また、腫瘍に対する防御にも関与しています。一部の癌治療では、人工抗原提示細胞を作成し、獲得免疫系を活性化させて悪性細胞を標的とする手法が用いられています。
抗原提示細胞は、専門的抗原提示細胞と非専門的抗原提示細胞の2つのカテゴリーに分類されます。MHCクラスII分子、共刺激分子、パターン認識受容体を発現する細胞は、しばしば専門的抗原提示細胞と呼ばれます。[ 1 ]非専門的抗原提示細胞はMHCクラスI分子を発現します。
T細胞は分裂して機能を果たす前に活性化されなければなりません。これは、T細胞受容体によって認識される抗原を提示する専門的な抗原提示細胞（APC）と相互作用することによって達成されます。T細胞の活性化に関与するAPCは通常、樹状細胞です。T細胞は「遊離」または可溶性の抗原を認識できません（したがって、反応できません）。T細胞は、MHC分子などのキャリア分子を介して細胞によって処理され提示された抗原のみを認識し、反応することができます。ヘルパーT細胞はMHCクラスII上に提示された外来性抗原を認識できます。細胞傷害性T細胞はMHCクラスI上に提示された内因性抗原を認識できます。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細胞に抗原を提示できますが、「抗原提示細胞」という用語は、専門的なAPCを説明するために特によく使用されます。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細胞と細胞傷害性T細胞の両方を刺激することができます。[ 2 ] [ 3 ]
APCは、MHCクラスIファミリーと構造的に類似したCD1ファミリータンパク質を使用して、外来脂質や自己脂質をT細胞やナチュラルキラー細胞に提示することもできます。 [ 4 ]
プロフェッショナルAPCとは、ナイーブT細胞を活性化するために必要な3つのシグナル（シグナル1：抗原自体、ペプチド-MHC複合体；シグナル2：共刺激リガンド；シグナル3：T細胞の分極を誘導するサイトカイン）をすべて伝達できるAPCを指します。[ 5 ]一般的に、3種類のpAPCは樹状細胞、マクロファージ、B細胞です。これらは、貪食（マクロファージなど）または受容体介在性エンドサイトーシス（B細胞）によって抗原を効率的に取り込み、抗原をペプチド断片に処理し、それらのペプチド（クラスII MHC分子に結合）を細胞膜上に提示します。[ 1 ] 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て相互作用します。その後、抗原提示細胞によって追加の共刺激シグナルが生成され、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の発現は、プロフェッショナルAPCの特徴である。[ 1 ]すべてのプロフェッショナルAPCはMHCクラスI分子も発現する。[ 2 ]
主な専門的抗原提示細胞の種類は、樹状細胞、マクロファージ、B細胞である。[ 1 ]
樹状細胞は最も広範囲の抗原提示能力を持ち、ナイーブT細胞の活性化に必要である。[ 1 ]樹状細胞はヘルパーT細胞と細胞傷害性T細胞の両方に抗原を提示する。また、 MHCクラスI分子上に外来抗原を細胞傷害性T細胞に提示するクロスプレゼンテーションも行うことができる。クロスプレゼンテーションにより、これらのT細胞が活性化される。[ 2 ]樹状細胞は末梢寛容にも関与しており、自己免疫疾患の予防に貢献している。[ 6 ]
外来抗原に遭遇する前は、樹状細胞は細胞表面に非常に低いレベルのMHCクラスIIおよび共刺激分子を発現しています。これらの未成熟な樹状細胞は、Tヘルパー細胞に抗原を提示するのに効果的ではありません。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、抗原が貪食され、樹状細胞が活性化され、MHCクラスII分子の発現が上方制御されます。また、CD40やB7など、T細胞活性化に必要ないくつかの共刺激分子も上方制御されます。後者は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。[ 2 ] [ 7 ] [ 8 ]こうして樹状細胞は完全に成熟した専門的なAPCになります。組織からリンパ節に移動し、そこでT細胞に遭遇して活性化します。[ 1 ]
マクロファージは、T細胞によるインターフェロンの分泌によって刺激される。[ 9 ]この活性化後、マクロファージはMHCクラスIIおよびB7複合体を含む共刺激分子を発現し、貪食した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。[ 7 ] [ 8 ]活性化は、病原体に感染したマクロファージが感染を排除するのを助けることができる。[ 10 ]単球（白血球の一種）に由来するマクロファージは、血液中を循環し、感染部位に入り、単球からマクロファージに分化する。感染部位では、マクロファージは貪食と呼ばれるメカニズムで、感染部位または組織損傷部位を膜で囲む。[ 11 ]
B細胞は、 B細胞受容体に結合する抗原を細胞内に取り込み、ヘルパーT細胞に提示することができる。[ 1 ] 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できる。その後、抗原を処理し、MHCクラスII分子を使用してペプチドを提示することができる。そのペプチドに特異的なTCRを持つヘルパーT細胞が結合すると、B細胞マーカー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ると、B細胞は抗体アイソタイプスイッチング、親和性成熟、および記憶細胞の形成を経ることができる。[ 2 ]
非専門的抗原提示細胞には、体内のすべての有核細胞が含まれます。これらは、β2ミクログロブリンに結合したMHCクラスI分子を使用して、細胞膜上に内因性ペプチドを表示します。これらのペプチドは、MHCクラスII分子を使用して専門的APCが表示する外因性抗原とは対照的に、細胞自体に由来します。細胞傷害性T細胞は、 MHCクラスI分子を使用して提示された内因性抗原と相互作用することができます。[ 2 ]非専門的APCは通常、MHCクラスII分子を発現しません。しかし、MHCクラスIIを介したCD4 +細胞への抗原提示は、古典的な専門的APCに限定されないことが観察されています。マスト細胞や好中球などの顆粒球を含む他の白血球も、特定の状況下では内皮細胞や上皮細胞と同様に、そうするように誘導される可能性があります。それでも、これらの非定型APCがナイーブCD4 + T細胞を活性化できるという証拠はほとんどありません。[ 1 ]
樹状細胞が病原体を貪食した後、通常は広大なリンパ管ネットワークに移動し、リンパの流れによってリンパ節に運ばれます。各リンパ節は、APCがT細胞と相互作用できる集合点です。[ 1 ]移動中に、DCは成熟の過程を経ます。病原体をさらに貪食する能力のほとんどを失い、MHCと共刺激分子の表面発現の変化、およびサイトカインの産生増加によって成熟します。取り込まれた抗原は、エピトープを含むより小さなペプチドに分解され、その後、MHCによってT細胞に提示されます。[ 2 ] [ 12 ]
B細胞はリンパ節に存在します。B細胞受容体が抗原に結合すると、前述のように活性化されたヘルパーT細胞と相互作用することができます。
既に活性化されたヘルパーT細胞と相互作用する樹状細胞はライセンスされる可能性がある。[ 13 ]これは、樹状細胞上のB7やCD40などの共刺激分子と、T細胞上のCD28やCD40リガンドとの相互作用によって起こる。ライセンスされた樹状細胞のみが細胞傷害性T細胞を活性化できる。樹状細胞のT細胞ライセンスは、多くの病原体に対する細胞傷害性T細胞の活性化に重要であるが、T細胞のヘルプが必要な程度は異なる場合がある。[ 14 ]
MHCクラスIおよびクラスII分子では、取り込まれたペプチドの特定のエピトープのみが提示される。これらのエピトープは免疫優性エピトープと呼ばれる。[ 15 ]
APCは、B細胞と細胞傷害性T細胞を刺激してそれぞれ腫瘍関連抗原に対する抗体を産生させ、悪性細胞を殺傷することで、腫瘍と戦う役割を自然に担っています。腫瘍特異的抗原をT細胞に提示する樹状細胞は、このプロセスにおいて重要な役割を果たします。がん治療には、樹状細胞やがん特異的T細胞の数を増やして患者を治療することが含まれていました。しかし、より新しい治療法では、悪性細胞を攻撃するように免疫系を準備するように設計された遺伝子操作された人工抗原提示細胞が用いられています。一部の人工APCはヒト細胞由来ですが、その他は無細胞で、MHCタンパク質、共刺激分子、および必要なペプチドを含んでいます。[ 16 ] [ 17 ]
APC活性化剤IMP321は、転移性乳がんやメラノーマを排除するための免疫反応を促進する臨床試験でテストされている。[ 18 ] [ 19 ]