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PART 3 · 第 05 章 · 免疫機轉

抗原呈現與 MHC:
內外分流這條岔路

免疫題看起來名詞一大堆,其實核心只有一個問題:這個抗原是「自己細胞裡長出來的」,還是「從外面吞進來的」?答對這一岔,class I/class II、CD8/CD4 全部自動歸位。

先記一個會讓你後面少背一半的判準:

核心洞察

抗原的「來源」決定它走哪條呈現路徑。來自細胞質(cytosol)的內生性抗原(如病毒在你細胞裡合成的蛋白)→ MHC class I → 呈現給 CD8⁺ 細胞毒殺 T(cytotoxic T,叫它去殺掉這顆被感染的細胞。來自胞外、被吞進來的外生性抗原 → MHC class II → 呈現給 CD4⁺ 輔助 T(helper T,叫它去指揮免疫反應。

為什麼是這樣設計的?因為兩種威脅要用不同手段處理。細胞內的敵人(病毒、胞內菌)藏在細胞裡,抗體搆不到,唯一辦法是「把整顆受感染細胞殺掉」——這是 CD8 的工作,所以系統要先讓「幾乎每顆細胞」都能舉牌(class I)說「我裡面有東西」。細胞外的敵人則是被免疫細胞吞掉、消化、再舉牌(class II)求援,由 CD4 調度抗體與發炎反應。

一張圖看懂兩條抗原呈現路徑 左=內生性 class I・右=外生性 class II
內生性 · MHC class I 細胞質裡長出來的(病毒蛋白) 細胞質病毒蛋白 蛋白酶體切片 proteasome → 8–10 aa TAP 運入內質網 TAP1:TAP2 → ER 裝載 MHC I 舉牌呈現 幾乎所有有核細胞 CD8⁺ 細胞毒殺 T 「殺掉這顆被感染細胞」 外生性 · MHC class II 從外面吞進來的(細菌、毒素) 胞外抗原(被吞噬) 內體/溶酶體消化 endosome(酸性蛋白酶) MHC II 舉牌呈現 限 DC/巨噬/B 細胞 CD4⁺ 輔助 T 「指揮抗體與發炎反應」 口訣:MHC I × CD8 = 8 · MHC II × CD4 = 8(乘起來都是 8)
內生性/class I/CD8 外生性/class II/CD4 記憶口訣
類比

把每顆細胞想成一間店面。class I 是門口的「進貨明細看板」——把店裡(細胞質)做出來的東西全部公告,巡邏的 CD8 警察一看到違禁品就直接查封整間店。class II 則是少數幾家「資訊站」(DC/巨噬/B),專門把街上撿到的可疑物(外來抗原)拿給 CD4 指揮官看,由他決定要派誰、用什麼武器。

§1

8 的口訣:把配對焊死

國考最愛的陷阱,就是把 class I/II 跟 CD8/CD4 對調,或把內生/外生抗原接到錯的路徑上。一個口訣解決:

記憶口訣

MHC class I × CD8 = 8;MHC class II × CD4 = 8兩組乘起來都是 8,配錯的選項乘出來不是 8,一眼就刷掉。再加一句:「裡面的給 8、外面的給 4」——細胞(in,內生性)抗原 → CD8;細胞抗原 → CD4

面向MHC class IMHC class II
抗原來源內生性 · 細胞質
病毒蛋白、胞內菌、腫瘤新抗原
外生性 · 吞噬/內體
細菌、毒素、胞外蛋白
加工機器蛋白酶體(proteasome)切片 → TAP 運入 ER 裝載內體/溶酶體酸性蛋白酶消化後裝載
呈現給CD8⁺ 細胞毒殺 TCD4⁺ 輔助 T
表現於哪些細胞幾乎所有有核細胞
紅血球無核 → 不表現
限抗原呈現細胞(APC)
樹突細胞 DC/巨噬/B 細胞
生物意義讓 CD8 監視「細胞內部」有沒有被入侵讓 CD4 指揮「對外」的抗體與發炎反應

出處:Janeway's Immunobiology 9e — MHC class I 表現於 most cells of the body(已查證)、class II expressed primarily on dendritic cells, B lymphocytes, macrophages(已查證);CD8 recognizes MHC class I、CD4 recognizes MHC class II(已查證)。

§2

分布為什麼這樣切

「class I 幾乎到處都有、class II 只在少數細胞」不是隨便分的,背後是免疫策略:

↑ class I 廣布

每顆有核細胞都要能舉牌

病毒可以感染身體任何一種細胞。所以每顆有核細胞都得有 class I,隨時把「我體內合成了什麼」公告給 CD8 巡邏。少了 class I,CD8 就瞎了——這也是為什麼某些病毒會下調 class I 來躲避 CD8(但反而會被 NK 細胞抓到「缺牌」而清除,叫 missing-self)。

class II 限縮

只有「專業 APC」才該指揮

啟動 CD4、決定整個免疫反應方向,是高權限的事,不能讓任何細胞亂下令。所以 class II 只給樹突細胞(DC)、巨噬細胞、B 細胞這三類專業抗原呈現細胞。其中 DC 是啟動初次 T 細胞反應最強的 APC

補一個概念:交叉呈現

交叉呈現(cross-presentation是個例外:樹突細胞能把「外來抗原」破例裝到 class I 上,呈現給 CD8。為什麼需要?因為很多病毒不直接感染 DC,若沒有這條後門,DC 就無法啟動 CD8 去對付那些病毒。考點層級:知道「DC 用 cross-presentation 把外生性抗原呈現到 class I 給 CD8」即可,細節機轉不必深背。

出處:Janeway 9e — Dendritic cells use cross-presentation to present exogenous antigens on MHC class I(已查證)。

§3

多型性:為什麼 HLA 配對這麼難

MHC 基因是人類基因組裡最多型(highly polymorphic的一群——同一個 MHC 基因座,在人群中有成百上千種等位基因(allele),所以「你的 MHC」幾乎不會跟陌生人完全一樣。這件事有三個必考後果:

群體層次

人群「賭」病原賭得贏

每種 MHC allele 結合的 peptide 範圍不同。人群裡 allele 越多樣,就越不可能有單一病原能「躲過所有人的呈現」——這是物種對抗快速突變病原的保險。

移植

配對難 → 排斥

器官/骨髓移植要配 HLA(人類的 MHC 叫 HLA)。配得越不合,受贈者 T 細胞越會把捐贈器官的 MHC 當「異物」攻擊 → 移植排斥。多型性正是配對困難的根源。

疾病關聯

特定 HLA ↔ 特定病

某些 HLA 型別與疾病高度相關,是高頻考點:HLA-B27 ↔ 僵直性脊椎炎(ankylosing spondylitis);HLA-DQ2/DQ8 ↔ 乳糜瀉(celiac);HLA-B*57:01 ↔ abacavir 過敏。

一句話收束

多型性 = 群體的優勢、個體移植的麻煩。同一個生物特性,從演化看是保險、從臨床移植看是障礙——國考兩個角度都會考。

出處:Janeway 9e — MHC genes are highly polymorphic, hundreds of different alleles(已查證)。HLA-疾病關聯為標準臨床知識(HLA-B27 / DQ2-DQ8 / B*57:01)。

§4

練習:先想再點

三題都改編自本書已查證的免疫題庫(前兩題鎖抗原呈現/MHC,第三題接「訊號二」共刺激與檢查點)。先在心裡選一個、寫一句理由,再點開解析——主動提取(active recall)比重讀有用得多。

練習 05-1一株病毒感染人類纖維母細胞後,於細胞質(cytosol)內合成病毒蛋白。關於此抗原如何被呈現給 T 細胞、以及 MHC 分子的特性,下列何者正確?
✓ 答案 A。細胞質內合成的病毒蛋白屬內生性抗原,走 class I 路徑:proteasome 切成 8–10 個胺基酸的短肽 → TAP 送入內質網裝載到 MHC class I → 呈現給 CD8⁺ 細胞毒殺 T。
B 錯:內生性抗原不需「先分泌再吞入」,且 class I 對應 CD8 不是 CD4。
C 錯:MHC 基因是高度多型(highly polymorphic),個體間差異極大,這正是移植排斥與疾病關聯的基礎,不是單型。
D 錯:把 class I/II、CD8/CD4、內生/外生抗原全部對調了。
E 錯:細胞質抗原走 class I,不是 class II 內體路徑。
核心:抗原來源(cytosol → I/endosome → II)決定呈現分子與 T 細胞亞群(I-CD8/II-CD4)。 出處:Janeway's Immunobiology 9e(MHC class I/cytosol/proteasome、CD8↔class I、highly polymorphic,皆已查證)· 改編自 analysis/pred-115-2-final 免疫題 Q1
練習 05-2關於 MHC 分子在身體各細胞的分布,以及樹突細胞(DC)的特殊能力,下列敘述何者正確
✓ 答案 C。class I 幾乎所有有核細胞都有(讓 CD8 能監視任何被感染的細胞);class II 限於專業 APC(DC/巨噬/B)。DC 另有交叉呈現(cross-presentation)能力,可破例把外來抗原裝到 class I 上呈現給 CD8,以啟動對「不直接感染 DC 的病毒」的毒殺反應。
A 錯:把兩者的分布對調了。
B 錯:紅血球無核,幾乎不表現 class I,不是 CD8 的監視對象。
D 錯:交叉呈現是「外來抗原 → class I → CD8」,且主角是 DC;此選項方向全錯。
E 錯:啟動初次反應最強的 APC 是樹突細胞,不是隨便一顆有核細胞;且 class I 廣布對應的是 CD8 監視,與 CD4 啟動無關。 出處:Janeway's Immunobiology 9e(class I on most nucleated cells、class II on DC/B/macrophage、DC cross-presentation,皆已查證)
練習 05-3MHC 把抗原舉牌給 TCR 只是 T 細胞活化的「訊號一」;還需要 APC 提供的「訊號二」共刺激(co-stimulation)。關於共刺激與抑制性檢查點(checkpoint)分子,下列敘述何者正確
✓ 答案 D。CD28(正向共刺激)與 CTLA-4(抑制性檢查點)結合同一組配體 B7.1/B7.2,但 engagement 方向相反;CTLA-4 對 B7 親和力高於 CD28,可競爭性奪取配體、踩煞車。
A 錯:CD28–B7 是正向共刺激,促進 IL-2 轉錄與活化;失能(anergy)反而發生在缺乏 CD28 訊號(只有訊號一)時。
B 錯:PD-1 接合 PD-L1 是抑制性(耗竭);腫瘤高表現 PD-L1 是逃避免疫,故臨床用抗 PD-1/PD-L1 阻斷之。
C 錯:CTLA-4 缺失小鼠死於 T 細胞不受控的大量增殖,是過度活化非缺陷。
E 錯:CD28/CTLA-4 在 T 細胞、B7 在 APC,敘述對調。 出處:Janeway's Immunobiology 9e(CTLA-4 inhibitory、與 CD28 結合同一 B7、親和力較高、CTLA-4 KO 不受控增殖;CD28 co-stimulation 增 IL-2,皆已查證)· 改編自 analysis/pred-115-2-final 免疫題 Q4