人生沒有用不到的經歷

T cell receptor(TCR) 的cDNA在版主修免疫學時才剛被Clone出來，1984年三月Nature同時刊登兩篇TCR cDNA cloning的文章：
https://www.nature.com/articles/308145a0
https://www.nature.com/articles/308149a0
TCR cDNA的發現被譽為「The Holy Grail of Immunology」，但1984年找到TCR cDNA，醫學上對TCR-MHC兩者關係的瞭解還有一段漫長的路要走。「TCR是Receptor，MHC是TCR的Ligand」，這現在已是免疫學上普遍的認知，但在1984年以前這只是猜測，而TCR也只是科學家在實驗室的預測。上面1984年兩篇Nature文章的Title並沒出現「T cell receptor」，而分別是 "T cell-specific cDNA clone" 與 " T cell-specific membrane-associated proteins"：
A human T cell-specific cDNA clone encodes a protein having extensive homology to immunoglobulin chains. Nature 308; 145–149 (08 March 1984)

Isolation of cDNA clones encoding T cell-specific membrane-associated proteins.  Nature 308; 149–153 (08 March 1984)

我仍記得當時免疫學課堂上的投影片有關MHC是H-2^b與H-2^d兩種不同MHC Genotype的老鼠，雜交後變成H-2^dxb ，三種老鼠經抗原刺激後CD4⁺與CD8⁺ T cell所呈現的反應，這些都是1970年代的研究，只有MHC而無TCR，而且MHC的基因也十分抽象，真的非常非常難懂。H-2^b genotype 屬於 H-2^dxb genotype，若把H-2^b 的Splenic cell打入H-2^dxb 老鼠腹腔內，照理說不會產生免疫反應，但實驗證明~會！H-2^b 的Splenic cell為何會在H-2^dxb 老鼠身上活化CD8⁺ T cell？這在當時是個難以理解的現象，但1984年TCR的發現不只解決了這個問題，同時也釐清CD8⁺ T cell毒殺癌細胞的機轉，使癌症治療逐漸走向Check point inhibition(anti-PD-1, anti-PD-L1, or anti-CTLA-4)與CAR-T (Chimeric antigen receptor-T cell)。

 
圖一: HLA-A, B, C 相當於MHC-I; HLA-D 相當於MHC-II
a. MHC-I(Ag-TCR)-CD8⁺ T cell---發生在所有細胞(Epithelium, muscle, nerve cell, immune cell, etc)
b. MHC-II(Ag-TCR)-CD4⁺ T cell---只發生在Antigen-presenting cell (APC~如Dendritic cell, macropohage, B cell, etc)
CD8⁺ T cell=Cytotoxic T lymphocyte (CTL); CD4⁺ T cell=Helper T cell (Th)

如圖一左Pathway a 顯示，細胞內由病毒或細胞的Genome產生的內生性病毒蛋白或細胞突變的蛋白(如果過多、合成錯誤、或失去穩定性)可進入Proteasome 分解，某些Small peptide在ER與Class I MHC會合，被Class I MHC帶到細胞膜，若Small peptide被路過的CD8⁺ T cell發現並視為外來抗原，CD8⁺ T cell就會活化去攻擊該細胞(如圖二下方Activated CD8⁺ Tc)，因為那個細胞被病毒感染或是那個細胞本身是癌細胞。CD8⁺ T cell毒殺被病毒感染的細胞後，會分泌Cytokines (如圖二綠箭頭旁的TNF-a, IFN-g)吸引Dendritic cell(DC)過來吞食病毒碎片(如圖一右Pathway b, Exogenous antigen)形成Endosome。病毒碎片在Endosome內被分解成Small peptide，某些Small peptide與Class II MHC會合，被Class II MHC帶到DC的細胞膜上。Dendritic cell也會分泌Cytokines(如圖二綠箭頭旁的IL-1b, IL-6, IL-12, TNF-a等)吸引CD4⁺ T cell過來辨識Class II MHC攜帶的Small peptide，如果被CD4⁺ T cell辨識出是外來抗原，CD4⁺ T cell就會活化，經IL-12及IL-18等Cytokines的協助，分化成Th1 cell。Th1 cell分泌IL-2促使CD8⁺ T cell(CTL)再活化並分裂，Th1 cell也分泌大量IFN-g促使Dendritic cell 更加活化。如此只要病毒感染擴大，免疫反應的循環~~"病毒(細胞)-(CTL-DC-Th1)"~~也會隨之擴大(如圖二)。

     
圖二：免疫反應的循環~~只要病毒持續感染，擴散範圍越大，循環也越大。

Class II MHC 是Antigen-presenting cell(APC)專屬，常見的APC有三種，即Macrophage, Dendritic cell, B cell (Neutrophil最近也被證實在GM-CSF或INF-g的刺激下會分化出具備APC特性的Neutrophil)。Dendritic cell(DC)吞食病毒碎片後可用Class II MHC將病毒抗原訊息傳給CD4⁺ T cell，這是典型的Dendritic cell傳遞抗原訊息的模式。然而DC跟其它細胞一樣有Class I MHC：
Naïve CD8+ T cell若遇到APC以Class I MHC傳來的抗原訊息，會不會活化去攻擊APC？理論上 "會"，但如圖二所示，CD4⁺ T cell可經由CD40L-CD40傳遞抑制CD8⁺ T cell毒殺APC的訊息，DC反而能將病毒的抗原訊息經由Class I MHC傳給Naïve CD8⁺ T cell，活化更多能辨識入侵病毒為外來抗原之CD8⁺ T cell，DC則因CD4⁺ T cell的協助而避免被CD8⁺ T cell攻擊。

回到1970年代的研究：H-2^b MHC genotype 屬於 H-2^dxb genotype，若把H-2^b 的Splenic cell打入H-2^dxb 老鼠腹腔內，照理說不會產生免疫反應，但實驗證明會！H-2^b 的Splenic cell會在H-2^dxb 老鼠身上活化CD8⁺ T cell，Why？因為H-2^b 老鼠的APC在成長過程會吸收外來抗原，經分解處理後Small peptide由H-2^b基因的Class I MHC攜帶，表現在APC胞膜上，若把H-2^b 的Splenic cell打入H-2^dxb 老鼠腹腔內，H-2^dxb 的APC吸收H-2^b Class I MHC所攜帶的Small peptide後，由H-2^d基因的Class I MHC將Small peptide攜走，表現在H-2^dxb-APC胞膜上(圖三, 土黃色箭頭)，若被CD8⁺ T cell發現，CD8⁺ T cell就會活化，這是最早有關APC 對外來抗原具備Cross presentation 的研究，即APC吞入外來抗原後不僅可以經由Class II MHC把抗原訊息傳給CD4⁺ T cell，也能經由Class I MHC把抗原訊息傳給CD8⁺ T cell。這段1970年代的研究在Janeway Immunbiology書中作者仍有簡短的敘述，我相信幾乎沒有醫學生能讀懂那段文字。

 
圖三：APC有三種處理外來抗原的模式
a: 經由病毒或癌細胞Genome產生的蛋白--Proteasome--MHC-I
b: 經由APC吞入的抗原蛋白--Endosome--MHC-II
c: 經由APC吞入的抗原蛋白--Proteasome--MHC-I

APC具備Cross presentation，也給腫瘤免疫提供了完整的解釋：
   
圖四: 位於中間的APC吞入腫瘤抗原(突變的蛋白)，訊息分別以MHC-II傳給CD4⁺ T cell，以MHC-I傳給CD8⁺ T cell。Th cell(CD4⁺ T cell)的TCR若對腫瘤抗原  "有反應" 就會分泌Cytokines去吸引更多T cell及Fibroblast過來對腫瘤進行圍剿：Fibroblast可分泌纖維結締組織，阻撓腫瘤細胞擴散，並包圍腫瘤細胞；Naive CTL(CD8⁺ T cell)可經由APC-MHC-I活化再對腫瘤細胞進行毒殺作用。