正如前面討論的那樣，人體已經形成了非常有效的屏障阻止外來抗原(如細菌或病毒)進入而引發疾病。如果外來異物或抗原(如毒素)進入體內，固有免疫系統的防禦屏障(如吞噬細胞)可能會在B或T細胞遇到抗原之前將其摧毀，並引發適應性免疫反應。很少有外來抗原能在固有免疫的宿主防禦系統中完好無損地存活。如果有，僅需要極少數的B或T細胞抗原受體參與就能啟動保護性適應性免疫反應。
B細胞抗原受體可與入侵的微生物直接相互作用，但αβ TCRs只能識別“處理過的”抗原肽。此外，αβ TCR對外來抗原的識別只有在外來抗原附著在其他細胞的表面時才能完成。(抗原提呈細胞APCs或靶細胞；Fig 10.1)
APC包括巨噬細胞、B細胞和各種樹突狀細胞(第2、12和20章)。樹突狀細胞是APCs中的作用卓越的專職抗原提呈細胞 (BOX 10.1；見第12章和第20章)。這些APCs在吞噬、處理和呈遞細胞外抗原方面非常有效，通常與***刺激分子壹起完成免疫激活過程。抗原肽在APCs中與MHC II類分子結合後呈遞給T細胞(第8章)。
靶細胞是細胞內感染了病原體的任意有核細胞，惡性細胞也可能成為靶細胞。來自細胞內病原體或腫瘤的抗原（內源性抗原）被加工成多肽，然後與MHC I類分子結合後呈遞給T細胞。
T淋巴細胞對抗原的識別是MHC限制性的。T淋巴細胞的主要亞群，輔助性T細胞(CD4+)和細胞毒性T淋巴細胞(CD8+)具有不同的MHC限制性。CD4+T細胞與APC的相互作用是MHC II類分子限制性的，CD8+T細胞與靶細胞的相互作用是MHC I類分子限制性的(第7、8和15章)。抗原轉變成合適長度的多肽並與自身MHC分子結合的過程就稱為抗原處理。
細胞胞質中產生的抗原肽，例如在胞質中復制的病毒和細菌，與I類MHC分子結合，呈遞給CD8+T細胞(第7章)。內體中產生的抗原肽是由細胞外抗原（如毒素）的內吞攝取產生的，或由內體捕獲的微生物（如巨噬細胞吞噬某些細菌）後產生的，可與II類MHC分子結合，進而呈遞給CD4+T細胞。這意味著CD8+T細胞可以監測細胞內環境，而CD4+T細胞可以監測細胞外環境。
抗原所經過的細胞內處理途徑是決定抗原通過I類還是II類MHC分子呈遞的主要因素，而不是由抗原本身的任何特殊性質決定的。
胞外或外源性抗原可能是胞外蛋白，如蛋白質疫苗，也可能是病原體被攝取到內吞體後消化產生的蛋白。這些抗原被加工後最終與MHC II類分子結合呈遞給CD4+T淋巴細胞(Fig 10.2A)。首先，它們必須由APC內化。可溶性抗原被完整地內吞。病原體通過特殊的吞噬過程內化(第21章)，通過這壹過程它們進入內體途徑。有些生物已經進化到可以在內體中生存，如結核分枝桿菌。這些生物位於細胞內，但在某種意義上仍然是細胞外的，因為它們不存在於胞漿中。
隨後，含有抗原的內體會酸化並與溶酶體融合(見Fig 10.2)，然後被細胞蛋白酶降解為不同大小的多肽，最終降解為氨基酸。在這個過程中，產生的肽段(9到30+個氨基酸殘基)可以與MHC II類分子結合。
APC還在內質網中合成新MHC II類分子。這些分子通過高爾基體，最終成為囊泡的壹部分，囊泡從高爾基體脫離，並可與含有自胞外或囊泡來源的抗原肽的內體泡融合。從內質網到高爾基體的途徑中，MHC II類分子的空結合位點受到恒定鏈分子的“保護”，使其不能與其他多肽(如自身多肽)結合。在內體的酸性環境中，這種保護通過蛋白水解作用被消除，而內體中任何合適的肽都可與II類分子結合位點結合。含有被“占據”（結合了抗原）的MHC II類分子的內體隨後被送入外泌體途徑，並與細胞膜融合。通過這種方式，外來抗原可以被呈遞給對應的TCR，並誘導相應的T細胞進行增殖(見Fig 10.2A)。
細胞內或內源性抗原，如病毒蛋白，由“靶細胞”處理，最終在MHC I類分子上呈遞給CD8+T細胞(細胞毒性T淋巴細胞，見Fig 10.2B)。在這種情況下，外源性抗原多肽是在細胞質中產生的。如在病毒感染細胞的細胞質中合成和組裝的病毒蛋白，可能通過細胞中的蛋白降解通路進行分解。在Fig 10.2B中，病毒蛋白正在胞漿中合成。細胞降解機制如蛋白酶體途徑，可能對病毒蛋白分子進行切割，直到形成8到11個殘基的多肽；這種長度的多肽能夠與MHC I類分子結合。許多肽段進壹步降解，使它們變得沒有免疫原性。然而，壹些進入了內質網的合適長度的多肽就可以與MHC I類分子結合。
細胞中含有各種各樣的蛋白酶體，這些蛋白酶體不斷地循環降解利用細胞蛋白。負責降解病原體蛋白的蛋白酶體成分的編碼基因位於MHC大型多功能蛋白酶(LMP)基因中(見Fig 8.1)。在感染過程中，細胞因子幹擾素γ被釋放，可增加LMP的轉錄，因此，在感染期間，病原體的蛋白質分解是增加的。
多肽由抗原遞呈相關轉運蛋白(TAP)的雙鏈分子攜帶進入內質網，它允許多肽穿過內質網的雙層膜結構，並結合在內質網合成的新生MHC I類分子的多肽結合槽中。這些小抗原肽的結合對於MHC I類分子最後階段的組裝至關重要。在沒有肽的情況下，I類分子不能正確折疊，無法轉運到細胞表面。MHC I類分子在高爾基體中完成生物合成，並通過胞外途徑移動到胞膜。在高爾基體與胞膜融合後，抗原肽-MHC I類分子復合物可與帶有能結合這種MHC-抗原復合體的受體的T淋巴細胞(CD8+或細胞毒性T淋巴細胞)相互作用。
值得註意的是，如Fig 10.2所示，抗原與MHC I類或II類分子結合的可能性完全由其通過細胞轉運的途徑決定，並非由抗原的某些特殊性質決定。這種抗原處理方式也解釋了為什麽多糖、脂類和核酸不能被αβ T細胞識別；因為它們沒有經過加工處理使其可以結合到MHC分子的結合槽中。
細胞胞漿來源和內體來源的抗原，分別與MHC I類或II類分子相結合，導致不同T細胞亞群的激活(Fig 10.3和TABLE 10.1)。通過MHC II類分子提呈的細胞外抗原可激活CD4+T細胞。CD4+T細胞是輔助性的，例如，CD4+T細胞可通過激活巨噬細胞或刺激B細胞產生抗體來提供幫助(見Fig 10.3A)。在某些情況下，CD4+T細胞為攜帶抗原的細胞提供幫助。在某些情況下，MHC I類分子/胞內抗原復合物可激活CD8+T細胞，形成可抑制感染的細胞毒性T淋巴細胞。如果不成功，CD8+T細胞將通過誘導細胞雕亡或細胞裂解來殺死靶細胞。
如果病原體可以避免抗原肽被MHC分子識別，他們就能夠避免被適應性免疫系統檢測到。因此，許多病原體能夠幹擾抗原處理的過程。例如，結核分枝桿菌已經獲得了抑制吞噬小體-溶酶體融合的能力。這抑制了它們接觸溶酶體蛋白酶，減少了分枝桿菌多肽與MHC分子結合呈遞到細胞表面的可能性。在病毒中，已發現有幾種病毒可通過幹擾與MHC I類分子的結合來幹擾抗原處理過程。例如，單純皰疹病毒(HSV)可與TAP結合，從而抑制多肽進入內質網，導致可與MHC I類分子結合的HSV多肽變少。某些腺病毒株表達壹種抑制I類MHC分子轉錄的蛋白，從而減少了向CD8+淋巴細胞呈遞腺病毒多肽的MHC I類分子數量。
已經發現的壹些病原體逃避宿主防禦系統檢測的方式反映了宿主和微生物之間的動態交互，因為兩者都試圖生存或繁衍。同樣，醫學研究也正利用對抗原呈遞過程的了解，為病原體介導的疾病開發更好的療法(BOX 10.2)。
樹突狀細胞(DC)構成了壹個對免疫應答，特別是T細胞介導免疫至關重要的細胞系統。DC可比其他類型細胞更有效地呈遞抗原給T細胞。經典DC(cDCs)和漿細胞樣DC(pDCs)是DC的兩種亞型。為了成為好的抗原提呈者，DC經歷了以下適應性的調整：
1.DC具有廣泛的不斷形成和收縮的“樹突”(見Fig2.5)。這增加了對細胞外抗原進行攝取以及與T細胞接觸的表面積。
2.DC具有運動性，它們從骨髓遷移到周圍組織，在那裏獲取細胞外抗原。DC利用Toll樣受體檢測感染。發現感染時，DC會從外周器官遷移到淋巴器官，特別是器官的T細胞區域，比如淋巴結。
3.DC表達非常高水平的主要組織相容性復合體(MHC)II類，這有助於它們向CD4+T細胞呈遞抗原。
4.DC可分泌細胞因子，如cDCs分泌白介素12(IL-12)激活T細胞的T-helper 1亞群(TH1)。pDC分泌幹擾素-α，具有抗病毒作用。
DC作為抗原提呈細胞的重要性促使了相關臨床研究的發展，以探索它們在腫瘤抗原疫苗中的應用。例如，荷載了腫瘤抗原的DC在臨床試驗中用於治療黑色素瘤患者。
內質網膜上發現的肽轉運蛋白TAP由兩個基因TAP-1和TAP-2進行編碼，它們位於MHC II類區域。轉運蛋白是兩種蛋白質TAP-1和TAP-2的異源二聚體。壹些罕見的突變可改變TAP的功能，阻止多肽有效地進入內質網腔。在沒有多肽抗原的情況下，MHC I類分子是不穩定的，只有壹小部分可通過胞外途徑運輸到細胞表面，從而導致MHC I類分子的表達減少，也幹擾了細胞毒性T淋巴細胞的形成。
在攜帶TAP-1或TAP-2突變的人類中，可以觀察到慢性上呼吸道感染。這些患者的體液免疫是完整的，細胞免疫的某些方面也是正常的，如患者的CD4+T細胞可以對抗原做出反應。然而，缺乏I類MHC分子的表達導致細胞毒性T淋巴細胞數量的減少,難以對某些呼吸道病毒產生適當的免疫反應。
大多數疫苗存在這樣的局限性，除非疫苗中包含活的有機體，否則抗原被註射到細胞外空間，這意味著不會出現MHC I類分子的抗原提呈，CD8+T細胞也不會激活。DNA疫苗是標準疫苗技術的替代品，由互補DNA (cDNA)序列組成，編碼可以激活保護性免疫反應的蛋白抗原(如病毒蛋白或腫瘤抗原)。“基因槍”被用來將DNA註射到皮下組織的細胞中，cDNA被轉錄和翻譯，蛋白質分子最終被分解成抗原肽。壹些肽進入內質網，並與MHC I類分子結合。在轉運到細胞表面後，T細胞可在APC表面檢測到它們。目前DNA疫苗療法正在進行評估，以尋找針對HIV的新療法。早期的研究結果表明，這種方法可以對某些抗原產生強烈而持久的免疫反應。此外，由於編碼cDNA的蛋白質在胞漿中合成，這可提供壹種將抗原引入細胞內進行處理的途徑，從而引發I類MHC分子的呈遞，激發CTL反應。標準的疫苗方法，如肌肉註射蛋白質疫苗，將導致蛋白質被引入內吞/II類途徑，最終呈遞給CD4+T細胞，並有可能刺激產生抗體反應。
此外，可以產生其他免疫系統增強劑如細胞因子的cDNAs構建起來也相對容易，將產生這些細胞因子的cDNAs與可產生抗原蛋白的cDNAs的聯合起來使用可能是壹種不錯的療法，在未來有可能廣泛推廣應用。DNA疫苗正在進入乳腺癌、結腸癌和前列腺癌患者的臨床試驗，其他腫瘤相關的DNA疫苗無疑也將緊隨其後。