醫(yī)學(xué)免疫學(xué)--MHC學(xué)習(xí)

1、醫(yī)學(xué)免疫學(xué)-MHC學(xué)習(xí)學(xué)習(xí)要求1掌握MHC、主要組織相容性抗原的概念2掌握HLA抗原分子的結(jié)構(gòu)、組織分布和主要生物學(xué)功能3理解HLA分子和抗原肽的相互作用特點4理解HLA復(fù)合體的基因組成及遺傳特征5了解HLA的醫(yī)學(xué)意義。本章內(nèi)容提要前言第一節(jié) 人類MHC結(jié)構(gòu)及其遺傳特性第二節(jié) 人類MHC產(chǎn)物 HLA分子第三節(jié) HLA與臨床醫(yī)學(xué)4 前 言一、MHC的發(fā)現(xiàn) 自體移植同種同型移植同種異型移植異種移植自體移植同種同型移植同種異型移植異種移植 20世紀(jì)初發(fā)現(xiàn)，在不同種屬或同種不同系的動物個體間進行正常組織或腫瘤移植會出現(xiàn)排斥，它是供者與受者組織不相容的反映。 排斥反應(yīng)本質(zhì)上是一種免疫反應(yīng)，它是由組織表面

2、的同種異型抗原誘導(dǎo)的。這種代表個體特異性的同種異型抗原稱為組織相容性抗原（histocompatibility antigen）或移植抗原（transplantation antigen）。二、基本概念組織相容性異體組織或器官移植時供者與受者的組織相互匹配的程度組織相容性抗原代表個體特異性，引起移植排斥反應(yīng)的同種異型抗原，也稱移植抗原主要組織相容性抗原 機體參與排斥反應(yīng)的抗原系統(tǒng)很多，其中能引起強而迅速排斥反應(yīng)的抗原被稱為主要組織相容性抗原系統(tǒng)（MHS）主要組織相容性復(fù)合體：編碼主要組織相容性抗原系統(tǒng)的緊密聯(lián)鎖的基因群稱為主要組織相容性復(fù)合體（MHC）。小鼠的MHC稱為H-2復(fù)合體。人的MHC

3、稱為HLA復(fù)合體，其編碼的分子表達在人的白細胞表面，稱為人類白細胞抗原（HLA）。即人的主要組織相容性抗原。主要組織相容性復(fù)合體（Major Histocompatibility Complex, MHC ）是存在于脊椎動物某一染色體上編碼主要組織相容性抗原的一組緊密連鎖的基因群，具有提呈抗原、免疫調(diào)節(jié)和參與移植排斥等功能。 HLA復(fù)合體 （human leukocyte antigen complex) 即人的主要組織相容性復(fù)合體，是存在于人的第六號染色體短臂上，編碼主要組織相容性抗原的一組緊密連鎖的基因群，具有提呈抗原、免疫調(diào)節(jié)和參與移植排斥等功能。6 各種脊椎動物的MHC 小鼠MHC -

4、H-2復(fù)合體 H-2抗原 人MHC-HLA復(fù)合體 HLA抗原4（H-2基因）（HLA基因）種MHC名稱小鼠H2(histocompatibility system2)大鼠RT1(AgB)人類HLA(human leukocyte antigens)兔RLA(rabbit leukocyte antigens)豚鼠GPLA(guinea pig leukocyte antigens)家豬SLA(sus domesticus leukocyte antigens)猴RhLA(rhesus macaque leukocyte antigens)不同動物中的MHC名稱第一節(jié) 人類MHC結(jié)構(gòu)及其遺傳特性

5、多態(tài)性：不同個體間的一個基因座位上存在多個等位基因MHC結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜多基因性：基因復(fù)合體由多個緊密相鄰的基因座位組成，編碼產(chǎn)物具有相同或相似的功能。HLA復(fù)合體的基因定位 HLA基因復(fù)合體位于第6號染色體短臂6p21.31，全長3600kb。共有224個基因座位，其中128個為功能性基因。從著絲粒一側(cè)起依次為II、I類基因區(qū)所在位置。HLA復(fù)合體的分類 組成MHC的各種基因目前多以兩種類型加以概括：經(jīng)典的MHC基因免疫功能相關(guān)基因經(jīng)典的類基因和經(jīng)典的類基因：它們的產(chǎn)物具有抗原提呈功能，顯示極為豐富的多態(tài)性，直接參與T細胞的激活和分化，參與調(diào)控適應(yīng)性免疫應(yīng)答免疫功能相關(guān)基因：包括傳統(tǒng)的類基因，以

6、及新近確認(rèn)的多種基因，它們主要參與調(diào)控固有免疫應(yīng)答，不顯示或僅顯示有限的多態(tài)性 一、經(jīng)典的HLA類及類基因1、經(jīng)典HLA類基因：有B、C、A三個基因座位，編碼類分子鏈/重鏈。（輕鏈由15號染色體編碼，稱2-m）HLA-I類抗原 分子結(jié)構(gòu)： (1) 抗原結(jié)合槽（1/2）：結(jié)合抗原肽 (2) IgSF結(jié)構(gòu)域（3）：與CD8結(jié)合 (3) 跨膜區(qū): 固定HLA-I類抗原于膜上 (4) 胞漿區(qū): 信號轉(zhuǎn)導(dǎo) (5) 2微球蛋白：維持I類分子空間構(gòu)型的 穩(wěn)定性CD8+CTL28鏈2m鏈2、經(jīng)典HLA類基因：由DP、DQ、DR三個亞區(qū)組成。每個亞區(qū)又包括A、B兩種功能基因座位，分別編碼類分子的鏈、鏈。HLA-

7、類抗原 分子結(jié)構(gòu)： (1) 抗原結(jié)合槽(1/1)：結(jié)合抗原肽 (2) IgSF結(jié)構(gòu)域(2/2)：與CD4結(jié)合 (3) 跨膜區(qū)：固定HLA類抗原于膜上 (4) 胞漿區(qū)：信號轉(zhuǎn)導(dǎo)CD4+Th35鏈鏈二、免疫功能相關(guān)基因 （一）血清補體成份編碼基因坐落在HLA類基因區(qū)表達產(chǎn)物為C4B、C4A、Bf 和C2等補體組分（二）抗原加工提呈相關(guān)基因：坐落在HLA類基因區(qū) 1蛋白酶體亞單位 (proteasome subunit beta type, PSMB) 基因包括PSMB8和PSMB9（舊稱LMP2和LMP7）編碼胞質(zhì)溶膠中蛋白酶體亞單位成分 2抗原加工相關(guān)轉(zhuǎn)運物（transporters assoc

8、iated with antigen processing,TAP）基因 3HLA-DM基因 包括DMA和DMB座位其產(chǎn)物參與APC對外源性抗原的加工提呈 4HLA-DO基因 包括DOA和DOB兩個座位，分別編碼DO分子的鏈和鏈DO分子是DM功能的負向調(diào)節(jié)蛋白 5TAP相關(guān)蛋白基因其產(chǎn)物稱tapasin，即TAP相關(guān)蛋白(TAP-associated protein)參與I類分子在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中的裝配和內(nèi)源性抗原加工提呈（三）非經(jīng)典類基因：又稱HLAb，即b型類基因，包括HLA-E、HLA-F、HLA-G等。與之相對應(yīng)，經(jīng)典的類基因也可稱為a型類基因，簡稱HLAa。1、HLA-E：產(chǎn)物由重鏈（鏈）和

9、2-m組成HLA-E分子可表達于各種組織細胞，在羊膜和滋養(yǎng)層細胞表面高表達其抗原結(jié)合槽能結(jié)合來自HLA-a和一些HLA-G分子中由9個氨基酸殘基組成的信號肽，構(gòu)成復(fù)合物功能上，HLA-E分子是表達于NK細胞C型凝集素受體家族（CD94/NKG2）的專一性配體。HLA-E/信號肽復(fù)合物與抑制性受體（CD94/NKG2A）結(jié)合的親和力明顯高于和激活性受體（CD94/NKG2C）結(jié)合的親和力，造成生理條件下，NK細胞處于抑制狀態(tài)。這在病毒逃避免疫監(jiān)視和母胎耐受形成中可能起重要的作用。2、HLA-G：結(jié)構(gòu)和經(jīng)典性HLA-A2基因高度同源，由重鏈和2-m組成HLA-G分子主要分布于母胎界面絨毛外滋養(yǎng)層細

10、胞，在母胎耐受中發(fā)揮功能專一性受體屬于殺傷細胞免疫球蛋白樣受體（KIR）家族中某些成員 （四）炎癥相關(guān)基因：坐落在HLA 類基因區(qū)靠類基因一側(cè) 1腫瘤壞死因子基因家族 2轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)基因或類轉(zhuǎn)錄因子基因家族：包括類I-B基因，可參與調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄因子NF-B的活性。屬于這一基因家族的還有B144基因和鋅指基因ZNF等。 3MHC類相關(guān)基因(MIC)家族：包括MICA和MICB基因。MIC是NK細胞激活性受體NKG2D的配體，不同的MICA等位基因在啟動NK殺傷活性上可能存在差異。 4熱休克蛋白基因家族：包括HSP70基因，其產(chǎn)物參與炎癥和應(yīng)激反應(yīng)，并作為分子伴侶在內(nèi)源性抗原的加工提呈中發(fā)揮作用。 三、人

11、類MHC的遺傳特點一、HLA的多態(tài)性 多態(tài)性(polymorphism)：指一個基因座位上存在多個等位基因(allele)。注：對某一個人而言，某一座位只能有兩個等位基因，分別出現(xiàn)在來自父母方的同源染色體上。 HLA的多態(tài)性是一個群體概念，指群體中不同個體在等位基因擁有狀態(tài)上存在差別多態(tài)性和前面提到的多基因現(xiàn)象，是從不同水平對MHC的多樣性進行描述：多基因性著重于同一個個體中MHC基因座位的變化；而多態(tài)性指群體中各座位等位基因數(shù)量的變化 HLA是人體多態(tài)性最豐富的基因系統(tǒng) HLA復(fù)合體等位基因數(shù)已知2641個，最多是HLA-B（805）和HLA-DRB1（527）。HLA多態(tài)性的產(chǎn)生及其意義

12、HLA多態(tài)性的產(chǎn)生機制： HLA基因結(jié)構(gòu)變異（基因突變/重組/轉(zhuǎn)換）新等位基因 群體中積累多態(tài)性HLA多態(tài)性的意義： 使物種能對付多變的環(huán)境及各種病原體的侵襲43自然選擇 HLA的表達具有共顯性 即同源染色體對應(yīng)座位上的兩個等位基因皆能得到表達。 一個免疫細胞的表面通?？梢詸z測到分別來自父母雙方六對共12種HLA類和類等位基因分子即HLA抗原。二、連鎖不平衡和單體型各種等位基因在人群中以一定的頻率出現(xiàn)。例如DRB1*0901和DQB1*0701在北方漢族人中的頻率分別是15.6%和21.9%按隨機分配規(guī)律，兩個等位基因同時出現(xiàn)在一條染色體上的機率是兩者頻率的乘積（0.1560.2190.034

13、），然而實際上兩者同時出現(xiàn)的頻率是理論值的3.3倍。此現(xiàn)象稱為連鎖不平衡連鎖不平衡：指分屬兩個或兩個以上基因座位的等位基因，同時出現(xiàn)在一條染色體上的機率高于隨機出現(xiàn)的頻率。單體型（haplotype）指的是染色體上MHC不同座位等位基因的特定組合。B7C9A11DP1DQ3DR5B8C10A12DP2DQ4DR6單體型遺傳方式是指HLA復(fù)合體中，同一染色體上緊密連鎖的等位基因很少發(fā)生同源染色體間的交換，以一完整的遺傳單體型由親代傳給子代；某些單體型在群體中有可能呈現(xiàn)較高的頻率，并較之單一座位的HLA基因型別更能顯示人種和地理族群特有的群體基因結(jié)構(gòu)。如：中國漢族人特征性的HLA單元型主要有A2-

14、B46-Cw3-DR9-DQ9-Dw23及A33-B17-Cw2-DR3-DQ2-Dw3等。檢測單體型比分析單一的等位基因頻率，更有助于從無血緣關(guān)系人群中搜尋HLA相匹配的器官移植供者。第二節(jié) 人類MHC產(chǎn)物-HLA分子HLAI類抗原組織分布： 所有有核細胞(神經(jīng)細胞/滋養(yǎng)層細胞例外) 血小板、網(wǎng)織紅細胞功能： 識別和提呈內(nèi)源性抗原肽 結(jié)合CD8，限制CTL識別細胞 27一、HLA分子的分布 HLAII抗原組織分布： 專職APC（B細胞、DC、 M）、胸腺上皮細胞、激活的T細胞等。功能： 識別和提呈外源性抗原肽 結(jié)合CD4，限制Th識別細胞二、HLA分子的結(jié)構(gòu)及其與抗原肽的相互作用（一）、HL

15、A分子的結(jié)構(gòu)MHC類抗原的結(jié)合凹槽：1、2各折疊成一個螺旋（凹槽壁）及4條片層（凹槽底）。能結(jié)合其上的抗原肽長度為810個氨基酸殘基，多為9個氨基酸殘基組成。 MHC類抗原的結(jié)合凹槽：1、1各折疊成一個螺旋（凹槽壁）及4條片層（凹槽底）。能結(jié)合其上的抗原肽長度為1317個氨基酸殘基或更長。凹槽兩端開放。（二）、HLA與抗原肽的相互作用（了解）4447錨定位: HLA分子肽結(jié)合槽內(nèi)與抗原肽特定氨基酸殘基結(jié)合的部位。 錨定殘基: 能與HLA分子肽結(jié)合槽內(nèi)錨定位結(jié)合的抗原肽特定氨基酸殘基。 進入HLA-A*0201分子凹槽中的9肽 (或10肽) 有兩個錨定位：第2位(P2)皆為亮氨酸(L)或甲硫氨酸

16、(M)；而第九位(P9)皆為亮氨酸(L)和纈氨酸(V)。因此，HLA*0201分子所接納的抗原肽有一個顯示特征的共同基序，即x-L/M-x-x-x-x-x-x-L/V（x 代表任意氨基酸殘基）。該處錨定位是P2和P9，錨定殘基分別是L/M和L/V，而中間P3P8的殘基組成帶有較大的任意性。同樣情況見于圖中HLA-B*2705所結(jié)合的9肽。這表明，MHC分子通過特定的共同基序顯示和抗原肽結(jié)合的專一性。 Ag肽和MHC分子相互作用的特點（一）專一性 特定的MHC分子只可選擇地結(jié)合抗原肽的共同基序54MHC分子和Ag肽結(jié)合的專一性 （二）包容性 一類MHC分子識別一群帶有共同基序的肽段X-L/M-X

17、-X-X-X-X-X-L/V的抗原肽 表現(xiàn)在： “X”氨基酸順序和結(jié)構(gòu)可變； 某一錨定殘基往往不止一種氨基酸; 不同MHC分子所接納的Ag肽，可擁有相似的共同基序。MHC分子和Ag肽結(jié)合的包容性三、HLA分子的功能（一）作為抗原提呈分子參與適應(yīng)性免疫應(yīng)答 T細胞以其TCR實現(xiàn)對抗原肽和MHC分子的雙重識別。由此形成T細胞在抗原識別和發(fā)揮效應(yīng)功能中的MHC限制性。 被MHC分子結(jié)合并提呈的成份，可以是自身抗原，甚至是MHC分子本身。由此，MHC參與構(gòu)成自身免疫性（autoimmunity），參與對非己MHC抗原的應(yīng)答，并參與T細胞在胸腺中的選擇和分化。 MHC是疾病易感性個體差異的主要決定者 M

18、HC參與構(gòu)成種群基因結(jié)構(gòu)的異質(zhì)性。（二）、作為調(diào)節(jié)分子參與固有免疫應(yīng)答主要表現(xiàn)在以下方面：1經(jīng)典的類基因為補體成份編碼，參與炎癥反應(yīng)、對病原體的殺傷和免疫性疾病的發(fā)生。2非經(jīng)典類基因和MICA基因產(chǎn)物可作為配體分子，以不同的親和力結(jié)合激活性和抑制性受體，調(diào)節(jié)NK細胞和部分殺傷細胞的活性。3炎癥相關(guān)基因參與啟動和調(diào)控炎癥反應(yīng)，并在應(yīng)激反應(yīng)中發(fā)揮作用。 第三節(jié) HLA與臨床醫(yī)學(xué)一、HLA與器官移植 最重要位點： HLA-DR, B, A 移植后存活率的機率: 同卵雙生同胞親子非親緣關(guān)系 56二、HLA分子的異常表達與疾病 1、類分子的異常表達 惡變細胞類分子 激活CD8+CTL 腫瘤逃脫免疫監(jiān)視 2、 類分子的異常表達 上皮細胞被誘導(dǎo)表達類分子 某些自身免疫病。57 三