医学免疫学教案第08章mhc

一、题目 主要组织相容性复合体及其编码分子，固有免疫的细胞 二、对象 2006 级本科 三、课时目标 与 课时分配 1MHC 结构及其多基因特性（20 分钟） 2MHC 的多肽性（40 分钟） 3MHC 分子和抗原肽的相互作用及其与临床的关系（30 分钟） 4 固有免疫的组成细胞（30） 共计 120 分钟 四、授课重点 MHC 的结构及其特点。 MHC 的多态性 MHC 在免疫应答中的作用 五、授课难点 MHC 在免疫应答中的作用 巨噬细胞和 NK 细胞对病原体的识别和杀伤机制 六、授课形式 大班理论课 七、授课方法 与 课前准备 启发示教学与讲授相结合，课堂讨论与提问相结合。 收集相关文献、材料，制作 PPT。 八、参考书 医学免疫学第三版，陈慰峰主编。 细胞和分子免疫学金 伯 泉 医学免疫学龚非力 九、思考题 MHC 在免疫应答中的作用 巨噬细胞和 NK 细胞对病原体的识别和杀伤机制 自身免疫病的相关致病因素有哪些？ 十、教研室审查 意见 主任签字 新乡医学院医学免疫学 教研室 2007 年 9 月 基本内容 教学手段和 教学组织 第八章 主要组织相容性复合体 概述 主要组织相容性复合体（major histocompatibility complex，MHC ）在免疫应答的发生与调节中均有十分重要的 作用。 实验发现：在同系小鼠间进行皮肤组织移植，不排斥，即 组织相容；在不同近交系小鼠间进行皮肤组织移植，则发生排 斥。 用同类系小鼠（两个品系之间仅有一个或一群基因不同） 的实验证实，第 17 号染色体编码小鼠血型抗原的基因与移 植排斥有关，该基因命名为组织相容性-2（histocompatibility- 2，H-2 ） 。 与 H-2 紧密连锁的几个基因均与组织相容性有关，共同命 名为主要组织相容性复合体，即 MHC。 小鼠的 MHC 称为 H-2 复合体。 人类的 MHC 通常称为 HLA 基因或 HLA 复合体，存在于 第 6 号染色体上。其编码的分子表达于白细胞上，称为人类白 细胞抗原（human leucocyte antigen，HLA） 。为和基因区分常 称为 HLA 分子或 HLA 抗原。 现在认为，MHC 是由一群紧密连锁的基因群组成，定位 于动物或人某对染色体的特定区域，呈高度多态性。其编码的 分子表达于不同细胞表面，参与抗原递呈、制约细胞间相互识 别及诱导免疫应答。 第一节 MHC 的结构与特点 一、MHC 的基因组成 MHC 结构十分复杂，表现为多基因性和多态性。 （一）小鼠的 MHC 基因（H-2 复合体） 1.定位 第 17 号染色体， 2.分区 分为、类基因区。 类基因区有 K、D、L 3 个座位， 类基因区（即 Ir 基因）有 4 个座位，分别编码 A、A、E 和 E 四条肽链，组成 I-A 和 I-E 等类分 子。 类基因区编码血清补体成分。 （二） 人类 MHC 基因（.HLA 复 合体） 1.定位 第 6 号染色体的短臂 2.分区 分、类基因区。 类基因区中 A、B、C 基因座为经典 类基因，余为非 简述主要组 织相容性复 合体在免疫 应答的发生 与调节中的 作用 见图 见图 新乡医学院理论课教案 课程名称：医学免疫学 经典基因； 类基因区包括 3 个经典类基因，余为非经典基因及某 些免疫功能相关基因； 类基因区包括编码补体 C4、C2、B 因子的基因及某些 炎症相关的基因。 经典 MHC 基因具有高度多态性，决定个体组织特异性， 其编码的分子直接参与抗原递呈。 3.组成 （1）.经典 MHC 基因 1经典 MHC类基因（Ia 基因） 包括 A、B、C 3 个座位。编码 HLA-类分子。 5端有 1 个编码信号肽的外显子，其下游的 3 个外显子， 分别编码重链（ 链）胞外区的 1、2 和 3 结构域，其 后的数个外显子分别编码跨膜区和胞浆内区。 类基因编码的 链与第 15 号染色体编码的 2 微球蛋 白（2-microglobulin， 2m）非共价结合而成 类分子。 2经典 MHC类基因 包括 HLA-DP、-DQ 、-DR 3 个亚区。编码 HLA-类分子。 每个基因有 67 个外显子，分别编码类分子 链或 链的相应结构域，组成 DP-DP、DQ-Dq 和 DR- DR 3 种异二聚体分子。 （2）免疫功能相关基因 此类基因通常不显示或仅显示有限的多态性，其基因产物 不直接递呈抗原，但在抗原的加工和胞内运转、免疫应答和免 疫调节中发挥重要作用。 1 编码补体成分的基因 2 抗原加工递呈相关基因 位于类基因区。 低分子量多肽基因（LMP） 包括 LMP2 和 LMP7 两个 座位，编码胞质中蛋白酶体的亚单位，参与对内源性抗原的酶 解。 抗原肽转运体基因（TAP） 包括 TAP1 和 TAP2 两个座 位，其编码分子 TAP 是内质网上的异二聚体分子，参与内源 性抗原肽的转运，使经蛋白酶体降解的抗原肽从胞质中进入内 质网腔，与新合成的 MHC类分子结合。 HLA-DM、HLA-DO 基因 为非经典基因。 DM 包括 DMA 和 DMB 两个座位，其编码的分子 HLA- DM 参与外源性抗原肽与 MHC类分子结合的过程。 DO 基因有 DOA 和 DOB 两个座位，其编码分子 HLA-DO 是 HLA-DM 功能的负调节因子。 TAP 相关蛋白基因 其产物 TAP 参与内源性抗原的加 工和递呈。 （3）非经典类基因* 又称 Ib 基因，在 HLA 复合体中 难点 见图 利用动画演 示 包括 HLA-E、-F、-G、-H 等。目前研究较多的为 HLA-E 和 HLA-G 基因。 1 HLA-E 基因 位于 HLA-C、-B 座位之间，已发现有 5 个等位基因。 编码 HLA-E 分子。 HLA-E 分子的结构与经典 I 类分子相似，也与 2M 非共 价结合而成。 HLA-E 分子与维持母胎界面稳定有关，病毒感染细胞与肿 瘤细胞可通过表达 HLA-E 分子逃避免疫监视。 2HLA-G 基因 位于 HLA-H 和 HLA-F 座位之间，已发现 16 个等位基因。 编码 HLA-G 分子。 HLA-G 分子的结构与经典 I 类分子相似。 生物学功能：膜性和可溶性 HLA-G 分子均可与子宫蜕膜 NK 细胞的抑制性受体结合，诱导免疫抑制活性而保护胚胎。 可能参与妊娠期血管生成。可能参与胸腺细胞选择的某些过 程。一定条件，对 HLA-E 的表达有调控作用。 （4）炎症相关基因* 1肿瘤坏死因子基因家族 其产物参与炎症、抗病毒和 抗肿瘤免疫应答。 2热休克蛋白基因家族 其基因产物（如 HSP70）参与炎 症和应激反应，并作为分子伴侣在内源性抗原的加工、递呈中 发挥作用。 3MHC类相关基因家族 其产物与 HSP 的作用密切相 关。 4 转录调节基因或类转录因子基因家族（ KB 样基因、 B144 基因、锌指基因 ZNF173 和 ZNF178）等，参与调节 DNA 结合因子 NF-KB 的活性。 二、MHC 的遗传特点 （一）单元型遗传 HLA 单元型是指同一条染色体上不同 HLA 座位等位基因 的组合。 通常以一个完整的遗传单位由亲代传给子代。称之为单元 型遗传。 个体中的两个 HLA 单元型（分别来自父亲和母亲）组成 HLA 基因型。 基因型表达产物构成该个体 HLA 抗原的特异性型别，称 为 HLA 表型。 （二）多态性 一个个体，染色体某一基因座位最多只能有两个等位基因， 分别出现在来自父母双方的同源染色体上。在随机婚配的群体 中，染色体同一基因座位上存在多个等位基因，这就是多态性。 见图 新乡医学院理论课教案 课程名称：医学免疫学 多态性可导致群体中不同个体所拥有的等位基因的差别。 多态性和前面提及的多基因性是从不同水平对 MHC 的多样性 进行描述，多基因性着重于同一个个体中 MHC 基因座位的变 化，而多态性是指群体中各座位等位基因的变化。 现知 HLA 复合体是人体多态性最为明显的基因系统。 HLA 多态性形成的原因主要有：一是 HLA 基因结构变异， 二是复等位基因，三是共显性表达。 HLA 复合体的高度多态性具有重要的生物学意义： 1. 赋予种群适应多变的环境条件 2. 实现对机体免疫应答的遗传控制 个体的遗传背景决 定了其对特定抗原是否产生应答，以及应答水平的强 弱。 3. 使 MHC 成为个体的终身遗传标志 4. 增加了寻找合适同种器官移植供者的难度。 （三）连锁不平衡 HLA 复合体等位基因在人群中有各自的基因频率。 基因频率是指群体中携带某一等位基因的个体数目与携带 该基因座位各等位基因个体数目总和的比例。 由于 HLA 复合体各座位的等位基因紧密连锁，使得实际 上各基因并非随机地组成单元型，某些等位基因经常（或很少） 连锁在一起，从而出现连锁不平衡。 连锁不平衡的存在告诉人们在寻找调控免疫应答或决定疾 病易感性基因的时候，不要被假象所迷惑，应根据连锁分析， 找出疾病关联的主要、次要成分。 第二节 MHC 分子的结构与功能 一、MHC 分子的结构与分布 （一）MHC 分子的结构 1. MHC类分子 链和 2m 非共价结合的异二聚体分子。 1 链由胞外区、跨膜区和胞内区组成。 胞外区：折叠成 1、2 和 3 三个结构域，各有 90 个 氨基酸残基。 1 和 2 结构域组成肽结合槽， 片层为槽底，两侧为 螺旋，槽两端封闭，可容纳 812 个氨基酸残基组成的抗原 肽。组成槽的氨基酸变化大，是类分子多态性的基础。 3 的序列高度保守，与 Ig 的 C 区同源，属免疫球蛋白超 家族。3 结构域与 2m 非共价结合，各自形成反向平行的 片层。3 能与 T 细胞表达的 CD8 分子相互作用，参与诱 导 T 细胞的活化。 跨膜区以螺旋状穿过胞膜脂质双层，其后的 30 个氨基酸 位于胞浆中，将类分子锚于细胞膜。 难点 重点提示 见图 22m 无种属特异性，通过与 链的相互作用，对类 分子的表达和维持类分子 链天然构象的稳定性有重要意 义。 2. MHC类分子 链和 链非共价结合的异二聚体分子。两条肽链均由 胞外区、跨膜区和胞内区组成。 1 胞外区 各含两个结构域，即 1、2 和 1 和 2。 1 和 1 组成肽结合槽， 片层为槽底，两侧为 螺 旋，槽两端开放，可容纳 1317 个甚至更多氨基酸残基组成的 抗原肽。槽外侧可结合超抗原。组成槽的氨基酸变化大，是 类分子多态性的基础。 2 和 2 结构域无多态性，属免疫球蛋白超家族。2 结构域能结合 T 细胞表达的 CD4 分子。 2 跨膜区 、胞内区 作用似类分子。 （二）MHC 分子的分布与调节 1. 经典 MHC类分子 广泛分布于所有有核细胞表面，包括血小板和网织红细胞。 各种细胞表达密度不同，以淋巴细胞密度最高。少数细胞 如分化某一阶段的滋养层细胞、神经原和精细胞不表达类分 子。 2. 经典 MHC类分子 主要分布于单核/巨噬细胞（Mon/M） 、树突状细胞 （DC）和 B 细胞等抗原递呈细胞（APC ）表面。 其表达水平与细胞分化及抗原刺激有关，如 DC 和成熟 B 细胞高表达，前 B 细胞不表达等。某些情况下，活化的 T 细胞、 胸腺上皮细胞、血管内皮细胞等也表达。 MHC、类分子主要以跨膜分子形式分布于细胞表面， 也可出现于体液中（可溶性 MHC、类分子） 。 参见 MHC 、类分子的分子结构、分布、功能比较表。 二、MHC 分子的生物学功能 （一）MHC 分子是抗原递呈分子 引起 T 细胞应答的内源性抗原或外源性抗原，都需经 APC 处理成抗原肽，并与 MHC 分子结合成 MHC-肽复合体，表达 于胞膜，才能被 T 细胞识别，引起各种免疫应答。 1. MHC 分子与抗原肽相互作用的分子基础 能诱导 T 细胞免疫应答的任一抗原肽必需含有某些能与 MHC 分子肽结合槽相结合的氨基酸残基和另一些被 T 细胞识 别的残基。 分析发现，与 MHC类分子结合的抗原肽往往带有 2 个 或 2 个以上专司与肽结合槽相结合的部位，称为锚定位。该处 难点 新乡医学院理论课教案 课程名称：医学免疫学 的氨基酸残基称为锚定残基。与同一型别 MHC类分子相结 合的不同抗原肽，其锚定位和锚定残基往往相同或相似。 MHC类分子肽结合槽的底部有数个接纳抗原肽锚定残基 的相应结构，称为小袋（由多态性残基构成） 。小袋与相应的 锚定残基侧链互补结合，将抗原肽锚定在类分子的肽结合槽 内，部分非锚定残基可向上拱起，其侧链供 T 细胞识别。 见图 抗原肽 MHC 分子 锚定残基 小袋 （锚定位） 2. MHC 分子与抗原肽相互作用的特点与意义 （1） MHC 接纳与递呈抗原肽有 一定的选择性 小袋可选择性结合不同的抗原肽。这种选择性可导致不同 个体对同一抗原出现免疫应答强弱的差异。 （2） MHC 分子接纳和递呈抗原 肽具有相当的灵活性 MHC 分子对抗原肽的识别并无严格的专一性，而是一种 MHC 分子可以识别并结合带有特征性共同基序一群肽段，由此显示 两者相互作用的灵活性。 见图 这种灵活性可导致某一个体对不同抗原均出现免疫应答。 （3） MHC 分子与抗原肽结合具 有低亲和性 二者结合与解离均很缓慢，一旦结合，可维持数小时甚至 数天，这将确保被 T 细胞识别。 （二）参与 T 细胞分化及中枢性免疫耐受的建立 （三）MHC 限制性 TCR 在识别抗原肽的同时，必需识别自身 MHC 分子，此 即 MHC 限制性 。 现知 MHC 分子肽结合槽 螺旋的多态性残基正是 TCR 的识别配体。TCR 必须同时识别相应的抗原肽和相应的 MHC 分子肽结合槽 螺旋的多态性残基，才能诱导 T 细胞活化； 如果抗原肽不同或 MHC 分子肽结合槽 螺旋的多态性残基不 同，TCR 就不能识别。 第四节 HLA 等位基因分型技术简介 MHC 表型的检测： 血清学分型技术和细胞学分型技术 目前对 HLA类分子的检测仍可用血清学分型技术。细胞学 分型技术已基本淘汰。 HLA 等位基因分型技术： 1. 多聚酶链反应-限制性片段长度多态性（PCR-RFLP）技 术 2. 多聚酶链反应-序列特异性寡核苷酸探针（PCR- SSOR）技术 3. 聚合酶链反应-序列特异性引物（PCR-SSP）技术 4. 多聚酶链反应-单链构象多态性（PCR-SSCP）技术 5. 多聚酶链反应-指纹图谱（PCR-fingerprinting）技术 第五节 HLA 与医学 HLA 与疾病的关系 （一） HLA 与疾病的相关性 （二） 通常用关联进行研究。关联 是指两个遗传学性状在群体中同时出现呈非随机分 布，以相对危险率来评估（见 P54 表 5-3） 。 （三） HLA 表达异常与某些疾病 的关系 1. HLA类分子表达异常 肿瘤细胞表面表达 HLA类 分子缺失或密度降低，或 HLA 型别变异，使 Tc 不能对其识别。 2. HLA类分子表达异常 裸淋巴细胞综合征患者的 B 细 胞及其他 APC 细胞表面，HLA类分子表达缺陷， APC 抗原 递呈功能障碍