7.HLA-MHC分子.ppt

第七章,主要组织相容性抗原,2.组织相容性抗原（移植抗原）,基本概念,1.组织相容性,5.主要组织相容性复合体（MHC),4.次要组织相容性抗原系统 （mHS),3.主要组织相容性抗原系统(MHS),1.组织相容性,是指不同个体间组织移植时供者与受者双方相互接受的程度。,2.组织相容性（移植）抗原,代表个体特异性的同种抗原称为移植抗原或组织相容性抗原。即 两个遗传不同的个体之间进行移植时，存在于组织或细胞上的决定排斥反应的抗原。,3.主要组织相容性抗原系统(MHS),主要组织相容性抗原：能够引起急性移植排斥反应（强而迅速的排斥反应）的同种异型抗原称为主要组织相容性抗原， 在排斥反应中是最重要的。 分布：人类主要组织相容性抗原分布在人体所有有核细胞表面。由于该抗原首先在白细胞表面被发现,并且白细胞是进行此类抗原研究的最适宜材料来源,故人类主要组织相容性抗原称为人白细胞抗原(HLA)。 主要组织相容性抗原包括多个系列,组成复杂的抗原系统。,4.次要组织相容性抗原系统 （mHS),引起较弱排斥反应的抗原被称为次要组织相容性抗原。,5.主要组织相容性复合体（MHC),概念：是脊椎动物某一染色体上编码主要组织相容性抗原、控制免疫细胞间相互识别、调节免疫应答，并且决定个体组织相容性的一组紧密连锁的基因群。 命名：在不同种属的哺乳类动物中, MHC编码的抗原系统有不同的命名如小鼠 MHC分子 = H-2、人 MHC 分子= HLA。但它们的组成、结构、分布和功能等相似。 概念区分： MHC、H-2复合体、HLA复合体-基因（DNA） MHC分子、H-2分子、HLA分子-抗原（蛋白质）,第一节 HLA复合体,一.HLA复合体的基因结构 二.HLA复合体的遗传特征,一.HLA复合体的基因结构,位置：位于第6对染色体短臂，共3600kb， 分类： 按基因座在染色体上的位置分为： HLA 类、 HLA 类、 HLA 类基因区 按编码产物的功能分为： 经典HLA基因免疫功能相关基因免疫无关基因,1.HLA 类基因,经典的HLA类基因：HLA-A、HLA-B、HLA-C三个基因座位，参与内源性抗原的递呈和免疫调控 非经典的HLA类基因：HLA-E、HLA-F、HLA-G等基因座位，参与免疫调控 MHC类相关链基因（MIC）：功能基因和假基因,2. HLA II类基因,经典的HLA II类基因：HLA-DP、HLA-DQ、HLA-DR亚区，参与外源性抗原的递呈和免疫调控 抗原加工相关基因： HLA-DM：HLA-DMA/DMB-正调作用 HLA-DO：HLA-DOA/DOB-负调作用 抗原加工相关基因编码产物： 抗原肽转运肽（TAP）：参与内源性抗原肽的转运 低分子量多肽（LMP）：参与内源性抗原的酶解,LMP-2， LMP-7,3. HLA 类基因,中央区基因：位于HLA 类和 类基因之间 HLA III类基因包括： 补体成分C4、C2、Bf等基因 21羟化酶基因（CYP21A，B） 肿瘤坏死因子（TNF、）基因 热休克蛋白70（HSP70）基因 BAT1-9等转录基因。,二.HLA复合体的遗传特征,（一）多基因性 （二）多态性 （三）单元型遗传和连锁不平衡 其中最显著的是多态性，从而具有极为复杂的多样性。从遗传水平上调控免疫应答功能。,（一）多基因性,HLA复合体具有多基因性，即在同一个体中，HLA复合体基因座位在数量和结构上具有多样性。 HLA基因座位按其产物的功能被分为三群，即经典HLA基因、免疫功能相关基因以及免疫无关基因。 HLA基因座按在染色体上的位置分为HLA-I、HLA-II和HLA-III类基因区。 HLA-I类基因区含数十个基因座, 如HLA-A、-B、-C 等。 HLA-类基因区含数十个基因座，如HLA-DR、-DP和-DQ等。,（二）多态性,多态性：是指在一随机婚配的群体中, 染色体同一基因座位有两种以上基因型,即可能编码二种以上的产物。 HLA复合体是人体最复杂的基因复合体,有高度的多态性。从群体中各基因座位等位基因（及其产物）的数量构成上，反映HLA复合体的高度多样性。 HLA复合体的多态性现象主要由于其有独特的遗传特征。,1.复等位基因众多,等位基因：位于一对同源染色体上对应位置的一对基因称为等位基因。 复等位基因：由于群体中的突变,同一座位所可能出现的基因系列称为复等位基因。 HLA复合体的每一座位均存在为数众多的复等位基因。 如表7-1 P74 即使仅以HLA-I和II类12个主要的功能基因计算，在随机组合的情况下人群中可能出现10 个HLA基因型。,8-10,2.多基因性,经典HLA基因座有6个： HLA-I类基因座有HLA-A、-B、-C HLA-类基因座有HLA-DR、 -DQ 、-DP,3.共显性遗传,共显性：一对同源染色体上同一基因座位的每一对等位基因均为显性称为共显性。 HLA基因均为显性基因，都能编码相应的抗原分子表达于细胞膜上，从而大大增加了人群中的HLA表型的多样性，达到10 数量级。 除了同卵孪生者外，无关个体间HLA型别完全相同的可能性小。,7,(三) 单元型遗传和连锁不平衡,基因型：指HLA基因在体细胞两条染色体上的组合。 表型：指某一个体HLA抗原的特异性型别。 单元型：指HLA基因在同一条染色体上的组合。 在HLA复合体中，同一染色体上紧密连锁的等位基因很少发生同源染色体间的交换,构成一个单元型。 在遗传过程中,HLA单元型作为一个完整的遗传单位由亲代传给子代。 HLA 单元型终生不变，可作为个体的遗传标志。,单元型遗传,人是二倍体动物,子代的两个HLA单元型分别来自父母双方。 父母、同胞间HLA单元型型别会出现四种可能性： 亲代与子代之间必然而且只能有一个单元型相同 同胞间两个单元型完全相同的率为25%； 同胞间两个单元型完全不同的机率为25%; 同胞间一个单元型相同的机率为50%。 这一遗传特点在器官移植供者的选择以及法医的亲子鉴定中得到应用。,连锁不平衡,HLA多基因座位组成单体型时，并非完全随机组合，某些基因比其他基因连锁在一起的频率高或低，这种现象叫连锁不平衡。 是群体中各HLA等位基因非随机地组成单元型的现象。 连锁不平衡可能导致某些个体间MHC相似甚至完全相同。,第二节 HLA分子结构及功能,一、HLA分子结构 二、抗原肽- HLA分子复合物 三、HLA分子的表达 四、MHC分子的生物学功能,（一）HLA- I类分子,链： HLA-I类基因编码 链： 2m，非HLA-I类基因编码（15#）,（一）HLA- I类分子,HLA-I类分子由链和2m非共价结合组成 分为四区： 1.抗原肽结合区：1+ 2 与抗原肽结合的部位，多态性区域，决定了肽类结合及细胞识别的特异性和亲和力。 2.非多态区（免疫球蛋白样区）：3+ 2m 与免疫球蛋白的恒定区有同源性。3：MHC-I类分子与CD8类分子结合的部位：2m：维持的天然构形及其分子表达。 3.跨膜区：将HLA-I类分子固定于细胞膜上 4.胞浆区：与细胞内外信息传递有关。,HLA- I类分子的抗原结合槽,由1和2组成的肽结合区，两端呈封闭状态 由2个螺旋和8个片层组成 容纳810个氨基酸残基组成的抗原肽 结合、递呈内源性抗原肽给CD8+T细胞 多态性区：决定HLA类分子多态性的主要部位,1,2,3,链：34 kDa 链：29 kDa,（二）HLA-II类分子,（二）HLA-II类分子,HLA-II类分子由链和链组成的异源二聚体（糖蛋白） 分为四区： 1.抗原肽结合区：1+ 1 与抗原肽结合的部位，多态性区域，决定了肽类结合及细胞识别的特异性和亲和力。 2.非多态区：2+ 2 与免疫球蛋白的恒定区有同源性，是 HLA-II类分子的2与CD4类分子结合的部位。 3.跨膜区：将MHC-II类分子固定于细胞膜上。 4.胞浆区：与细胞内外信息传递有关。,HLA-II类分子抗原结合槽,1 和1结构域组成的肽结合区，两端呈开放结构 由2个螺旋和8个片层组成 容纳1030个氨基酸残基组成的多肽 结合、递呈外源性抗原肽给CD4+T细胞 多态性区：决定HLA 类分子多态性的主要部位（1）,1,2,1,2,二、抗原肽- HLA分子复合物,TCR不能识别单独的抗原肽或 HLA分子，只能识别抗原肽 - HLA分子的复合物。 HLA分子与抗原肽高亲和力结合为复合物，这是保证HLA分子有效提呈抗原的重要前提。 （一）抗原肽的结构特征 （二）HLA提呈抗原肽的特性,（一）抗原肽的结构特征,与HLA结合成复合物的抗原肽往往带有两个或两个以上专司和HLA分子肽结合槽相结合的位点，称为锚着位，该位置的氨基酸残基称为锚着残基。 与同一型别HLA分子相结合的不同抗原肽，其锚着位和锚着残基往往相同或相似。 如 P78 图7-5所示,（二）HLA提呈抗原肽的特性,MHC分子提呈抗原具有相对选择性和相当程度的包容性，由此决定其在免疫应答中发挥关键作用。,1.HLA分子提呈抗原肽的相对选择性,在群体中，HLA基因及其产物具有极端多态性。 不同HLA分子的结构差异主要集中于肽结合槽，由此决定与其结合的抗原肽须含有特定的锚着位和锚着残基。因此，不同MHC分子对抗原肽的结合和提呈具有相对选择性。 对特定个体而言，其所携带的MHC型别由遗传所决定，且终生不变。若某种蛋白质缺乏适合这些MHC分子结合的序列基序，该个体将不对这种蛋白质产生免疫应答。,2HLA分子提呈抗原的包容性,HLA分子对抗原肽的结合并非严格的专一性。 任一抗原肽，只要具有适合于与特定HLA分子结合的锚着位和锚着残基，均可被识别和结合之。 一种HLA分子可识别并结合带有特定共同基序的一群肽段，因此具有一定的宽容性。换言之，特定HLA分子可提呈带有特定共同基序的一群肽段，由此显示二者相互作用中的包容性。 虽然特定个体仅携带有限的HLA等位基因，但却可提呈自然界种类繁多的抗原。,三、HLA分子的表达,(一)HLA分子的组织分布 1. HLA-I类分子：广泛分布于体内各种有核细胞表面, 包括血小板和网织红细胞。不同的组织细胞表达HLA-I类分子的密度各异。外周血白细胞和淋巴结、脾脏淋巴细胞表达I类抗原的水平最高,其次为肝、肾、皮肤、主动脉和肌肉细胞。神经细胞和成熟的滋养层细胞不表达I类抗原。 2. HLA-类分子：主要表达在B细胞、单核/巨噬细胞、树突状细胞、激活的T 细胞等免疫细胞表面。内皮细胞和某些组织的上皮细胞（尤其被激活后）也可表达HLA-II类分子。 另外，血清、尿液、唾液、精液及乳汁等体液中也可检出游离的可溶性HLA-I、类分子。,(二)HLA分子表达的调控,多种因素可决定细胞是否表达HLA分子或调节其表达的密度。 HLA分子是造血干细胞和某些免疫细胞的分化抗原,在细胞分化、成熟的不同阶段其表达水平不同。 细胞因子在调控HLA分子表达中发挥重要作用。 多种激素、神经递质和神经肽等可调节HLA分子的表达。 HLA分子是参与免疫应答和免疫调节的一类关键分子,故多种因素对HLA分子表达的调节可能是体内免疫调节网络的重要组成部分。 受各种调节因子的影响, HLA分子异常表达也参与某些疾病的发病机制。,四、MHC分子的生物学功能,MHC分子的主要生物学作用是参与抗原加工和提呈，其他作用均由其抗原提呈作用衍生而来。,（一）参与抗原提呈,MHC分子是参与抗原加工、处理和提呈的关键分子。 MHC分子与抗原肽的相互作用是T细胞特异性识别抗原的基础。 T细胞通常只识别抗原提呈细胞(APC)提呈的抗原肽- MHC分子复合物。这一识别是通过T细胞和APC之间的“TCR-肽- MHC”三元体或三分子复合结构而完成，此即所谓T细胞激活的双识别。 TCR在识别APC或靶细胞表面抗原肽的同时,还须识别与抗原肽结合成复合物的MHC分子，这一现象称为MHC限制性。 Th细胞表面的CD4分子和CTL表面的CD8分子作为共受体，分别与MHC -类分子2/2结构域或MHC-I类分子3结构域结合，从而参与T细胞的活化。,A 活化,*,（二）其他生物学作用,1.参与对免疫应答的遗传控制：体内控制免疫应答的基因称为Ir基因，一般认为其即是HLA基因。如前所述，不同个体携带的HLA型别不同，其HLA分子抗原结合槽结构、凹槽与抗原肽结合的锚着位、锚着残基和亲和力亦不同，由此决定APC对特定抗原的提呈能力和免疫应答的强度，并实现机体对免疫应答的遗传控制。 2.参与T细胞分化及中枢耐受的建立：MHC抗原参与早期T细胞在胸腺的分化。MHC-I、-II类分子阳性细胞分别与CD8+和CD4+T细胞分化发育有关,并参与建立T细胞对自身抗原的中枢性耐受。,MHC分子功能的重要性总结,1.MHC分子的基本功能是结合抗原并将其呈递给T细胞。 此过程的基本方式是细胞以自己少量的蛋白质(即MHC分子)和入侵生物的蛋白质 (即抗原肽)制造的分子复合体 (即MHC肽复合体)的形式表达抗原于膜表面, 以告诫免疫系统有侵染存在，这也是免疫系统监视细胞内有无异常分子的一种重要方式。 2.MHC分子的膜相关性表达限制了T细胞只能与带有MHC肽复合体的细胞相互作用, 而不能与可溶性抗原发生反应。T细胞不能识别游离的抗原。,MHC分子功能的重要性总结,3.肽与MHC分子相结合的模式决定了激活的T细胞类型。即: MHC-肽激活CD8+T细胞；MHC-肽激活CD4+T细胞。 4.外源性肽通常与类分子结合,内源性肽主要与类分子结合。 5.MHC分子参与T细胞发育的阳性和阴性选择,对T细胞MHC限制性的获得和自身耐受性的形成起重要作用。,MHC分子功能的重要性总结,6.MHC基因的多态性决定了个体间表达的MHC分子不同， 也决定了不同个体处理和呈递同一种抗原的能力不同，这是免疫应答诱导和调节的最基本点，从而使不同个体对同一种抗原的免疫应答可表现出个体差异。 这种个体差异或产生保护性免疫，或形成免疫耐受, 或出现自身免疫倾向，或表现为MHC相关疾病。,MHC分子功能的重要性总结,7.MHC多态性的产生能造就遗传易感性各异的各种个体，其总体效应是在群体水平赋予物种极大的应变能力，以对付多变的环境条件和各种微生物的侵袭，应该说这是MHC生物学功能的真正体现,是进化和自然选择的结果。,HLA I 和HLAII类分子的比较,P81 表7-3,第三节 HLA与医学实践,一、HLA与器官移植 二、HLA多态性与疾病关联 三、HLA分子表达异常与疾病的发生 四、HLA分型在法医学中的应用,一、HLA与器官移植,器官移植物的存活很大程度上取决于供者和受者之间的HLA型别是否相符。 在同种异体移植术中,HLA型别不符是导致宿主抗移植物急性排斥反应（实质脏器）和移植物抗宿主反应（见于骨髓移植）的主要原因。,二、HLA多态性与疾病关联,发现数十种免疫相关疾病与HLA关联。 通过群体调查比较患者与正常人的HLA基因或抗原频率，发现某些疾病与特定的HLA型别呈非随机分布。这种现象,即二个遗传学性状在群体