《MHCand移植免疫》PPT课件.ppt

1HLA I类和HLA II分子的结构 组织分布 2移植物抗宿主反应3胚胎干细胞4免疫记忆 MHCMoleculeandTransplantationImmunology ChapterII 我国尿毒症患者约有100万人 并以每年新增12万人的速度递增 这么多患者中每年约有50万人需要进行肾移植手术 而每年全国可供移植的肾源仅有4000 5000个 每年约有5 的尿毒症患者在等待移植的过程中死去 MacrophagesIngestandDegradeantigens bacteria Longpseudopodia MacrophagesIngestandDegradeantigens Antigenicpeptide classIIMHC 组织相容性 移植 抗原 Histocompatibility transplantation antigens 两个遗传不同的个体之间进行移植 grafted 时 存在于组织或细胞上的决定排斥反应 rejection 的抗原 主要组织相容性抗原 Majorhistocompatibility MHC antigens 能够引起急性移植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 定义 DEFINITIONS 一MHC Majorhistocompatibility 主要组织相容性复合体 MHCcomplex 单一染色体上编码MHC抗原的一组基因 GroupofgenesonasinglechromosomeencodingtheMHCantigens 人白细胞抗原HLA humanleukocyteantigens 人的MHC抗原 MHCantigensofman 首先上在白细胞表面检测到 firstdetectedonleukocytes H 2抗原 H 2antigens 小鼠的MHC抗原 MHCantigensofmouse 1ThebasicstructureofMHCmolecules Peptide bindingregion Transmembraneregion MHC I MHC II a2 a3 a1 b1 b2 b2m a1 a2 immunoglobulin likeregion Peptide bindingcleft 1 domain 2 domain 3 domain N C MHC I结构 b2 microglubulin 1 ClassIMHC 链 34kDa 链 29kDa COOH COOH a1 a2 b1 b2 NH2 NH2 2 ClassIIMHC Antigen bindingcleftofdimericclassIImoleculeintopview 2TheDetailedgenomicmapofMHCgenesofhuman TheMHC locatedonchromosome6ofhumans isnowknowntocontainnearly100genesandthecompleteDNAsequencesissequenced antigensareexpressedoncellsandtissues Threeregions HLA IHLA IIHLA III antigensarerepresentedonproteinsinserumandotherbodyfluids e g C4 C2 factorB TNF AntigensofclassIIIgeneproductshavenoroleingraftrejection GenomicmapofMHCgenesofhuman RegionIofHLAgenes Eachmajorlocuscodesforapolypeptide thealpha chain TheclassIgenecomplexcontainsthreemajorloci B CandAandotherundefinedminorloci andassociateswithbeta 2microglobulin beta chain 15 andisexpressedonthecellsurface X2 Father GenotypeA1 A6 B5 B7 Mother Father Phenotype A1 A6 B5 B7 TheclassIIgenecomplex至少含有3个基因座 DP DQandDR Eachoftheseloci编码a链和b链 两条链组成一个MHC II分子 TheclassIIantigensarealso多态性 RegionIIofHLAgenes 3cellulardistributionofMHCmolecule MHC I MHC II Peptidechain a b 2m a b MW kDa 44 11 5 31 34 26 29 MolecularFormula a b 2m a b 2 Extracellularregion a1 a2 a3 b2 m a1 a2 b1 b2 Peptidebindingregion a1 a2 a1 b1 CD4 CD8 bidingsite a3 b2 HLA codinggene A B C DRA DPA DQA DRB DPB DQB cellulardistribution Nearlyallnucleatedcells Macrophage DC thymicepithelialcell Bcellandactivatedcell TablethecompositionandstructureofMHC IandMHC IIofhuman 4ThefunctionoftheMHCmolecules 1 Processingandpresentationofproteinantigens MHCmoleculeasthereceptorforantigenicpeptide TCRVb Antigenicpeptide MHC IIa Tcell APC 2 MHC geneticsandroleintransplantation TCR对同种异型MHC分子的直接识别 CTL CTL Th 受者T细胞 供者细胞 5Processingandpresentationofproteinantigens Endogenousantigenpresentationpathway Exogenousantigenpresentationpathway 二移植 Transplantation EDonnallThomas1920 JosephMurray1919 NobelPrizein1990 ThehereditaryruleofHLAgenes 1 Haplotype 单倍型 HLAcomplexisagroupofcloselylinkedgenes AgroupofHLAgenesonasinglechromosomeiscalledhaplotype A1 A2 B8 B35 haplotype A1 B8 A2 B35 diploid 二倍体 A1 A2 B8 B35 A5 A10 B40 B16 Father Mother abcd adbdcbca 1234 2 polymorphism 多态性 多态性现象 polymorphism 是指一随机婚配的群体中 染色体同一基因座有两种以上基因型 即可编码二种以上的产物 HLA复合体是迄今已知人体最复杂的基因复合体 有高度的多态性 原因 1 复等位基因 multiplealleles 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 allele 由于群体中的突变 同一座的基因系列称为复等位基因 HLA复合体的每一座存在为数众多的复等位基因 由于各个座位基因是随机组合的 故人群中的基因型可达108之多 甲 6 乙 6 A5 A10 B40 B16 I类II类 ABCDRADAB1DRB3DRB4DRB5DQA1DQB1DPA1DPB1 3496271823394411318286122116 I类A B C 4 94 107 I类 II类1 97 1021 表部分HLA I HLA II类基因的等位基因数 2 codominance 一对等位基因同为显性称为共显性 HLA复合体中每一个等位基因均为共显性 从而大大增加了人群中的HLA表型的多样性 达到107数量级 因此除了同卵双生者外 无关个体间HLA型别完全相同的可能性极小 HLAmolecule A1 A2 B8 B35 甲 甲 乙 乙 HLAmolecule A2 A10 B40 B16 共显性表达 将来自一个个体的细胞 组织或器官移植于另一个个体的过程称为组织或器官移植 供者 donor 提供移植物 graft transpant 的个体受者 recipient 接受移植物者 Transplantation 移植 OrganTransplantation CellsTransfusion 异种移植 同种异型移植 同种同型移植 T APC T APC T细胞识别同种异型MHC分子的两种方式 抗原肽 TCR MHC 1 MHC抗原在移植排斥反应中的作用 宿主T细胞识别供者MHC分子并被激活 从而产生针对移植物的排斥反应 2宿主抗移植物反应 Hostagainstgraftreactin HVGR CTL CTL 受者T细胞 供者细胞 3移植物抗宿主反应 被移植的组织或器官中含有免疫细胞 在宿主免疫功能低下的情况下 来自供者的淋巴细胞将对宿主体内的同种异型抗原 尤其是HLA抗原 发生免疫应答 产生移植物抗宿反应甚至移植物抗宿主病 常发生于骨髓移植患者 也见于肝脏移植及输血的病人 Graft versus hostreaction GVHR Graftversushostdisease Graftversushostdisease Acutegraft versus hostreactionwithvividpalmarerythema Early chronicgraft versus hostreactionwithwidespread almostconfluenthyperpigmentedlichenoidpapulesandtoxicepidermalnecrosis likeappearanceonknee 4 同种异体移植 ALLOGRAFTREJECTION 移植抗原 Transplantationantigen 所谓移植抗原即组织相容性抗原 主要包括 ABO血型抗原 超急性HLA分子 A B C DR DP DQ 急性次要组织相容性抗原 慢性 表 移植排斥反应的分类及特点 型别 反应时间 反应机制 超急性 术后数分钟至几小时 受者体内事先存在的天然抗体 加急性反应 1 5 天 T 淋巴细胞 急性 7 15 天 T 淋巴细胞 慢性 数月至数年 抗体 补体 内皮细胞增生等 NAG Gal Precursoroligosaccharide Hantigen A B Aantigen Bantigen Fuc focuse 岩藻糖 Gal galactose 半乳糖 NAG N acetylgalactosamine N 乙酰胺基半乳糖 Bloodgroupgenotypesantigensantibodiesto phenotype ABOinserum AAA AOAanti BBBB BOBanti AABABAandBnoneOOOHanti Aandanti B Hyperacuterejection Endothelialcell Bloodvessel Alloantigen e g bloodgroupantigen Circulatingallogantigen specificantibody Complementactivation endothelialdamage inflammationandthrombosis Acuterejection Parenchymalcells alloreactiveantibody Endothelialcell Parenchymalcelldamage interstitialinflammation Endothelitis KidneyTransplantationGraftRejection KidneyTransplantationGraftRejection KidneyTransplantationChronicGraftRejection 三 慢性排斥反应 chronicrejection 防止移植排斥反应的途径 诱导免疫耐受 免疫系统无时无刻不与许许多多的自身抗原发生直接的接触 免疫系统的淋巴细胞并不因此而被激活并对自身抗原发生免疫反应 这种现象被称作自身免疫耐受 供者的选择1直系亲属供者 familialgrafting 减少HLA配伍的差异 2组织配型 tissuetyping 用血清学和分子生物学方法对供者和受者进行HLA组织型进行鉴定 以确保他们HLA相似或者相同 同种肾脏移植时 HLA DR配型最为重要 HLA B A次之 防止移植排斥反应的途径 同胞兄妹 四分之一非血缘 四百万分之一 万分之一 3交叉细胞毒试验 受者的血清与供者白细胞混合后做间接免疫荧光试验以排除受者体内有事先产生的抗供者抗体的可能性 受者的血清 供者白细胞 荧光标记的兔 羊 抗人抗血清 间接免疫荧光试验 荧光显微镜下观察 4天 3H 胸腺嘧啶 混合淋巴细胞 4小时 计量放射性 混合淋巴细胞培养 g 射线 混合淋巴细胞反应 PBL PBL 4交叉配型 cross matching 移植物和受者预处理1去处移植物中的过路细胞 2血浆置换术去除针对血型抗原的抗体 受者脾脏切除 免疫抑制免疫抑制药物的应用1糖皮质激素 环孢素A cyclosporinA CsA 环磷酰胺 cyclophosphamide CP FK506和细胞毒性药物等免疫抑制药 2生物制剂 ALG ATG 抗CD3 抗CD4 抗CD8 抗TCR等 三 异种移植 HAR是异种移植的首要障碍 是人体内一些天然抗体 naturalantibody 所介导的 这些天然抗体识别猪组织细胞表面的异种抗原 xenoantigen 尤其是表达于血管内皮细胞表面的半乳糖成分a 1 3 半乳糖苷 Gala 1 3Gal 天然抗体与血管内皮细胞结合后激活补体 手术后几分钟至数小时之内就可导致移植器官血管栓塞 坏死 异种移植过程中的超急排斥反应 HAR Naturalantibodiesbindspecificallyvascularendothelialcells whichactivatesthecomplement resultinginanintenseinfiltrationofneutrophilsintothegrafttissue Theensuinginflammatoryreactioncausesmassivebloodclotswithinthecapillaries andgraftnecrosis 3 Neutrophillyticenzymesdestroyendothelialcells plateletsadheretoinjuredtissue causingvascularblockage platelets 手术后几分钟至数小时之内就可导致移植器官血管栓塞 坏死 天然抗体 人 激活补体 人 半乳糖成分a 1 3 半乳糖苷 Gala 1 3Gal 猪 血管内皮细胞 抑制HAR的可能途径 用含有蔗糖转移酶的缓冲液术前对器官进行灌流 对Gala 1 3Gal加以修饰使其在结构上与人的糖基十分类似 不再被人天然抗体所识别 在术前用带有Gala 1 3Gal糖基的微球柱吸附清除宿主血清中的天然抗体 抑制补体在被移植组织细胞表面的活化 将猪的a 1 3半乳糖苷转移酶基因敲除 NH2 CL CL CL CL NH2 CL CL CL CL 补体抑制因子 CD55 CD46 胞浆区 胞膜 GPI锚固 CD46和CD55CD55 DAF DecayAcceleratingFactor 补体衰变加速因子 是经GPI锚固于胞膜表面的75kDa糖蛋白 能够与C3b结合并且降解C3 C5转化酶 CD46是一个分子量为56 66kDa的共二聚体膜蛋白 与CD55 CR1和CR2等具有同源性 能够与C3b和C4b结合并使之被I因子降解 RegulationofComplementActivation Terminalpathway InhibitionofC9binding 由于补体调节机制具有同源限制性 homologousrestriction 猪组织细胞表面的补体调节和补体抑制因子难以对人体内的补体发挥作用 表达人膜型补体抑制因子 CD46 CD55和CD59等 的转基因猪 表达于猪组织细胞表面的人补体调节蛋白能够有效地抑制人补体的活化 从而阻断HAR的发生 受精卵 DNA 敲除a 1 3半乳糖苷转移酶基因表达人CD46 CD55和CD59等 基因工程猪 的制备 移植技术取得突破数千病人等着换猪器官 图 曾经因培育出世界第一头克隆羊 多利 而闻名的英国苏格兰罗斯林研究中心又爆出新闻 该中心的子公司PPL医疗公司培育出了5只转基因小猪 它们的一个能引发人体排斥的基因被关闭 从而使异种器官移植技术向前迈出重大的一步 2000年3月PPL公司宣布成功培育 只克隆猪 1敲除a 1 3半乳糖苷转移酶基因 基因敲除 knockout 半乳糖苷转移酶基因 mutation transfection Homo recombination 半乳糖苷转移酶基因缺陷细胞株 screening 胚胎干细胞 Embryonicstemcells ES 表达人CD46 CD55和CD59 转基因动物 半乳糖苷转移酶基因缺陷细胞株 Engineeringanimals Transgenicpig CD46 CD55 CD59 ovum Transgenicpig animals 半乳糖苷转移酶基因 人CD46 CD55和CD59基因 Transgenicpig animals 四胚胎工程 体外自体胚胎定向诱导干细胞 干细胞的基本概念 1 定义 具有自我复制的能力 在一定条件下能够分化成各种功能细胞 2 分类 1 全能干细胞 totipotent 包括 胚胎干细胞 embryonicstemcells ES细胞 生殖干细胞 embryonicgermcells EG细胞 具有全能性 能够分化成全身200多种细胞类型 进一步形成机体的任何组织和器官 2 多能干细胞 pluripotent 具有分化成多种细胞和组织的潜能 但却失去了发育成完整个体的能力 3 专能干细胞 只能向一种或密切相关的两种类型的细胞分化 胚胎干细胞 embryonicstemcells ES细胞 HematopoieticStemCell HematopoieticandStromalstemcelldifferentiation Formorethan30years bonemarrowstemcellshavebeenusedtotreatcancerpatientswithconditionslikeleukemiaandlymphoma Duringchemotherapy mostoftheleukemiacellsarekilledasarethebonemarrowstemcellsneededasapatientrecovers However ifstemcellsareremovedbeforechemotherapy andthenre injectedaftertreatmentiscompleted thestemcellsinthebonemarrowareabletoproducelargeamountsofredandwhitebloodcells tokeepthebodyhealthyandtohelpfightinfections 胚胎工程 体外自体胚胎定向诱导干细胞 患有糖尿病 进行性老年性痴呆 严重的心力衰竭或其他疾病 如果从他身上任何部位取下一些体细胞 通过核移植技术 将其体细胞的细胞核显微注射至去核的人卵细胞中 这种包含与病人完全相同的遗传物质的杂合卵细胞在体外培养发育成囊胚 从获得的囊胚中分离并扩增所谓的 人胚胎干细胞 ES 并体外诱导它们分化成胰岛细胞 神经元 心肌细胞等 将这些细胞移植至发病部位 则能够修复病人的组织或器官 由于移植细胞与病人的基因完全相同 不会产生通常器官移植中的免疫排斥反应 修复的组织或器官将良好地履行职责 无需使用免疫抑制剂 Somaticcells Exsuctionofchromosome ovum NucleolusTransplantTechnique InjectionoftheDNAtotheo