医学免疫学-第八章-MHC讲义.ppt

第六章主要组织相容性复合体 主讲王文君 免疫研究室分子生物学技术实验室 1 组织相容性抗原 histocompatibilityantigen 导致移植排斥反应的抗原 称 即移植抗原 引起移植排斥反应 代表个体特异性的同种抗原 2 主要组织相容性抗原 majorhistocompati bilityantigen 其中凡能引起强烈的排斥反应的抗原 称 是由多个系列组成的复杂抗原系统 MHS majorhistocompatibilityantigensystem 3 次要组织相容性抗原 引起较弱的排斥反应的抗原 称 概念 是编码移植抗原 MHS或MHC抗原 控制调节免疫应答 免疫识别和支配免疫细胞各亚群的协同作用的一个基因复合体 目前已知MHC是由常染色体上功能 结构相异的三类基因组成 紧密连锁并作为一个遗传单位从亲代遗传给后代 类基因编码的抗原分布于不同的细胞表面 作为细胞间的免疫识别标记并调节细胞间的相互作用 类基因编码血清中的某些蛋白成分 如补体等 小鼠的主要组织相容性复合体称为H 2复合体 人的主要组织相容性复合体则称为人类白细胞抗原复合体 humanleucocyteantigen HLA 主要组织相容性复合体 MHC majorhistocompatibilitycomplex 一 小鼠H 2复合体二 人类HLA复合体 MHC的基因构成 第二节MHC的基因构成 MHC通常代表基因 而MHC分子或主要组织相容性抗原是基因编码产物 但专指某一动物时 MHC可同时代表基因和抗原 如小鼠MHC又称为H 2 既可代表鼠的MHC 也可指其编码分子 一 小鼠H 2复合体小鼠的MHC定位于第17号染色体 称为H 2复合体 是一组紧密连锁的基因群 包括K I S D L等基因 根据各基因编码分子的不同特性又将其分成三类基因组 1 类基因位点 K D L位点 编码单一肽链构成的 类分子 2 类基因位点 即I区位点 可分为I A I E亚区 编码A A 异源二聚体和E E 异源二聚体构成的 类分子 近年发现的免疫应答基因 immuneresponsegene Ir 也位于 区 Ir基因编码产物称I区相关抗原 Iregionassociatedantigen Ia抗原 3 III类基因位点 I区与D区之间为S区 属III类基因位点所在部位 编码补体C4 C2 B因子及肿瘤坏死因子 TNF TNF 等 第二节MHC的基因构成 着丝点 类位点 K2K 类位点 DL 类位点 I A I E S 类位点 图1小鼠MHC H 2 基因结构示意图 补体细胞因子 二 人类HLA复合体人类MHC称作HLA复合体 定位于第6号染色体短臂 6p21 3 大小约为4分摩 centimorgan cm 3600kb 其长度约占人类基因组的1 3000 依据其编码分子的不同特性而分成三类基因区 1 类基因 位于HLA基因复合体远离着丝点的一端 包括经典的HLA B C A基因位点和新近发现的非典型HLA 类基因 non classicalHLAclass HLA E F G位点等 2 类基因 位于HLA基因复合体近着丝点的一端 主要包括经典的HLA DP DQ DR以及非典型HLA 类基因HLA DN位点等 3 类基因 位于HLA基因复合体的中部 主要包括免疫相关基因 编码补体C4 C2 B因子 肿瘤坏死因子 TNF TNF 热休克蛋白 heatshockprotein70 HSP70 以及免疫非相关基因 类固醇21羟化酶基因等 着丝点 类位点 DP DR 类位点 BC 类位点 图2人类MHC HLA 基因结构示意图 补体细胞因子 A 第三节HLA分子结构与功能 一 HLA 类分子的分布 结构和功能HLA 类分子是由经典HLA 类基因 HLA A B C 编码的分子产物 也称 类抗原 广泛分布于体内各种有核细胞膜表面 以及血小板和网织红细胞 成熟红细胞一般不表达 类分子 不同的组织细胞表达 类分子的情况不同 其中淋巴细胞表面表达的 类抗原密度最大 其次是肾 肝脏及心脏 神经组织和成熟的滋养细胞很少表达 类分子 类分子除以膜结合形式存在以外 也以可溶形式出现在血清 初乳和尿液等体液内 HLA 类分子是由二条多肽链以非共价键连接的糖蛋白 一条重链称 链 分子量44kDa 另一条轻链是分子量12kDa的 2 微球蛋白 2m 2m并非HLA基因编码产物 人类 2m是由15号染色体基因编码的产物 2m无同种异型抗原决定簇 仅有种属特异性 2m与免疫球蛋白恒定区具有高度同源性 属免疫球蛋白超家族成员 其作用在于稳定HLA 类分子结构和表达 结构 HLA 类分子 链由340个氨基酸残基构成 分胞外区 跨膜区和胞内区三部分 具有高度多态性 胞外区根据分子内S S结合位置 形成三个各约90个氨基酸残基组成的功能区 domain 从氨基末端开始称为 1 2与 3 1和 2区决定了 链多态性 共同构成抗原结合部位 1和 2各从其N端开始均先经4次 折叠 然后形成一条 螺旋 这二条 螺旋构成 类分子抗原结合槽的两个侧面 8条 折叠肽段构成抗原结合部位的底面 类分子抗原结合槽可容纳8 10个氨基酸长度的抗原肽片段 图3人类HLA 类分子化学结构示意图 链 图4人类HLA 类分子立体结构示意图 功能 HLA 类分子的生物学功能主要包括 诱导同种移植排斥反应 详见移植免疫 作为杀伤性CD8 T Tc 细胞的识别标志之一 参与内源性抗原的呈递 参见免疫应答 诱导对病毒感染细胞和肿瘤细胞的杀伤和溶解 近年来新发现两种蛋白参与MHC 类分子对细胞内抗原的提呈 即巨大多功能蛋白酶体 或称低相对分子量多肽LMP 和抗原肽转运物 TAP 这两种蛋白的编码基因均位于MHC 类基因区 LMP存在于胞浆中 由许多低分子蛋白聚合而成 具有蛋白水解酶的性质 能参与各种蛋白质的降解 LMP分子团中有多个催化位点 可使同一基质蛋白同步产生多种适合MHC 类分子结合的肽段 TAP是存在于内质网上的异源性二聚体 其功能是将胞浆中LMP加工过的抗原片段转运至内质网 并在内质网腔中组装免疫原性多肽 MHC 类分子复合体 LMP及TAP均具多态性 在不同个体中LMP蛋白结合催化水解蛋白的部位不同 产生的肽段及抗原决定簇亦不同 因此 不同个体的MHC 类分子对同一抗原提呈的抗原片段可不同 从而使不同机体对同一抗原的免疫应答可表现出个体差异 或产生免疫应答 或产生免疫耐受 或有自身免疫倾向 或表现出MHC相关疾病 二 HLA 类分子的分布 结构和功能HLA 类分子是由经典HLA 类基因HLA DR DQ DP位点编码的分子产物 也称 类抗原 主要表达在某些免疫细胞表面 如B细胞 单核 巨噬细胞 树突状细胞 激活的T细胞 在精子和血管内皮细胞表面也有一定水平的表达 结构 HLA 类分子是两条非共价键连接的异源多肽链即 链与 链组成的糖蛋白 链分子量约25 34kDa 链分子量约24 29kDa 类分子二条链的细胞膜外侧部分含有二个功能区即 1 2和 1 2 1和 1共同决定了 类分子的多态性 构成抗原肽结合部位 类分子抗原结合槽不像 类分子抗原结合槽的两端有封闭氨基酸残基 这种非封闭式结构使得 类分子可结合较长的抗原肽段 约为14 15个氨基酸 类分子的 1因其更具多态性 所以在抗原提呈中更为重要 图5人类HLA 类分子化学结构示意图 链 链 胞外区 跨膜区 胞浆区 图6人类HLA 类分子立体结构示意图 功能 HLA 类分子的功能主要包括 诱导同种移植排斥反应 包括宿主抗移植物与移植物抗宿主反应 详见移植免疫 作为辅助性CD4 T细胞 Th细胞 的识别标志之一 参与外源性抗原的递呈 参见免疫应答 但在一定条件下也能提呈某些内源性抗原 参与免疫应答调节 表1HLA 类分子的特性比较 三 非经典HLA分子非经典HLA 类抗原又称HLA b 主要有HLA E HLA F以及HLA G等抗原分子组成 HLA G是非经典HLA 类抗原中最先证实存在于细胞膜表面的蛋白分子 HLA G的分子结构与经典HLA类似 但分子量小于HLA A B C 约37 39kD 等电点4 5 5 5 其中37kD的同种型不表达在细胞膜表面 只以可溶性形式存在 HLA G与典型MHC 类分子不同 缺乏多态性 至今只发现4种基因型 以两种表达形式 膜结合形式和溶解形式存在 HLA G表达具有组织特异性 主要存在于HLA A B C等典型基因不存在的滋养层细胞上 四 HLA分子的表达的特点 作为组织细胞表面标志 存在于不同分化 成熟阶段的免疫细胞表面 HLA 类分子仅存在于激活的T细胞表面 而处于静止期的T细胞表面不表达HLA 类分子 某些疾病 如传染性疾病 免疫性疾病以及肿瘤等均可影响细胞表达HLA分子 在AIDS患者的单核细胞表面HLA 类分子表达明显减少 某些肿瘤细胞表面HLA 类分子表达缺失或减少也较常见 受生物活性物质的诱导 如细胞因子TNF和INF等均可增强HLA 类分子表达 而INF IL 6以及GM CSF等具有诱导HLA 类分子表达能力 第四节HLA多态性的遗传基础 HLA是人类最丰富的多态性基因系统 多态性 polymorphism 是指群体中不同个体HLA基因型 表型 存在差别 在随机婚配的群体中 存在两种以上的等位基因 在群体中可以编码多种抗原分子 因此群体中不同个体在等位基因拥有状态上存在差别 群体中HLA表型具多样性 在人群中HLA表型可达到107数量级 在无关人群中 HLA表现型完全相同的可能性极小 HLA分子的多态性由其编码基因的遗传特点所决定 1 等位基因 allele 位于同源染色体上对应位置的一对基因 称等位基因 2 复等位基因 在群体中 位于同一位点的基因系列 称复等位基因 各编码产物名称首位字母为抗原编码基因位点 HLA等位基因总数已达554个 1996年 一 复等位基因 表2人类HLA 类基因位点 二 共显性表达 共显性遗传是决定HLA分子多态性的一个重要的遗传基础 即每一对等位基因位点的两个基因同是显性 其各自编码的特异性抗原分子可同时表达于细胞膜表面 称为共显性遗传 HLA复合体中每一个等位基因均为共显性 单元型 haplotype 即单倍型 连锁在一条染色体上的HLA各位点的基因组合 称 即HLA基因在一条染色体上的组合 分别来源于亲代父和母的两个同源单元型构成一个HLA基因型 genotype 其编码产物称表现型 phenotype 三 单元型遗传 图7HLA的表型 基因型与单体型 图8HLA单体型遗传示意图 a b c d 四 连锁不平衡 连锁不平衡 linkagedisequilibrium 在群体中 某些等位基因组合呈现比期望值高得多或低得多的频率 称 即某两个或两个以上的等位基因同时在一条染色体上出现的几率高于随机出现的频率 我国较常见的HLA基因连锁不平衡的单元型 华北汉族群体为B17 CW2 B46 CW1 A32 CW2等 第五节HLA分型 HLA分型是研究HLA基因及其编码产物的分布 功能及其生物学 医学意义的必要手段 主要包括经典的血清学方法 细胞学方法及近年发展较为迅速的分子生物学方法 第六节HLA在医学上的意义 一 器官移植二 免疫应答1 抗原提呈与MHC的限制性无论外源还是内源性抗原都需经细胞加工处理后形成抗原肽段 再与HLA 类分子结合 HLA 抗原肽段复合物共同表达于细胞膜表面 才能被CD8 T细胞或CD4 T细胞所识别 特定T细胞识别特定类别的自身MHC分子而发挥免疫学效应的现象称为MHC限制性或称限制性识别 2 决定免疫应答能力针对各种自然抗原的免疫应答能力与HLA相关性的统计学分析表明 HLA某些位点与免疫应答性存在明显的连锁不平衡 提示机体免疫应答能力受遗传基因调控 这些基因被相应地称作免疫应答基因 immuneresponsegene Ir HLA是目前已知人类具有最复杂多态性的基因系统 免疫应答基因 Ir 也位于HLA复合体内 因此人们首先考虑的是HLA与某些免疫性疾病的相关性 HLA与疾病的相关性 是通过人类患病人群和正常人群表达某一类HLA基因型的流行病学统计分析 以患病的相对危险率 relativerisk R R 来表示基因与疾病易感性间的关系 三 HLA与疾病的关系 R R值即带有某种HLA抗原位点的人群发病率是无此抗原人群发病率的倍数 数值越大其相关性越强 R R值在3以上表示有明显相关性 最典型的病例是人类强直性脊柱炎与B27之间具有高度相关性 在强直性脊柱炎患者中HLA B27抗原阳性检出率为90 左右 而健康人群HLA B27抗原阳性检出率为3 左右 经流行病学的统计分析 其相对危险率高达87 表3HLA抗原与某些疾病的相关性 大量的研究表明HLA 类分子表达不良与恶性肿瘤的形成有关 在恶性肿瘤细胞表面的HLA 类分子表达减少或缺乏 不能诱导CD8 CTL细胞有效地识别和杀伤肿瘤细胞 最终导致肿瘤细胞逃逸免疫监视 四 HLA与肿瘤的关系 由于HLA复等位基因的多态性是个体的终生遗传标记 也就表示两个没有亲缘关系的个体之间 其全部HLA基因位点完全相同的几率几乎是零 因此可在基因和基因产物水平同时检测HLA基因型 用来进行亲子关系以及死亡者身份等方面的法医学鉴定 五 HLA检测在法医学上的应用 HLA单元型的基因位点组成及频率由于基因遗传的连锁不平衡等原因 导致不同人种 民族或不同地域的人群 其HLA单元型基因表达特点不同 如中国人