医学遗传学免疫遗传学

第12章 免疫遗传学(Immunogenetics),免疫学起源于拉丁文 “immune”， 意为“安全”。是人体的一种生理防御功能。,人体依靠这种功能识别“自己”和“非己”成分，从而破坏和排斥进入人体的抗原物质，或人体本身产生的损伤细胞和肿瘤细胞等，以便维持人体内部环境的平衡和稳定。,人体的免疫系统机体免疫功能的物质基础：免疫器官:中枢免疫器官、周围免疫器官免疫细胞：T细胞、B细胞、巨噬细胞免疫分子：免疫球蛋白、补体、细胞因子机体的免疫功能分类：先天性免疫（非特异性免疫）后天获得性免疫（特异性免疫）,机体的免疫应答途径：体液免疫 APC、MHC-和辅助T细胞的作用 浆细胞分泌抗体攻击特异性抗原细胞免疫 MHC-I的抗原递呈作用 细胞毒性T细胞的直接杀伤和凋亡效应,体液免疫应答,抗原抗原递呈细胞(APC)MHC-IITH细胞细胞因子B细胞浆细胞抗体,病毒,MHC-I,细胞毒性T细胞,直接杀伤诱导凋亡,携带内源性抗原的靶细胞,抗原诱导,细胞免疫应答,Immunogenetics is the study of genetics of theimmune system， specially focuses on the genesunderlying our capacity to defend against a highly Diverse array of pathogens.,免疫遗传学 是医学遗传学的一个分支主要研究人体免疫系统抵抗变化万千的病原体入侵的基因学基础。,第1节 红细胞抗原遗传与血型不相容,1901年奥地利科学家Landesteiner经过研究，将人的血液分为A型、B型、AB型、O型四种，也就是ABO血型。,除ABO血型系统外，人类还有一些其它的血型系统，如Rh、MN血型系统等。,人的红细胞抗原系统（血型系统）：23种多为常染色体遗传，并多为共显性,一、ABO 血型系统输血和器官移植中重要的血型系统 供体与受体不适配，可引起输血或排斥反应由三组基因所编码： IA、IB 和i 基因定位于9q34.1-9q34.2 H和h 基因定位于19号染色体 Se和se 基因定位于19号染色体Se基因产物为L-岩藻糖转移酶，在分泌腺中发挥作用 基因型为Se/Se或Se/se的个体为分泌型（体液存在抗原） 基因型se/se为非分泌型,紧密连锁,ABO血型的抗原形成过程,前体物,H 抗原,A 抗原,B 抗原,H,Hh 岩藻糖转移酶,IA N-乙酰基半乳糖转移酶,IB 半乳糖转移酶,hh, 孟买型, 无H、A、B抗原,ABO基因型与血型的关系,ABO血型遗传,A型标准血清（抗B）,B型标准血清（抗A）,模拟血型鉴定,血型,A,B,O,AB,习题演练,父亲为A血型，母亲为B血型，所生育一个女儿为A血型，另一个女儿为B血型，如果再生育，孩子的血型可能有：,答案：A、B、AB和O,二、Rh血型系统1940发现:恒河猴(Rhesus)红细胞免疫兔,产生兔抗恒河猴红细胞抗体人红细胞Rh抗原：Rh+；Rh- 汉族人: Rh+99% ; Rh-1% 白种人: Rh+,85% 少数民族,Rh-高。如：塔搭尔族15.8%，苗族12.3%，乌兹别克族8.7%基因定位：1p36.2-p34 重要的基因-RHD,RHCE；RHD的缺失和突变，不产生D抗原，是Rh-的主要原因,三、血型不相容1、输血反应输血原则：同型输血，交叉配血2、新生儿溶血症(hemolytic disease of the newborn,HDN)机制:胎儿细胞进入母体引起免疫应答,母体产生的IgG进入胎儿血循环,引起免疫性溶血临床症状: 轻：轻度贫血、黄疸； 重：死胎、流产；或贫血水肿腹水，易夭折,ABO溶血(85%) ：O型血的孕妇怀非O型（好发于A型）胎儿，由于分娩过程中胎母屏障的损伤，导致母亲抗A或抗B抗体进入胎儿血循环，引发溶血。临床上较多见，但症状较轻。,表1 “O”型血孕妇不同孕次IgG抗A(B)效价比较,表2 “O”型血孕妇1 次妊娠不同孕期IgG抗A(B)效价比较,研究实例,Rh溶血(14.6%) ：Rh-的母亲初次被Rh+抗原致敏后，妊娠Rh+的胎儿时，“再次免疫”，产生IgG抗体，透过胎盘，使新生儿溶血，严重者致死。初次致敏原因：第一胎妊娠Rh+胎儿，接受过Rh+血液输入，当年母亲出生，其Rh+母亲血液进入（外祖母学说）。临床上较少见，但症状较重。, Rh抗体:人血液中不存在抗Rh的天然抗体。Rh-血型者只有被Rh+抗原致敏后,才能产生抗Rh抗体。,Rh血型的特点及其临床意义,治疗方案：第一胎出生后72小时给予母亲抗D血清制剂注射，破坏母体内胎儿细胞，再次妊娠到29周时，再次注射抗D血清制剂。,Rh incompatibility,两种新生儿溶血症比较,第2节 主要组织相容性复合体,同种异体皮肤移植可出现排斥反应。排斥即意味着不相容，而不相容的程度与排斥的强度有关。 诱导强而迅速排斥反应的抗原称为主要组织相容性抗原或主要移植抗原, 编码这种抗原的基因群称为主要组织相容性基因复合体(major histocompatibility complex, MHC); 诱导弱而发生缓慢排斥反应的抗原称为次要组织相容性抗原(minor histocompatibility complex ,MHC)或次要移植抗原。,MHC的发现,MHC分类：按血清学和生化特点，分为、和,分子结构：均由一条和链非共价结合而成,MHC (Major Histocompatibility Complex)是位于哺乳动物某一染色体上的一组紧密连锁的基因群(gene complex)，其编码的产物称为MHC分子或MHC抗原，是移植排斥反应的主要决定簇，在组织相容性的决定中起着主要作用。,小鼠的MHC称为H-2系统人的MHC即HLA系统,基因定位：6p21.31分类：、类,一、HLA系统的结构与组成,II类基因区,III类基因区,I类基因区,编码,编码,HLA-II类分子,HLA-I类分子,补体成分等,MHC-I类分子表达于除成熟红细胞、滋养层细胞和神经细胞之外的各种有核细胞、血小板和网织红细胞表面。,MHC-II类分子主要表达于B细胞、树突状细胞、单核/巨噬细胞和活化的T细胞表面。,MHC分子的分布：,MHC-III类分子主要是一些存在于血清及其他体液中的可溶性分子。,HLA类分子的结构,链和2m非共价结合的异二聚体分子。链由胞外区、跨膜区和胞内区组成。 胞外区： 1、 2 和 3 封闭的肽结合槽 非共价结合2m （容纳812个aa） 结合CD8分子（Tc） 多态性的基础 跨膜区(TM)、胞内区(CY)： 穿胞膜入胞内，锚定类分子,2m无种属特异性，有助于维持类分子天然构象的稳定性.,MHC-类分子的结构,异二聚体分子（链和链）胞外区 1、 1 2、2 开放的肽结合槽 Ig超家族 （容1317个aa） 结合CD4分子（Th） 多态性的基础 槽外侧可结合超抗原跨膜区 、胞内区 作用似类分子。,抗原肽结合单位： 负责接纳抗原肽，也是被TCR识别的部位；Ig样单位： 包括MHC-3和2m以及MHC-的2和2，除了维持MHC分子的结构稳定之外，还分别与T细胞表面的CD4和CD8分子结合；跨膜单位： 由连接肽，穿膜区和胞浆区组成，具有一定的信号传导功能。,MHC分子包括三个功能单位,HLA复合体的遗传特征：1.共显性遗传 增加HLA抗原的复杂性和多态性2.单倍型(haplotype)遗传单倍型：连锁于一条染色体上的等位基因组合。分别来自父母的两个同源单倍型构成HLA的基因型，其编码产物为表现型。,3. 基因位点的高度遗传多态性增加了移植配型的难度，但赋予物种极大的应变能力。4. 连锁不平衡（linkage disequilibrium）HLA的基因紧密连锁，不发生同源染色体交换。,二、HLA与疾病的关联,很多自身免疫性疾病的发生都与遗传有关。迄今已发现70多种疾病与HLA基因多态性相关联，其中大多数的自身免疫性疾病与HLAII类基因关联。1. 携带HLA-DR4的人罹患类风湿关节炎的风险比正常人高6倍。2. I型糖尿病（胰岛素依赖性糖尿病）携带HLA-DR3和-DR4基因的白人发病率是正常人的20倍。,HLA与疾病的相关性,强直性脊柱炎患者,类风湿性关节炎导致关节变形,系统性红斑狼疮约40面颊部蝴蝶形红斑或盘状红斑,三、HLA配型与器官移植,组织器官移植的排斥反应组织不相容性：供受体抗原差异，受体免疫系统识别异已引发的排斥反应排斥反应的主要原因：HLA抗原（尤其是HLA-A、HLA-B、HLA-DR）和ABO抗原的差异器官移植配型： 1.ABO抗原配型 2.HLA抗原配型 HLA配型与肾移植：HLA-A、B、DR、（DQ）无错配者5年存活率为70%。,HLA型别的匹配程度- 配型 决定了移植物存活率的高低 HLA为单元型遗传，亲子之间一定有一个单元型相同，同胞之间一个单元型相同几率有50%，两个单元型相同几率为25%，两个单元型不同几率为25% 因此，器官移植时尽可能选择有血缘关系的供体。,进行组织器官移植时，往往因供受者之间的HLA型别不同而发生移植排斥反应，其排斥反应的强弱依次为,无亲缘关系者,亲属,同胞,同卵孪生儿,PCR-SSP分型:使用序列特异性引物(SSP)特异性地扩增HLA基因,然后通过凝胶电泳检测PCR产物,根据是否得到PCR产物,以及产物的片段大小来指定HLA基因型PCR-SSOP分型:首先使用PCR 扩增某一段HLA 基因,然后通过与序列特异性寡核苷酸探针(SSOP)杂交来鉴定HLA型 SBT分型:以测定DNA序列为基础的HLA基因分型,传统HLA配型方法血清学、细胞学方法：交叉反应、分辨率低、错误率高、受抗体来源限制，只是表型匹配分子生物学方法DNA分型:分辨率高、快速、准确，基因型匹配,HLA的DNA分型,第3节 抗体的基因结构 及其基因重排,四条对称的多肽链2重链 2轻链通过二硫键连接构成Ig单体 “T”/“Y”形,一、免疫球蛋白(immunoglobulin,Ig)的基本结构,N,C,N,重链与轻链重链（heavy chain，H链） 450550个 氨基酸残基 分子量 约5575kD,根据Ig重链抗原性的差异分五类： - IgG - IgM - IgA - IgD - IgE,轻链（light chain，L链） 重链的1/2 214个氨基酸残基 两型:、 正常人血清Ig := 2:1天然的Ig单体 两条重链同类 两条轻链同型,可变区和恒定区,可变区(variable region, V区） 近N端 1/2 L链（VL） 1/4（或1/5） H链（VH）,N,C,氨基酸组成及序列变化大,二、Ig基因的结构及其多样性的发生,Ig基因主要包括:L、V、D、J、C五类基因片段L（leader）：信号肽，肽链通过其向内质网外运输V（variable）：可变区，编码Ig可变区肽链D（diversity）：多变区，编码Ig多变区肽链J（joining）：连接区，V区肽段的一部分C（constent）：恒定区，编码Ig恒定区肽链,免疫球蛋白基因定位,基因重排产生抗体的多样性 B细胞胚系DNA上有许多组成Ig分子的基因，这些基因在受到不同抗原刺激后发生重排，随机重排翻译成大量的具有不同特异性的Ig。,抗体多样性的发生原因,利根川进获1987年诺贝尔医学奖,重链基因家族V/D/J重排: 分为两个阶段,首先D-JH基因节段重组;然后VH与DJH基因节段重组。由于V/D/J重排和V/D、D/J接头处的灵活性,约计能够产生5.0106(300306910)种重链活性基因。,体细胞水平V-D-J重组，可产生240万种重链,轻链基因重排： 首先进行V与J连接，VJ再与C区基因连接联结时V和J不同节段的组合,加上V/J接头处的灵活性,可产生至少7500(150x5x10)(假定V/J接头处的灵活性提供10种组合)种不同的轻链活性基因。,L链和H链组合起来能够产生4.01010 种不同的Ig分子。,等位排斥 (allelic exclusion) 等位排斥是指在同一个细胞内一对同源染色体上的两个等位基因中,只有一个基因发生重排,其等位基因则不能表达。 同型排斥是和 基因家族中只有一个家族处于活性状态，另一种家族活性被排斥抑制。,DNA重组产生的类转换 （class switching） 抗原刺激后，B细胞在分泌IgM和（或）IgD的同时，发生重链VDJ基因与CH基因的转换性重排，即VDJ从与C基因连接转换到与C或C、C基因连接，从而使B细胞能够产生具有同样抗原特异性但恒定区不同的其他类型的抗体，此过程即类转换。,体细胞突变 体细胞在发育过程中可发生基因突变，这种突变主要发生在V基因。体细胞突变扩展了原有胚系基因片段的多样性。基因节段连接的不精确性又增加了Ig的多样性,抗体分子多样性的遗传基础多个胚系基因片段的随机组合 体细胞水平 V-J 和 V-D-J 重组多样性 连接点插入额外核苷酸, DH两侧 体细胞高突变, V基因 轻链和重链的随机组合,综合起来可产生：几百亿种免疫球蛋白分子,三、遗传性抗体缺乏症,1.婴儿无丙种球蛋白血症（Bruton型） * X连锁隐性遗传，女性为携带者，男性发病； * B细胞发育停滞于前B细胞阶段 *血清中各类Ig 水平明显降低或缺失（IgG2g/L） *反复化脓性细菌感染2.先天性低丙种球蛋白血症 * X连锁隐性遗传 *患儿胸腺和全身淋巴样组织皆发育不全 *免疫球蛋白低于正常水平,第4节 T细胞受体的遗传,T淋巴细胞在免疫应答中起着关键的作用。 T淋巴细胞表面有一种识别分子,可以像抗体一样进行识别,为区别于抗体, 把它称为T细胞受体(T cell receptor, TCR)。,TCR与抗体的主要差别是,抗体是以细胞表面分子或者可溶性分泌分子两种形式产生,而TCR仅存在于细胞表面。内源性或外源性抗原肽和MHC结合形成MHC-肽复合物，被TCR所识别，从而启动免疫反应。 TCR具有高度多样性，根据推算，一个个体带有不同TCR分子的T细胞数可达10151018。,一、T细胞和TCR的结构及其类型 TCR是T细胞的一种表面标志。TCR与CD3呈复合物的形式存在于抗原特异性T细胞表面。 TCR的多肽链是异质性的,根据抗原结构和编码基因不同,已经发现有、4种多肽链,根据其组成不同分为两种类型: TCR（II型，占95%，广泛分布） TCR（I型，占5%，局限分布）,组成TCR分子的、四条肽链可分为胞外段、穿膜段（TM）、和细胞质（CY）三部分。肽链羧基端在细胞质内，氨基端在细胞外。,胞外段根据氨基酸顺序变化、大小分为可变区（V）及恒定区（C）。 链可变区又分为3个超变区也称互补决定区（complementarity determing regions，CDR）即CDR1、CDR2、CDR3。 CDR3：变异性最大，结合外来抗原肽，决定TCR的抗原特异性。 CDR1、CDR2：识别和结合MHC分子，参与细胞识别中的MH