免疫学主要组织相容性复合体

关于免疫学主要组织相容性复合体

抗原

免疫系统抗原肽－MHCⅡ/Ⅰ分子复合物

免疫应答CD4+/CD8+T细胞（细胞免疫、体液免疫）

抗原性异物排除◆

MHC分子为T细胞分化发育所必需

◆

MHC分子为免疫应答的启动和调节所必需第2页,共82页，2024年2月25日，星期天20世纪40年代已确定，小鼠近交系之间皮肤移植物的排斥由分布在不同染色体上的多个基因决定。各种哺乳动物都拥有主要组织相容性复合体（majorhistocompatibilitycomplex,MHC)，人的MHC统称为HLA。MHC在启动特异性免疫应答中起重要作用。第3页,共82页，2024年2月25日，星期天移植物的排斥反应第4页,共82页，2024年2月25日，星期天MHC是决定同种移植排斥的主要抗原第5页,共82页，2024年2月25日，星期天主要组织相容性复合体

(majorhistocompatibilitycomplex,MHC)

：

位于脊椎动物某对染色体的特定区域，具有高度多态性紧密链锁的基因群，其编码产物（MHC分子或MHC抗原）表达于不同细胞表面，不仅参与移植排斥反应和T细胞的分化发育，而且在免疫应答的启动和免疫调节中发挥重要作用。不同种属的动物其MHC有不同的命名：如小鼠的MHC称H-2复合体猪的MHC称SLA复合体人的MHC称HLA复合体狗MHCDLA兔MHCRLA第6页,共82页，2024年2月25日，星期天概述

一、组织相容性抗原

(histocompatibilityantigen)

通过移植鉴定与组织相容性有关的抗原。

二、主要组织相容性抗原系统(MHS)

能引起较强移植排斥反应的抗原。

三、主要组织相容性复合体(MHC)

编码主要组织相容性抗原的具有高度多样性的基因群。

四、人类白细胞抗原(humanleukocyteantigen,HLA)

人类主要组织相容性抗原系统。编码该抗原的基因也称HLA。第7页,共82页，2024年2月25日，星期天

第一节MHC的基因组成及特点一、小鼠MHCH-2复合（一）定位定位于第17号染色体短臂（二）构成

K、I、S、L、D等基因

第8页,共82页，2024年2月25日，星期天

（三）根据编码分子不同分成三类

1.Ⅰ类基因

K、D、L位点---编码Ⅰ类分子的α链

2.Ⅱ类基因

3.Ⅲ类基因

S区（I区与D区之间）---

编码C4、C2、B因子及TNF等第9页,共82页，2024年2月25日，星期天

Ir基因（免疫应答基因，immuneresponsegene）

Ia抗原（I区相关抗原，Iregionassociatedantigen）：Ir基因编码产物I位点I-A亚区——编码Ⅱ类分子Aα和Aβ链I-E亚区——编码Ⅱ类分子Eα和Eβ链第10页,共82页，2024年2月25日，星期天二、人类MHC－HLA复合体

定位于第6号染色体短臂（6p21,3）第11页,共82页，2024年2月25日，星期天（一）HLA复合体的结构

1.经典的HLA基因

HLAⅠ类基因：A、B、C——HLAⅠ类分子

HLAⅡ类基因：DP、DQ、DR——HLAⅡ类分子

2.免疫功能相关基因血清补体成分编码基因：编码C2、C4A、C4B、

Bf，位于HLAⅢ类基因抗原加工提呈相关基因：位于HLAⅡ类基因区域非经典Ⅰ类基因：位于经典HLAI类基因炎症相关基因：位于HLAⅢ类基因区内

3.免疫无关基因第12页,共82页，2024年2月25日，星期天

HLA结构特点：

1.免疫功能相关基因最集中、最多的一个区域，128基因中39.8％基因产物均具有免疫功能；

2.基因密度最高的一个区域，平均每1.6kb

就有一个基因；

3.多态性最丰富的一个区域；

4.与疾病关联最为密切的一个区域。

第13页,共82页，2024年2月25日，星期天（二）HLA复合体的遗传特征

1.多基因性:指MHC是由一组位置相邻(或紧密连锁)的基因座位(locus)组成

2.单元型遗传:连锁在同一条染色体上HLA不同基因座位等位基因的特定组合

3.多态性现象:

群体中同一基因座位上存在两个以上等位基因

4.连锁不平衡:两个或两个以上基因座位上的某些等位基因同时出现于同一染色体上的几率高于随机出现的频率，此现象称为连锁不平衡A24B12DRB6DQ3alleleA2424A2A2

B1212B32B32DRB66DRBDQ33DQ8DQ816DRB16

phenotype(表型)ab•北欧白人具特征性的单元型:A1-B8•汉族人特征性的单元型：

A2-B46-Cw3-DR9-DQ9-Dw23（南方人）

A33-B17-Cw2-DR3-DQ2-Dw3(北方人)第14页,共82页，2024年2月25日，星期天（1）复等位基因（multipleallele）

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，不同群体中位于同一位点的不同特异基因系列称为复等位基因。HLA复合体的每一座位存在为数众多的复等位基因，而且各个座位基因是随机组合的，故人群中的基因型可达108~1010之多。A5A10B40B16A1A2B8B35甲（6#）乙（6#）（二）HLA复合体的遗传特征第15页,共82页，2024年2月25日，星期天

MHCⅡ类基因

MHCⅠ类基因第16页,共82页，2024年2月25日，星期天类别家族基因座

复等位基因

编码产物第I区Ia类Ib类ABCEGA*0101--A*8001（已发现59个复等位基因）B*0702--B*8201（已发现118个复等位基因）C*0102--C*1702（已发现36个复等位基因）E*0101--E*0104（共4个复等位基因）G*0101--G*0104（共4个复等位基因）HLA-Aa链HLA-Ba链HLA-Ca链HLA-Ea链HLA-Ga链第II区DRDPDQDMDRADRB1DRB3DRB4DRB5DPA1DPB1DQA1DQB1DMADMBA1（无多态性）B1*0101–B1*1605（已发现160余个复等位基因）B3*0101–B1*0301（已发现7个复等位基因）B4*0101–B1*01011（已发现5个复等位基因）B5*0101–B1*0203（已发现5个复等位基因）A1*0103–A1*0401（已发现6个复等位基因）B1*0101–B1*6501（已发现73个复等位基因）A1*0101–A1*0601（已发现19个复等位基因）B1*0201–B1*0611（已发现30个复等位基因）（无多态性）（无多态性）HLADRa链HLADRb链HLADRb链HLADRb链HLADRb链HLADPa链HLADPb链HLADQa链HLADQb链HLADMa链HLADMb链HLA基因的分类、命名及编码产物

第17页,共82页，2024年2月25日，星期天（2）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。由于HLA复合体各座位的等位基因紧密连锁，使得某些等位基因经常（或很少）连锁在一起，从而出现连锁不平衡。第18页,共82页，2024年2月25日，星期天假设两个基因座的两个等位基因，其频率分别是p1和p2，若它们之间的重组是随机的，其联合的频率，即单元型频率h是p1Xp2，这样的结果即为连锁平衡。如果h与预期的随机重组值不一致，说明两个基因座存在连锁不平衡第19页,共82页，2024年2月25日，星期天HLA不同基因座位的各等位基因在人群中以一定的频率出现。如HLA-DRB10901和DQB10701在北方汉人中出现的频率分别是15.6%和21.9%，按随机分配的规律，这两个等位基因同时出现在一条染色体上的几率应是两个频率的乘积3.4%然而实际上两者同时出现的频率是11.3%为理论的3.3倍，此现象称为连锁不平衡。处于连锁不平衡状态的等位基因往往经常连在一起组成一个单元型。连锁不平衡现象第20页,共82页，2024年2月25日，星期天连锁不平衡现象第21页,共82页，2024年2月25日，星期天（3）单元型单元型(haplotype)是指紧密连锁在同一条染色体上的HLA诸位点上等位基因的组合。由分别来源于父和母的两个同源单元型构成。

通常作为一个完整的遗传单位由亲代传给子代。HLA这一遗传特点在器官移植供者的选择具有重要意义。第22页,共82页，2024年2月25日，星期天A1A2B8B35A2A10B40B16父亲

母亲×abcdA2B35A2B40A1B8A2B40A1B8A2B35A10B16A10B16adbdcbca1234单元型遗传第23页,共82页，2024年2月25日，星期天(a)IllustrationofinheritanceofMHChaplotypesininbredmousestrains.Thelettersb/bdesignateamousehomozygousfortheH-2bMHChaplotype,k/khomozygousfortheH-2khaplotype,andb/kaheterozygote.BecausetheMHClociarecloselylinkedandinheritedasaset,theMHChaplotypeofF1progenyfromthematingoftwodifferentinbredstrainscanbepredictedeasily.第24页,共82页，2024年2月25日，星期天(b)AcceptanceorrejectionofskingraftsiscontrolledbytheMHCtypeoftheinbredmice.TheprogenyofthecrossbetweentwoinbredstrainswithdifferentMHChaplotypes(H-2bandH-2k)willexpressbothhaplotypes(H-2b/k)andwillacceptgraftsfromeitherparentandfromoneanother.Neitherparentstrainwillacceptgraftsfromtheoffspring.第25页,共82页，2024年2月25日，星期天粗略估计，人群中的单元型数目超过5×108，而由两个单元型所决定的表型更是不计其数。人类细胞内的两个同源染色体分别来自父母，故比较两个同胞间单元型型别，存在三种可能性：两个单元型均相同，几率为25%；两个单元型均不同，几率为25%；有一个单元型相同几率为50%。此遗传规律在器官移植供者的选择及法医亲子鉴定中得到应用。第26页,共82页，2024年2月25日，星期天HLA家系遗传示意图acadbcbd完全配合（25%）部分配合(50%)

完全不配合（25%）abcd

父

母第27页,共82页，2024年2月25日，星期天HLA多态性形成的原因主要有：

HLA基因结构变异复等位基因共显性表达HLA共显性表达第28页,共82页，2024年2月25日，星期天MHC多态性意义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；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。第29页,共82页，2024年2月25日，星期天1、赋予种群适应多变的环境条件MHC多态性是长期自然选择的结果，使种群具有极大的基因储备，造就了对特定抗原如病原体应答能力不同的个体，保证在群体水平能应付多变的环境条件及各种病原体的侵袭，从而有利于种群的生存和延续。第30页,共82页，2024年2月25日，星期天2、实现对机体免疫应答的遗传控制MHC基因多态性使其编码产物分子结构（主要是抗原结合槽）各异，从而决定其与特定抗原结合的选择及亲和力。第31页,共82页，2024年2月25日，星期天3、使MHC成为个体的终身遗传标志由于MHC的高度多态性，无亲缘关系的个体间出现MHC型别全相同者的几率极低，故MHC型别可视为个体的终身标志。这一特征被用于疾病研究和法医学的个体识别。第32页,共82页，2024年2月25日，星期天4、增加了寻找合适同种器官移植供者难度由于MHC基因型和表型均具有极为复杂的多态性，故在无血缘关系的人群中一般难以找到MHC型别完全相同的个体，从而极大的增加了临床上寻找合适器官供者的难度。为此，目前国内外均着手建立造血干细胞捐献者资料库，以有助于在人群中筛选出MHC全相同的无关供者。第33页,共82页，2024年2月25日，星期天第二节MHC分子结构与功能

第34页,共82页，2024年2月25日，星期天一、Ⅰ类和类Ⅱ基因的表达产物－HLA分子HLA-Ⅰ类分子由重链（

链）和

2m组成，分布于所有有核细胞(含血小板和网织红细胞)表面。膜结合：不同的组织细胞表达Ⅰ类分子量不同，如：淋巴细胞(最多)，肾、肝脏及心脏(其次)，神经组织(很少)。可溶性：存在于血清、初乳和尿液等体液中。HLA-Ⅱ类分子由

链和

链组成，即仅分布于淋巴样组织中的各种细胞表面，如抗原提呈细胞（APC）

---B细胞、单核/巨噬细胞、树突状细胞；以及激活的T细胞，精子和血管内皮细胞、胸腺上皮细胞等。第35页,共82页，2024年2月25日，星期天HLA-I与分子的组成、结构与分布MHC-IMHC-II肽链ab2mab分子量（kDa）4411.531-3426-29分子式a/b2m（a/b）2胞外区结构域a1、a2、a3b2ma1、a2b1、b2肽结合单位a1/a2a1/b1CD4/CD8结合部位a3b2HLA编码基因座A、B、CDRA、DPA、DQADRB、DPB、DQB组织分布所有有核细胞巨噬细胞、树突细胞、胸腺上皮细胞、B细胞和活化TT细胞HLA-Ⅱ第36页,共82页，2024年2月25日，星期天分子结构

HLA-I类分子HLA-II类分子肽结合区α1+α2α1+β1

（多态区）封闭槽开放槽（容纳8-10AA）（容纳13-17AA）

Ig样区α3+β2mα2+β2组织分布有核C（淋巴C）B、Mφ、DC等APC（细胞膜）除神经C、腺上皮C、活化T

滋养层C外血管内皮C、

功能识别内源性抗原肽识别外源性抗原肽（辅助受体）CD8-α3

CD4-β2

限制CTL的识别*限制TH的识别*第37页,共82页，2024年2月25日，星期天

HLA-I

结构：二条多肽链(非共价键连接的糖蛋白,Ig超家族成员)：◆链（重链）：

340个氨基酸残基，分子量44kDa，MHC-Ⅰ类基因编码，具有高度多态性。胞外区---

1、

2功能区，抗原结合部位；

3功能区，CD8分子结合部位；跨膜区胞内区◆

2-微球蛋白（

2m）：分子量12kDa，由15号染色体基因编码。

3、

2m为Ig超家族结构域小鼠2微球蛋白基因在2号染色体第38页,共82页，2024年2月25日，星期天MHCⅠ类分子及其编码基因的结构

L:前导序列

Tm：跨膜序列

C：胞浆序列第39页,共82页，2024年2月25日，星期天第40页,共82页，2024年2月25日，星期天生物学功能：（1）参与内源性抗原的递呈（诱导对病毒感染细胞和肿瘤细胞的杀伤和溶解）；（2）作为CD8+T细胞的识别分子；（3）参与胸腺内T细胞的分化、发育；（4）参与NK细胞的活化或抑制；（5）诱导同种移植排斥反应。第41页,共82页，2024年2月25日，星期天第42页,共82页，2024年2月25日，星期天第43页,共82页，2024年2月25日，星期天

HLA-Ⅱ类分子结构：两条异质多肽链(非共价键连接的糖蛋白，Ig超家族成员)：

链：

1和

2功能区

链：

1和

2功能区

1和

1---抗原肽结合部位，决定Ⅱ类分子的多态性；

2---CD4分子结合部位。

2、

2为Ig超家族结构域第44页,共82页，2024年2月25日，星期天MHCⅡ类分子及其编码基因的结构

L:前导序列

Tm：跨膜序列

C：胞浆序列第45页,共82页，2024年2月25日，星期天第46页,共82页，2024年2月25日，星期天生物学功能：（1）参与外源性抗原的递呈；（2）作为CD4+T细胞的识别分子；（3）参与胸腺内T细胞的分化、发育；（4）参与免疫应答调节（5）诱导同种移植排斥反应。第47页,共82页，2024年2月25日，星期天第48页,共82页，2024年2月25日，星期天第49页,共82页，2024年2月25日，星期天第50页,共82页，2024年2月25日，星期天二、免疫功能相关基因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。（一）血清补体成分编码基因属经典的HLAIII类基因：

S区（I区与D区之间）---编码C4B、C4A、C2、B因子第51页,共82页，2024年2月25日，星期天三、抗原加工提呈相关基因位于Ⅱ类基因区1.低分子量多肽（lowmolecularweightpeptide,LMP）或巨大多功能蛋白酶体（largemultifunctionalproteasome）基因：编码蛋白酶LMP2和LMP7，是免疫蛋白酶体的组成成分，参与内源性抗原的加工2.抗原加工相关转运体（transporterassociatedwithantigenprocessing,TAP)基因：TAP参与对内源性抗原肽的转运，使其从胞质溶胶进入内质网腔，并与MHC

I类分子结合。第52页,共82页，2024年2月25日，星期天3.HLA—DM基因：HLA-DMA/DMB----正调作用编码DM分子的α和β链。DM分子并不表达于细胞表面，但DM基因缺失导致DP、DQ和DR分子不能表达。在HLAⅡ类分子与抗原肽装配过程中起重要作用。基因产物参与对外源性抗原的加工提呈，帮助溶酶体中的抗原片段进入MHCⅡ类分子的抗原结合槽。第53页,共82页，2024年2月25日，星期天4.HLA—DO基因：HLA-DOA/DOB------负调作用其产物分别为DO分子的α和β链，参与对DM功能的负调节。

DO分子是

DM分子的负向调节蛋白。5.TAP相关蛋白基因：位于HLA复合体近着丝点处，其产物为TAP相关蛋白（TAP-associatedprotein），参与内源性抗原的加工和提呈，主要对HLAⅠ类分子在内质网中的装配起关键作用。第54页,共82页，2024年2月25日，星期天四、非经典I类基因非经典I类基因：（non-classicalclassⅠgene）又称HLAⅠb基因，即b型I类基因，包括许多基因位点，如HLA-E、-F、-G

、X、H、J、L等和锌指基因ZNF173位点。1.HLA

－E

(HLA-C、-A座位之间)编码HLA-E分子（结构与经典I类分子相似）。已正式命名6个等位基因。其产物抑制NK细胞和部分T细胞的杀伤活性，属于具有抗原提呈功能的免疫功能相关基因。HLA-E分子作用：与维持母胎界面稳定有关逃避免疫监视（病毒感染细胞、肿瘤细胞）第55页,共82页，2024年2月25日，星期天2.HLA－G

(HLA-H和HLA-F座位之间)编码HLA-G分子（结构与经典I类分子相似）。已正式命名15个等位基因。其产物作为一种配体分子与杀伤细胞的KIR结合而发挥抑制活性。HLA-G分子生物学功能：①保护胚胎②可能参与妊娠期血管生成。③可能参与胸腺细胞选择的某些过程。④有调控HLA-E表达的作用（一定条件）。第56页,共82页，2024年2月25日，星期天五、炎症相关基因

位于HLAⅢ类基因区内接近Ⅰ类基因区的一侧。新检出多个免疫功能相关基因座位，多数涉及炎症反应，分属以下四个家族：1.肿瘤坏死因子基因家族（tumornecrosisfactor，TNF）：包括TNF（TNFα）、LTA和LTB（TNFβ）三个座位。TNF基因家族的产物为TNF-α和TNF-β，前者由单核-巨噬细胞产生，后者由T细胞产生。参与炎症、抗病毒和抗肿瘤免疫应答。第57页,共82页，2024年2月25日，星期天2.转录调节基因或类转录因子基因家族3.MHCI类相关基因（MIC）家族4.热休克蛋白基因家族（heatshockprotein，HSP）：HSP基因家族有3个基因，HSP70-1、HSP70-2和HSP70-HOM，均位于Ⅲ类基因区内。其产物参与炎症和应激反应，并作为分子伴侣在内源性抗原加工提呈中起作用。第58页,共82页，2024年2月25日，星期天第59页,共82页，2024年2月25日，星期天六、免疫无关基因如位于Ⅲ类基因区参与类固醇合成的21羟化酶（CYP21）基因和位于HLA-Ⅰ类基因区的HLA-H基因（与铁代谢有关）等。第60页,共82页，2024年2月25日，星期天第三节抗原肽--MHC分子的相互作用抗原肽的锚定残基(anchorresidue)

在抗原肽-MHC复合物中,抗原肽的两个或两个以上专司与MHC分子结合的氨基酸残基,称为锚定残基;MHC分子抗原结合糟中与抗原肽锚定残基相对应的氨基酸残基称为锚定位MHC的包容性(flexibility)

特定MHC分子可提呈或识别带有特定共同基序的一群抗原肽抗原肽(8~10aa)锚定残基抗原肽(13~17aa)锚定残基锚定位锚定位第61页,共82页，2024年2月25日，星期天小袋与相应的锚定残基侧链互补结合，将抗原肽锚定在Ⅰ/Ⅱ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。第62页,共82页，2024年2月25日，星期天H-2KdH-2KbY:酪氨酸I:异亮氨酸V:缬氨酸L:亮氨酸F:苯丙氨酸F:苯丙氨酸

以上表明:与同一MHC分子结合的不同抗原肽,其锚定残基往往相同或相似(均显示一个特征性的共同基序)

共同基序

xY*xxxxxV/I*

xxxxY/F*xxL*第63页,共82页，2024年2月25日，星期天一、抗原肽与MHC分子相互作用的特点与意义（1）MHC分子提呈抗原肽的相对选择性特定型别的MHC分子和抗原肽的结合具有一定的选择性，不同个体（不同MHC等位基因）对同一抗原的应答在强度上有差异。小袋可选择性结合抗原肽（锚定残基）。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。第64页,共82页，2024年2月25日，星期天（2）MHC分子对抗原肽识别和提呈的包容性一种MHC分子可识别并结合带有特定共同基序的一群肽段，由此显示两者相互作用的包容性。不同MHC分子接纳的抗原肽也可以拥有相同的共同基序这种包容性可导致某一个体对不同抗原均出现免疫应答。第65页,共82页，2024年2月25日，星期天（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。第66页,共82页，2024年2月25日，星期天

第三节HLA分型

（一）分型方法

1.血清学

2.细胞学

3.分子生物学

第67页,共82页，2024年2月25日，星期天血清学细胞学分子生物学实验方法补体介导的微量细胞毒试验混合淋巴细胞培养法（MLC)分子生物学技术原理抗体(HLA分型)+淋巴细胞(受者)+补体

淋巴细胞受损判定结果（细胞死亡百分率）单向法双向法比较供、受者编码HLA抗原基因的DNA序列，判定供、受者间的相似程度。主要应用检测HLA-A、B、C抗原检测DR抗原

（二）HLA分型法原理及应用第68页,共82页，2024年2月25日，星期天一、MHC与免疫应答及T细胞的分化（一）参与抗原提呈与MHC限制性

MHC限制性（MHCrestriction）：TCR对抗原肽和与其形成复合物的MHC分子进行双重识别。即在识别APC或靶细胞表面抗原肽的同时，还需识别与抗原肽结合成复合物的自身MHC分子。（二）参与对免疫应答的遗传控制免疫应答基因（Ir）：HLAⅡ类基因区（三）参与免疫细胞分化

1.MHC抗原参与早期T细胞在胸腺的分化

2.建立T细胞对自身抗原的中枢性耐受

第四节HLA在医学上的意义第69页,共82页，2024年2月25日，星期天2

受MHC-Ⅱ类分子限制

受MHC-Ⅰ类分子限制CD4+T细胞APC靶细胞

MHC分子参与T细胞限制性识别

A.CD8+T细胞的TCR识别抗原肽的同时,需识别MHC-Ⅰ类分子BAB.CD4+T细胞的TCR识别抗原肽的同时,需识别MHC-Ⅱ类分子Ag肽CD8+T细胞24MHC限制性:指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分子的现象