第8章 主要组织相容性复合体及其编码分子

1、主要组织相容性复合体及其编码分子,第8章,76页,移植物的排斥反应,*组织相容性抗原/移植抗原：代表个体特异性的抗原叫组织相容性抗原，即诱发移植排斥反应的抗原。机体参与排斥反应的抗原系统多达20种以上,*主要组织相容性抗原：能引起强烈而迅速排斥反应的组织相容性抗原被称为主要组织相容性抗原。*次要组织相容性抗原:能引起较弱和缓慢移植排斥反应的组织相容性抗原被称为次要组织相容性抗原。,*主要组织相容性复合体(majorhistocompatibilitycomplex,MHC):位于同一条染色体上，编码主要组织相容性抗原的、紧密连锁的基因群称为主要组织相容性复合体。*人类MHC=HLA基因编码HL

2、A抗原;*小鼠MHC=H-2基因编码H-2抗原;,近数十年间，所有脊椎动物的MHC相继得到鉴定和命名。如兔RLA、狗DLA、猪SLA、大鼠RT-1、牛BoLA等。,引起移植排斥反应不是主要组织相容性抗原存在的主要意义，故用“组织相容性”来命名这一基因系统是不确切的MHC的主要功能是以其产物提呈抗原肽进而激活T淋巴细胞，因而MHC在启动适应性免疫应答中起重要作用,位于人第六号染色体短臂6p21.31区,有224个基因座位传统上按HLA基因在染色体上的排列分为3个区：、类基因区。,第一节MHC结构及其多基因特性,组成MHC的各种基因目前多以两种类型加以概括：经典的MHC基因免疫功能相关基因,经典的

3、类基因和经典的类基因：它们的产物具有抗原提呈功能，显示极为丰富的多态性，直接参与T细胞的激活和分化，参与调控适应性免疫应答免疫功能相关基因：包括传统的类基因，以及新近确认的多种基因，它们主要参与调控固有免疫应答，不显示或仅显示有限的多态性,一、经典的MHC类基因和类基因,1、经典HLA类基因：有B、C、A三个基因座位，编码类分子链/重链。（轻链由15号染色体编码，称2-m）,2、经典HLA类基因：有DP、DQ、DR三个基因座位，每个座位又有A、B两种基因，分别编码类分子的链、链。,二、类和类基因的表达产物HLA分子,抗原结合槽,IgSF结构域,HLA-I类抗原,分子结构：(1)抗原结合槽（1/

4、2）：结合抗原肽(2)IgSF结构域（3）：与CD8结合(3)跨膜区:固定HLA-I类抗原于膜上(4)胞浆区:信号转导(5)2微球蛋白：维持I类分子空间构型的稳定性,抗原结合槽,IgSF结构域,MHCclassIaccommodatepeptidesof8-10aminoacids,Cleftgeometry,MHCclassIIaccommodatepeptidesof13aminoacids,分子结构：(1)抗原结合槽(1/1)：结合抗原肽(2)IgSF结构域(2/2)：与CD4结合(3)跨膜区：固定HLA类抗原于膜上(4)胞浆区：信号转导,HLA-类抗原,I类和类基因的表达产物HLA分子

5、,抗原结合槽,IgSF结构域,MHC类抗原的结合凹槽：1、2各折叠成一个螺旋（凹槽壁）及4条片层（凹槽底）。能结合其上的抗原肽长度为810个氨基酸残基，多为9个氨基酸残基组成。,MHC类抗原的结合凹槽：1、1各折叠成一个螺旋（凹槽壁）及4条片层（凹槽底）。能结合其上的抗原肽长度为1317个氨基酸残基或更长。凹槽两端开放。,HLA抗原的组织分布：1、HLA-I类分子：广泛分布在体内各种有核细胞表面，但神经细胞、成熟的红细胞、胎盘滋养层细胞不表达。2、HLA-类分子：仅表达于淋巴组织中的某些细胞表面，如专职抗原提呈细胞（包括B细胞、巨噬细胞、树突状细胞）、胸腺上皮细胞和活化的T细胞等。,HLA-I

6、类抗原,1编码基因：HLA-A、B、C2.分子结构：链+2-m(1)抗原结合槽（1/2）：结合抗原肽(2)IgSF结构域（3）：与CD8结合(3)跨膜区:固定HLA-I类抗原于膜上(4)胞浆区:信号转导(5)2微球蛋白：维持I类分子空间构型的稳定性3组织分布：分布于所有有核细胞表面，仅3种细胞不表达4.功能：提呈内源性抗原肽，与辅助受体CD8结合，对CD8+T细胞的识别起限制作用,1.编码基因：HLA-DP、DQ、DR2.分子结构：链+链(1)抗原结合槽(1/1)：结合抗原肽(2)IgSF结构域(2/2)：与CD4结合(3)跨膜区：固定HLA类抗原于膜上(4)胞浆区：信号转导3.组织分布:专职

7、APC、活化T细胞和胸腺上皮细胞4.功能：提呈外源性抗原肽,与辅助受体CD4结合,对CD4+T细胞的识别起限制作用,HLA-类抗原,HLA类和类等位基因产物的表达具有共显性特点即同源染色体对应座位上的两个等位基因皆能得到表达,一个免疫细胞的表面通常可以检测到分别来自父母双方六对共12种HLA类和类等位基因分子即HLA抗原,B7,C9,A11,B8,C10,A12,张三,母亲,父亲,三、免疫功能相关基因,（一）血清补体成份编码基因坐落在HLA类基因区表达产物为C4B、C4A、Bf和C2等补体组分,（二）抗原加工提呈相关基因：坐落在HLA类基因区1蛋白酶体亚单位(proteasomesubunit

8、betatype,PSMB)基因包括PSMB8和PSMB9（旧称LMP2和LMP7）编码胞质溶胶中蛋白酶体亚单位成分2抗原加工相关转运物（transportersassociatedwithantigenprocessing,TAP）基因3HLA-DM基因包括DMA和DMB座位其产物参与APC对外源性抗原的加工提呈4HLA-DO基因包括DOA和DOB两个座位，分别编码DO分子的链和链DO分子是DM功能的负向调节蛋白5TAP相关蛋白基因其产物称tapasin，即TAP相关蛋白(TAP-associatedprotein)参与I类分子在内质网中的装配和内源性抗原加工提呈,（三）非经典类基因：又称H

9、LAb，即b型类基因，包括HLA-E、HLA-F、HLA-G等。与之相对应，经典的类基因也可称为a型类基因，简称HLAa。1、HLA-E：产物由重链（链）和2-m组成HLA-E分子可表达于各种组织细胞，在羊膜和滋养层细胞表面高表达其抗原结合槽能结合来自HLA-a和一些HLA-G分子中由9个氨基酸残基组成的信号肽，构成复合物功能上，HLA-E分子是表达于NK细胞C型凝集素受体家族（CD94/NKG2）的专一性配体。该家族中的CD94/NKG2A为抑制性受体；家族中的CD94/NKG2C缺乏ITIM，却能结合带有ITAM的DAP12蛋白，从而传递激活性信号。HLA-E/信号肽复合物与抑制性受体（C

10、D94/NKG2A）结合的亲和力明显高于和激活性受体（CD94/NKG2C）结合的亲和力，造成生理条件下，NK细胞处于抑制状态。这在病毒逃避免疫监视和母胎耐受形成中可能起重要的作用。2、HLA-G：结构和经典性HLA-A2基因高度同源，由重链和2-m组成HLA-G分子主要分布于母胎界面绒毛外滋养层细胞，在母胎耐受中发挥功能专一性受体属于杀伤细胞免疫球蛋白样受体（KIR）家族中某些成员,（四）炎症相关基因：坐落在HLA类基因区靠类基因一侧1肿瘤坏死因子基因家族2转录调节基因或类转录因子基因家族：包括类I-B基因，可参与调节转录因子NF-B的活性。属于这一基因家族的还有B144基因和锌指基因ZNF

11、等。3MHC类相关基因(MIC)家族：包括MICA和MICB基因。MIC是NK细胞激活性受体NKG2D的配体，不同的MICA等位基因在启动NK杀伤活性上可能存在差异。4热休克蛋白基因家族：包括HSP70基因，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的加工提呈中发挥作用。,第二节MHC的多态性一、多态性(polymorphism)的基本概念指一个基因座位上存在多个等位基因(allele)。,对于一个基因座位，一个个体最多只能有两个等位基因，分别出现在来自父母方的同源染色体上。如一个个体可拥有的经典、类分子最多有12种,MHC的多态性是一个群体概念，指群体中不同个体在等位基因拥有状态上

12、存在差别多态性和前面提到的多基因现象，是从不同水平对MHC的多样性进行描述：多基因性着重于同一个个体中MHC基因座位的变化；而多态性指群体中各座位等位基因数量的变化,HLA是人体多态性最丰富的基因系统,多态性主要为经典的类基因和类基因所有，这与、类基因产物提呈抗原肽这一功能为有关,HLA等位基因产物存在差异，主要表现在构成抗原结合槽的氨基酸残基在组成和序列上不同采用PCR技术针对性地扩增相应的基因片段之后，可通过测序或采用显示等位基因特异性的探针与之杂交，确定不同个体的等位基因，即从两千多种HLA等位基因中找出属于该个体的12种、类分子编码基因，称为HLA基因分型（HLAgenotyping）

13、这对寻找合适的器官移植供受体、分析疾病易感基因和亲子鉴定都是十分重要的,MHC多态性的意义,这一现象的群体效应，是赋於物种极大的应变能力，使之能对付多变的环境条件及各种病原体的侵袭。应该说，这是MHC高度多态性具有强大生命力的体现，是长期自然选择的结果。可用于个体识别，但不利于寻找同种移植物供者。,Example:IfMHCXwastheonlytypeofMHCmolecule,Populationthreatenedwithextinction,Example:IfeachindividualcouldmaketwoMHCmolecules,MHCXandY,不同的MHC等位基因产物提呈结

14、构不同的抗原肽，诱发特异性和强度不同的免疫应答MHC多态性从基因的储备上，造就了各式各样的个体不同个体所遗传的MHC等位基因往往不同，对病原入侵的反应性和易感性并不一致,二、连锁不平衡和单体型各种等位基因在人群中以一定的频率出现。例如DRB1*0901和DQB1*0701在北方汉族人中的频率分别是15.6%和21.9%按随机分配规律，两个等位基因同时出现在一条染色体上的机率是两者频率的乘积（0.1560.2190.034），然而实际上两者同时出现的频率是理论值的3.3倍。此现象称为连锁不平衡连锁不平衡：指分属两个或两个以上基因座位的等位基因，同时出现在一条染色体上的机率高于随机出现的频率。,单

15、体型（haplotype）指的是染色体上MHC不同座位等位基因的特定组合。,B7,C9,A11,DP1,DQ3,DR5,B8,C10,A12,DP2,DQ4,DR6,某些单体型在群体中有可能呈现较高的频率，并较之单一座位的HLA基因型别更能显示人种和地理族特有的群体基因结构。如：中国汉族人特征性的HLA单元型主要有A2-B46-Cw3-DR9-DQ9-Dw23及A33-B17-Cw2-DR3-DQ2-Dw3等。,检测单体型比分析单一的等位基因频率，更有助于从无血缘关系人群中搜寻HLA相匹配的器官移植供者。,HLA单体型的家系遗传,a,15,27,b,c,?8,312,d,a,15,c,?8,a

16、,15,312,d,27,b,c,?8,27,b,312,d,a,15,c,?8,机率一半相配,1/4机率完全不配,1/4机率完全相配,父亲,母亲,第三节MHC分子和抗原肽的相互作用,一、抗原肽和HLA分子相互作用的分子基础与HLA分子抗原结合槽结合的抗原肽都带有两个或两个以上与MHC分子凹槽相结合的特定部位，称锚定位。该位置的氨基酸残基称为锚定残基(anchorresidue)。,锚定位：抗原肽上与MHC分子抗原结合槽结合的特定部位。锚定残基：抗原肽上与MHC分子抗原结合槽结合的氨基酸残基。,不同的MHC分子提呈抗原肽的基序不同,二、抗原肽和MHC分子相互作用的特点,1、MHC分子与抗原肽结

17、合具有一定的专一性不同HLA分子与不同抗原肽结合不同MHC等位基因产物可能提呈同一抗原分子的不同表位，造成不同个体对同一抗原的免疫应答的强度不同,对病原体的存活和致病具有关键作用,对病原体的存活和致病具有一定作用,不能提呈抗原肽,引起的IR可快速清除病原体,引起的IR可逐渐清除病原体,不能引起IR,MHC分子提呈抗原肽,MHC是疾病易感性个体差异的主要决定者，在群体水平有助于增强物种的适应能力推动生命的进化这是MHC以其多态性参与和调控免疫应答的一种重要机制,2、MHC分子与抗原肽结合的包容性：HLA分子与抗原肽的结合并非严格的一对一关系，MHC分子只对锚定残基有选择，一种HLA分子可结合带有

18、特定共同基序的一群肽段,MHC分子对锚定残基的选择只是“大致的选择”（即锚定残基可以是数种氨基酸）,不同MHC分子也可以拥有相同的共用基序，结合相同的抗原肽例如，在HLA类分子中至少已经确认了A2、A3、B4、B44四个家族，这些家族中的成员可识别拥有相同或相似锚定残基的抗原肽。这意味着，能够被某一HLA分子识别和提呈的抗原肽，也可被该家族其他分子所提呈,第4节MHC的生物学功能,一、作为抗原提呈分子参与适应性免疫应答,1T细胞以其TCR实现对抗原肽和MHC分子的双重识别。由此形成T细胞在抗原识别和发挥效应功能中的MHC限制性。2被MHC分子结合并提呈的成份，可以是自身抗原，甚至是MHC分子本身。由此，MHC参与构成自身免疫性（autoimmunity），参与对非己MHC抗原的应答，并参与T细胞在胸腺中的选择和分化。,3MHC是疾病易感性个体差异的主要决定者。这和MHC分子的抗原提呈功能密切相关。4MHC参与构成种群基因结构的异质性。由于不同MHC分子加工提呈的抗原肽往往不同，这一特点赋予不同个体抗病能力的差异。这在群体水平有助于增强物种的适应能力，推动生命的进化。,二、作为调节分子参与固有免疫应答,MHC中的免疫功能相关