6免疫学MHC主要组织相容性基因复合体

1、,器官移植,排斥反应,免疫反应,抗原,相同 相近不同 不排斥 弱排斥强排斥,组织相容性抗原（histocompatibility Ag),主要组织相容性抗原（分子）,主要组织相容性基因复合体（MHC） (major histocompatibility gene complex),主要组织相容性基因复合体是存在于脊椎动物某一染色体上, 编码主要组织相容性抗原，调控细胞间相互识别，调节免疫应答的一组紧密连锁的基因群。,第六章 主要组织相容性系统,各种动物MHC的名称 小鼠的MHC H-2复合体 人的MHC HLA复合体 大鼠的MHC H-1复合体 黑猩猩的MHC chLA复合体 鸡的MHC B复

2、合体,第一节小鼠的MHC,1935年Gorer RBC , , ,1936年 Snell,Ag 阳性小鼠诱导产生肿瘤,定位 : 17号染色体短臂,小鼠的MHCH-2,移植物的排斥反应,1936 年 Gorer 在鉴定近交系小鼠血型抗原时发现小鼠主要组织相容性抗原。 1948 年 Gorer 和 Snell 又确定了表达 H-2 抗原的基因存在于第 17 对染色体短臂上。 H-2 复合体由彼此独立又紧密连锁的一些基因位点组成，包括 K 、 I 、 S 、 L 、 D 等几个亚区，可分为三类 。,第一节小鼠的MHC,K IA IE S D L,1、类基因 各含20个以上 的复等位基因,第一节小鼠的

3、MHC,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。,复等位基因（ multiple alleles ） 由于群体中的突变，同一座位的基因系列称为复等位基因。,异种移植物,.同种异体移植物,自体移植物(如皮肤,组织等),同系移植物,同基因移植物,Benacerraf (贝纳塞拉夫) 实验结果证明类基因 与免疫应答和免疫调节 有关。,第一节小鼠的MHC,2、类基因,3、类基因 包括6个基因座位： C4 C2 Bf sIP TNF HSP,第一节小鼠的MHC,各种动物 MHC 的作用基本相似，包括：, MHC 编码的抗原广泛分布于淋巴细胞和其他有核细胞的表面；与同种内移植排斥有关，也是刺激

4、混合淋巴细胞反应（ MLR ）和移植物抗宿主反应（ GVHR ）的主要刺激抗原。,控制机体对抗原的免疫应答或免疫抑制，以及免疫活性细胞之间相互作用,编码补体系统中的某些组分。, MHC 中某些抗原出现的频率与对某些疾病的易感性有关。,HLA（human leukocyte antigen) : 最初在人的白细胞上发现的,HLA：即人类白细胞抗原，是人的MHC，位于第6号染色体短臂上的一群紧密连锁的基因群，其编码产物参与免疫应答和免疫调控,HLA (human leukocyte antigen)复合体,人类MHCHLA,6号染色体短臂,着丝点,DP DQ DR CW B C A,Simplif

5、ied map of the HLA region,Maximum of 9 types of antigen presenting molecule allow interaction with a wide range of peptides.,Polygeny CLASS I: 3 types HLA-A, HLA-B, HLA-C (sometimes called class Ia genes),CLASS II: 3 types HLA-DP HLA-DQ HLA-DR.,第二节 人类MHC-HLA,一、基因定位和结构,、类基因31个座位 三个经典座位 A B C,1、经典MHC类

6、基因（Ia基因） 包括A、B、C 3个座位 产物为HLA分子,、 类基因(Ir) 经典基因DPDQDR 它们编码的产物均为双肽链（ 、 ）分子。 LMP（Large multifuncial protease） TAP（Transporter associated with antigen processing） DM分子 （ 1 ）肽链转运基因即 TAPl 和 TAP2 ，它们的产物与细胞内的肽转运有关，已被命名为抗原处理相关的转运蛋白（ transporter associated with antigen processing ， TAP ）或抗原肽链转运肽 （ transporter

7、of antigen peptide ）,参与内源性抗原加工中抗原肽的转运. （ 2 ）蛋白酶体相关基因（ proteasome related gene ）即 LMP2 和 LMP7 ，其产物参与内源性抗原处理和递呈，已被命名为低分子量多肽（ low molecular weight polypepetide ， LMP ）或巨大多功能蛋白酶（ large multifunctional protease ）。,第二节 人类MHC-HLA,HLA-DP、-DQ、-DR 3个亚区 产物为HLA 类 分子,3、 类基因C2 C4 Hf Hsp70 TNF 现已发现 HLA 类基因区至少有 36

8、个基因座位。其中 C2 、 C4A 、 C4B 、 Bf 座位编码相应的补体成分，另外包括 21 羟化酶基因（ CYP21A 、 B ）、肿瘤坏死因子基因（ TNFA 、 B ）以及热休克蛋白 70 （ heat shock protein70 ， HSP70 ）基因等。,4、 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。 1 编码补体成分的基因 2 抗原加工递呈相关基因 位于类基因区 低分子量多肽（LMP）基因 抗原肽转运体（TAP）基因 HLA-DM、HLA-DO基因 非经典类基因 TAP相关蛋白基因,包括HLA-E、-F、-G、-H等。 1 HLA-E基因

9、 (HLA-C、-B座位之间) 编码HLA-E分子（结构与经典I类分子相似）。 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）,（3）非经典类基因* 又称Ib基因,2HLA-G基因 (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）。 HLA-G分子生物学功能： 保护胚胎 可能参与妊娠期血管生成。 可能参与胸腺细胞选择的某些过程。 有调控HLA-E表达的作用（一定条件）。,二、HLA的遗传特点,表现型:不同个体的MHC抗原特异型别。,第二节 人类MHC-HLA,1、单体型遗传 HLA 复合体是一组紧密连锁的基因群。这些连锁在一

10、条染色体上的 HLA 上等位基因的组合称为单体型（ haplotype ）。单体型遗传指连锁在一条染色体上的等位基因很少发生同源染色体间的交换，在遗传过程中， HLA 单体型作为一个完整的遗传单位由亲代传给子代。 (单倍型遗传, 单元型遗传),单体型: MHC的基因在同一条染 色体上的组合方式。,基因型:两条染色体上同一 座位的基因组成。,单体型,HLA单体型作为一个单位遗传给下一代。 基因型：HLA基因在体细胞两条染色体上的组合。 HLA 单体型终生不变，可作为个体的遗传标志,Inheritance of MHC haplotypes,HLA的单体型的遗传特点 亲代与子代之间必然有一个单元型

11、相同 同胞之间HLA单体型会出现三种可能 两个单体型完全相同的机率为 25 % 两个单体型完全不同的机率为 25 % 一个单体型相同的机率为 50 %,2、共显性遗传,HLA基因均为显性基因，都能编码相应的分子 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。 每对等位基因都能转录、翻译成抗原，共同表达于细胞膜上,3、多态性现象,多态性（ polymorphism ）是指在一随机婚配的群体中，染色体同一基因座位有两种以上的基因型，即可能编码两种以上的产物。 在随机婚配的群体中，染色体同一基因座位上存在多个等位基因，这就是多态性。 多态性可导致群体中不同个体所拥有的等位基因的差别。 现知HL

12、A复合体是人体多态性最为明显的基因系统。 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。 每对等位基因都能转录、翻译成抗原，共同表达于细胞膜上,等位基因,MHC多态性（polymorphism)的形成机制 复等位基因：群体中，位于同一基因座位上有2个及2个以上不同的基因; 共显性遗传：位于两条染色体上的等位基因均为显性基因; 多基因性：指HLA具有众多紧密连锁的基因座位。,MHC多态性的意义 利于群体适应复杂多变的环境及应付各种病原体的侵袭，从而维持种群的生存; 实现对机体免疫应答的遗传控制; 可用于个体识别，但不利于寻找同种移植物供者。,躲避,4、连锁不平衡,HLA多基因座位组成单体型

13、时，并非完全随机组合，某些基因比其他基因连锁在一起的频率高，这种现象叫连锁不平衡。,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。 基因频率是指群体中携带某一等位基因的个体数目与携带该基因座位各等位基因个体数目总和的比例。 由于HLA复合体各座位的等位基因紧密连锁，使得实际上各基因并非随机地组成单元型，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。,MHC分子的 基本功能是 将抗原提呈 给T淋巴细胞,这个过程的基本方式是细胞由它自己少量的蛋白质和入侵生物的蛋白质制造的分子复合体表达在细胞表面，以供免疫细胞识别。,（一）类分子1987年 链（重链）44kD 367个aa

14、2m 12kD 99个aa,一、HLA抗原的分子结构,MHC类分子 链和2m非共价结合的异二聚体分子。 1 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、胞内区：穿胞膜入胞内，锚定类分子,1、肽结合区（1、2，各90个aa） 沟槽大小：2.5*1.0*1.1nm MHC呈递的抗原不是完整的，是肽片段,、类I样区 (1) 3 90个aa 与CD8结合， 起粘附作用 (2) 2m 99个aa 12kD (在人类，定位于15号染色体),2m 无种属特异性， 有助于维持类分子天然构象的稳定性。

15、,4、胞浆区 30个氨基酸, 含较多苏氨酸、 酪氨酸、丝氨酸，发生磷酸化,、跨膜区 25个氨基酸形成 -螺旋, 使类分子固定在细胞膜上,抗原结合槽（antigen binding cleft),由1和2结构域组成的肽结合区 结合、递呈内源性抗原肽给CD8+T细胞 由2个螺旋和8个片层组成 两端呈封闭状态 容纳812个氨基酸残基组成的抗原肽 多态性区：决定HLA类分子多态性的主要部位,Slices through MHC class I molecules, when viewed from above reveal deep, well conserved pockets,Peptide bi

16、nding pockets in MHC class I molecules,（二）类分子 1993年（DR分子） 链：3234kD 链：2932 kD,MHC类分子 异二聚体分子（链和链）。 均由胞外区、跨膜区和胞内区组成。 1 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 2 跨膜区 、胞内区 作用似类分子。,1、肽结合区( 1, 1) 两条螺旋末端开放 可结合14-18个aa,最长可达30个aa,（二）类分子,2、类Ig样区（2, 2） 能与CD4结合,3、跨膜区25个疏水性aa,4、胞浆区 1015

17、个aa,抗原结合槽（antigen binding cleft),1 和1结构域组成的肽结合区 结合、递呈外源性抗原肽给CD4+T细胞 由2个螺旋和8个片层组成 两端呈开放结构 容纳1030个氨基酸残基组成的多肽 多态性区：决定HLA 类分子多态性的主要部位（1）,Slices through MHC class II molecules, when viewed from above reveal shallow, poorly conserved pockets compared with those in MHC class I molecules,Peptide binding poc

18、kets in MHC class II molecules,MHC分子肽结合区结构比较,类分子类分子,MHC class I accommodate peptides of 8-10 amino acids,Cleft geometry,MHC class II accommodate peptides of 13 amino acids,分子结构 HLA-I类分子 HLA-II类分子 肽结合区 1+2 1+1 （多态区） 封闭槽 开放槽 （容纳8-10AA） （容纳13-17AA） Ig样区 3+2m 2 +2 组织分布 有核C（淋巴C） B、M、DC等APC （细胞膜 ） 除神经C、 腺

19、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） CD8-3 CD4-2 限制CTL的识别* 限制TH的识别*,MHC分子的分布与调节 1. 经典MHC类分子 广泛分布于所有有核细胞表面，包括血小板和网织红细胞。 以淋巴细胞密度最高。 少数细胞如分化某一阶段的滋养层细胞、神经原和精细胞不表达类分子。,经典MHC类分子 主要分布于单核/巨噬细胞（Mon/M）、树突状细胞（DC）和B细胞等APC表面。 其表达水平与细胞分化及抗原刺激有关。 某些情况下，活化的T细胞、胸腺上皮细胞、血管内皮细胞等也表达。,4、类分子结合的肽不同 类分子: 9个aa ,

20、肽C端为脂肪族 疏水性氨基酸 类分子: 1418个aa,其中89个组 成其中心序列,P1(N端)是 芳香族aa,P2多是脯氨酸,二、 、类分子结合肽的特点,1、锚定结合,2、低亲和力，可饱和性,3、广泛的特异性,MHC限制性：T细胞只能识别由MHC分子结合、递呈的抗原肽 HLA分子与抗原肽的结合是选择性的、低特异性的,HLA分子与抗原肽相互作用的特点, MHC分子与抗原肽结合的特征,与同一型别MHC分子结合的不同抗原肽，其锚着位和锚着残基往往相同或相似。,不同MHC分子肽结合槽结构不同，与不同型别MHC分子结合的抗原肽有不同的锚着位和锚着残基，因此特定型别的MHC分子与抗原肽的结合具有一定的选

21、择性。, MHC分子对抗原肽的识别并非严格的专一性，而是一种MHC分子可识别并结合带有特定共同基序的一群肽段，因此具有一定的宽容性。,由于MHC-II类分子的肽结合槽呈开放型，因此其肽结合槽具有更大的宽容性。, MHC分子与抗原肽结合的特征,小袋与相应的锚定残基侧链互补结合，将抗原肽锚定在/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。,MHC限制性(MHC restriction)： 具有相同MHC表型的免疫细胞间才能有效的相互作用。,类分子限制性,（1）Tc和靶细胞 之间。 （2）NK细胞和靶 细胞之间。, 类分子限制性,（1）巨噬细胞和 Th之间。 （2）Th和B细胞

22、 之间。,MHC限制（结果）：,CD4T细胞只对与任何类型的抗原提呈细胞（APC）上的自身MHCII类分子结合的抗原相互作用，同样，CD8T细胞只对与APC上的自身MHCI类分子结合的抗原相互作用。这表明，T细胞与APC上的MHC抗原复合体相互作用是受MHC限制，也就是说，CD4T细胞是MHCII类限制的；而CD8T细胞是MHCI类限制的。,（1）阳性选择（positive selection , PS） DP细胞的TCR与皮质型上皮细胞的MHC 分子相互作用，致使自身MHC限制性的T细胞 克隆增殖（含自身反应性细胞克隆）及非己 MHC限制性的T细胞克隆被排除的选择过程。,清除无用的T细胞,T

23、细胞不能识别胸腺皮质上皮细胞 提呈的肽/MHC复合物，即发生凋亡。,获得MHC限制性,DP细胞的CD4结合皮质胸腺上皮细胞的MHCII类分子，CD8丢失，成为CD4T细胞；而CD8结合MHCI类分子，则CD4丢失，成为CD8T细胞。,阳性选择赋予成熟T细胞具有识别和结合MHC分子的能力，保存了与自己MHC结合的，受MHC限制的，对外来抗原发生特异性反应的细胞克隆，是T细胞成熟的一种方式。,（2）阴性选择（negative selection , NS） SP细胞的TCR与髓质型上皮细胞、M、DC表达的MHC-肽相互作用，致使能识别自身MHC自身肽的T细胞克隆被排除或不应答，不能识别的克隆得以增

24、殖的选择过程。,清除自身反应性（有害）T细胞,经阳性选择的T细胞与髓质DC和巨噬细胞提呈的自身肽/MHC复合物高亲和力结合，则发生凋亡。,阴性选择排除了与自身抗原-MHC分子结合的，针对自身抗原起反应的细胞克隆，是T细胞形成自身耐受的重要机制。,Subcapsular 被膜下层 Cortex:皮质区 Medulla:髓质区,Harmful,Useless,Useful,Positively select,Negatively select,Wholly self-reactive and useless T cells are removed MHC-restricted are retain

25、ed,THYMUS,Y,T,Y,T,Y,Y,Y,Y,T,T,Y,Y,T,T,Y,Y,Y,T,T,T,Y,Y,Y,Y,T,Y,T,T,T,Random TCR repertoire (指令系统） ensures diversity,Y,T,Y,T,Y,T,Neglect,T淋巴细胞对特异分子的识别 是建立在对自己的MHC识别的基础上的,双识别作用：自身的MHC分子 异己的肽,2、参与对抗原的加工处理 LMP TAP,有两种蛋白参与 MHC-I 类分子对细胞内抗原的递呈，即大的多功能蛋白酶（large multi-functional proteinase，LMP ）及转运蛋白 （transpor

26、ter associated with antigen processing， TAP）。 这两种蛋白的基因与 MHC 类基因紧密连锁于 lkb DNA 序列中。,LMP 是细胞原浆中的分子集团（ 1500kD ），由许多低分子蛋白聚合而成，具有蛋白水解酶的性质，能参与各种蛋白基质的降解。 TAP 是内质网上的异源性二聚体，由 TAP-1 及 TAP-2 基因编码，其功能是将胞浆中 LMP 加工后的抗原片段转运至内质网，并在内质网腔内组装免疫原性多肽 MHC-I 类分子复合体。与抗原肽结合的 MHC-I 类分子其稳定性增加。,LMP 及 TAP 均具多态性,因此，不同个体的 MHC-I 类分子

27、对同一大分子递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，或产生保护性免疫，或产生免疫耐受，或有自身免疫倾向，或表现出 MHC 相关疾病。,不同个体中 LMP 有不同的蛋白结合位点，催化水解的位点不同，产生的肽段及抗原决定簇也不同,TAP 的多态性能使不同的肽转运至内质网内,3、参与免疫应答的遗传控制 Ir gene：表达产物 Is gene：表达产物能抑制免疫应答,机体对某种抗原物质是否产生应答以及这种应答的强弱是受遗传控制的。 Benacerraf 首先证实豚鼠和小鼠对人工合成抗原的免疫应答能力受单个常染色体显性基因的控制，并将这种控制免疫应答的基因称为 Ir

28、基因。其后证实， Ir 基因位于小鼠 H 21 区内。随着研究工作的不断深入，对 Ir 基因的认识已逐渐扩展：首先，已发现类基因区内还存在着所谓免疫抑制基因（ Is 基因），它控制 Ts 细胞对免疫应答的抑制性调节功能；其次，有证据表明，某些 I 类基因也参与对免疫应答的遗传控制。,4、参与T细胞的发育和分化过程,MHC 分子参与早期 T 细胞在胸腺中的分化过程。 HLA-I 、-类分子阳性细胞分别与 CD8 + T 细胞和 CD4 + T 细胞的分化发育有关。 综上所述， MHC 从多方面参与了机体免疫应答的发生和调节，尤其是 MHC 分子参与对抗原的处理，与之结合并将其递呈给 T 细胞，这

29、是免疫应答的诱导和调节的最基本点。,1、MHC分子的基本功能是结合抗原并将其呈递给T细胞。 此过程的基本方式是细胞以自己少量的蛋白质(即MHC分子)和入侵生物的蛋白质 (即抗原肽)制造的分子复合体 (即MHC肽复合体)的形式表达抗原于膜表面, 以告诫免疫系统有侵染存在，这也是免疫系统监视细胞内有无异常分子的一种重要方式。,2、MHC分子的膜相关性表达限制了 T细胞只能与带有MHC肽复合体的细胞 相互作用, 而不能与可溶性抗原发生反 应。T细胞不能识别游离的抗原。,4、外源性肽通常与类分子结合,内源 性肽主要与类分子结合。,3、肽与MHC分子相结合的模式决定了激 活的T细胞类型。 即: MHC-肽 激活CD8+T细胞， MHC-肽激活CD4+T细胞。,5、MHC分子参与T细胞发育