医学免疫学教学课件汇编-6主要组织相容性复合体mhc-PPT.ppt

1、1主要组织相容性复合体主要组织相容性复合体(MHC)北京大学医学部免疫学系2019年11月2MHC的发现20世纪40年代，小鼠近交系之间皮肤移植物的排斥由分布在染色体不同位置的多个基因决定，编码其中发挥主要排斥作用抗原的基因紧密连锁在一起称为主要组织相容性复合体主要组织相容性复合体（major histocompatibility complex,MHC)。3MHC是一组决定移植组织是否相容,与免疫应答密切相关、紧密连锁的基因群。哺乳动物都拥有MHC，人的MHC统称为人类白细胞抗原（human leukocyte antigen,HLA）基因复合体(HLA complex)，小鼠的MHC称为H

2、-2基因复合体(H-2 complex)。人MHC或MHC分子：HLA抗原、HLA分子4第一节 人类MHC结构及其遗传特性5MHC基因基因l传统上分类：I类、II类和III类l现代：n经典的I类和II类基因编码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细胞激活和分化，参与调控适应性免疫应答n免疫功能相关基因无或有限多态性，参与抗原加工或免疫应答的调节部分补体成分的编码基因抗原加工相关基因非经典I类基因炎症相关基因6HLA基因HLA基因复合体位于第6号染色体短臂（6p21.31），全长3600 kb，共有224个基因，其中128个为功能性基因，96个为假基因，多数基因的功能仍不很清楚

3、。7经典的HLA-I类及II类基因nHLA-I类基因：包括A、B、C三个基因座，编码I类分子异二聚体中的重链；轻链2微球蛋白（2 m）的编码基因位于15号染色体nHLA-II类基因：包括DP、DQ、DR三个亚区，各亚区又包括A、B两种功能基因座位，包括9个基因，分别编码HLA-II类分子的和链，形成异二聚体蛋白（DP/DP、DQ/DQ和DR/DR）8nHLA-II类基因：HLA-DRA、HLA-DRB1、HLA-DRB3、HLA-DRB4、HLA-DRB5、HLA-DQA1、HLA-DQB1、HLA-DPA1、HLA-DPB1 9免疫功能相关基因10免疫功能相关基因（一）血清补体成份编码基因：

4、包括C2、C4A、C4B、CFB（complement factor B），其编码产物分别为C2、C4A、C4B、Bf（B因子）11（二）抗原加工相关基因 n 蛋白酶体亚单位(proteasome subunit beta type,PSMB)基因，或低分子量多肽（low molecular-weight polypeptide，LMP）基因：包括LMP2（PSMB9）和LMP7（PSMB8）两个基因，编码胞质溶胶中蛋白酶体的相关成分。蛋白酶体在抗原递呈细胞中参与对内源性抗原的酶解。n 抗原加工相关转运体（transporter associated with antigen processi

5、ng，TAP）基因:TAP为内质网膜上的一个异二聚体分子，分别由TAP1和TAP2两个基因编码。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。nHLA-DM基因 包括HLA-DMA和HLA-DMB两个基因，其产物参与APC对外源性抗原的加工递呈，帮助溶酶体中的抗原片段进入MHC类分子的抗原结合槽。nHLA-DO基因:包括HLA-DOA和HLA-DOB两个基因，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。nTAPBP（TAP Binding Protein）基因:TAP结合蛋白，又称TAP相关蛋白（TAP-Associated Protei

6、n），对I类分子在内质网中的装配起作用，参与内源性抗原的加工和递呈。上述免疫功能相关基因全部位于HLA系统的类基因区12（三）非经典HLA-I类基因非经典类基因又称HLAb/MHC Ib，即b型类基因（与之相对应，经典HLA I类基因又称HLA Ia/MHC Ia，或a型类基因），包括HLA-E、HLA-F、HLA-G等。HLA-E分子与NK细胞表面的抑制性受体（异源二聚体）CD94/NKG2A或CD94/NKG2B识别，抑制NK对自身细胞的杀伤作用。因其在羊膜和滋养层细胞表面高表达，故在母胎耐受形成中可能起十分重要的作用。HLA-G分子主要分布于母胎界面绒毛外滋养层细胞，能被NK细胞的抑制受

7、体KIR2DL4识别，可能在母胎耐受中发挥重要作用。13（四）炎症相关基因 n肿瘤坏死因子基因家族包括TNF（产物为TNF）、LTA（产物为LT）和LTB（产物为LT）三个基因，与炎症，抗病毒、抗肿瘤免疫，以及免疫器官发育等过程有关。n转录调节基因或类转录因子基因家族：类I-B（IkBL）基因、ZNF173等，参与转录调节过程。nMHC类链相关基因（MIC）家族 包括MICA和MICB基因，均具有较高水平的基因多态性。MIC是NK细胞激活性受体NKG2G的配体。n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递呈中发挥作用。位于HLA 类基因

8、区 14人类MHC的遗传特点n多基因性：多基因性指HLA基因复合体由多个位置相邻的基因座位所组成，编码产物具有相同或相似的功能。n多态性(polymorphism)：指群体中单个基因座位上存在两个以上等位基因(allele)的现象。n单体型遗传与连锁不平衡 单体型（haplotype）指的是染色体上MHC不同座位等位基因的特定组合。n共显性：一个个体的两条同源染色体对应座位上的两个等位基因都能得到表达。15HLA等位基因 16多态性(polymorphism)在蛋白质水平，HLA多态性表现在各种等位基因产物在结构上存在差异，主要是构成抗原结合槽的氨基酸残基在组成和序列上不同。参与构成抗原结合槽

9、的结构域，在I类分子中是1和2；在II类分子中是1和1。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，或者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特异性，称为HLA基因分型（genotyping）。这对于寻找合适的器官移植供受体、分析疾病易感基因和在法医学上进行亲子鉴定都十分重要。17前两组数字不完全相同提示等位基因之间至少包含一个能引起编码氨基酸变化的核苷酸多态位点；反之，前两组数字相同则提示其所编码的蛋白质序列完全相同。等位基因命名18HLA多态性的意义nHLA多态性是长期自然选择的结果 nHLA多态性扩大个体应答抗原的范围和阻止感染在群体中扩散nHLA基因多

10、态性与某些疾病的易感性有关 nHLA基因的差异度是同种异体器官排斥的主要原因nHLA高度多态性有助于亲子鉴定和罪犯鉴定19单体型遗传与连锁不平衡n单体型n等位基因的非随机性表达：群体中各等位基因并不以相同的频率出现，如HLA-DRB1*0901与DQB1*0701在我国北方汉族人群中的频率分别为15.6%和21.9%,而不是1/1411、1/509n连锁不平衡：例如，按随机分配的规律，上述两个等位基因同时出现在一条染色体上的机率应是两个频率的乘积（0.1560.2190.034），即3.4%，然而实际上两者同时出现的频率是11.3%，为理论值的 3.3 倍。此现象称为连锁不平衡(linkage

11、 disequilibrium)，意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。连锁不平衡现象在一定程度上减少了特定人群中HLA等位基因组合的总数，但在无关人群中找到HLA相同的器官移植的供体仍非常困难。20第二节 人类MHC产物-HLA分子21HLA-I、II类分子结构HLA-I类分子为异源二聚体，由重链（链）和轻链（2微球蛋白，2-microglobin）组成，两者均属于Ig超家族（Ig superfamily）的成员。链胞外有3个结构域1、2、3，其中1和2组成抗原肽结合槽。HLA-II类分子为异源二聚体，由分子量类似的链和 链组成，两者均属于

12、Ig超家族成员。由1，1形成抗原肽结合槽。22HLA的细胞分布 I类分子：分布于大部分组织细胞，几乎所有的有核细胞表面（神经细胞、胰岛外分泌细胞、心肌细胞和精细胞等例外）；识别和提呈内源性抗原肽，与辅助性受体CD8结合，对CTL的识别起限制作用。I 类抗原结合槽两端封闭，接纳的抗原肽长度有限，为810个氨基酸残基。II类分子：专职APC（B细胞、巨噬细胞、树突状细胞）、胸腺上皮细胞、活化的T细胞；识别和提呈外源性抗原肽，与辅助性受体CD4结合，对Th的识别起限制作用。II 类抗原结合槽两端开放，接纳的抗原肽长度变化较大，为1317个氨基酸残基。23242526HLA与抗原肽的相互作用lHLA分

13、子结合并提呈抗原肽供TCR识别接纳抗原肽的结构为抗原肽结合槽lHLA抗原肽结合槽与抗原肽互补结合，其中有两个或两个以上与抗原肽结合的关键关键部位，称为锚定位（anchor position）l锚定位抗原肽与HLA分子结合的氨基酸残基称为锚定残基（anchor residue）27MHC分子的抗原肽结合单位分子的抗原肽结合单位抗原肽结合槽MHC I类分子：两端封闭，容纳的抗原肽为8-10个氨基酸残基MHC II类分子：两端开放，容纳的抗原肽为13-17个氨基酸残基MHC分子的多态性集中在肽槽处，决定了呈递抗原肽的多样性X射线晶体衍射的分析模拟28n共同模体/共同基序(consensus moti

14、f)：特定MHC分子接纳的抗原肽中的共同锚定残基，决定不同亚型MHC分子所结合的抗原肽的独特特征。I 类抗原结合槽两端封闭，接纳的抗原肽长度有限，为810个氨基酸残基。29II 类抗原结合槽两端开放，接纳的抗原肽长度变化较大，为1317个氨基酸残基。3031特定MHC分子通过共同基序选择性结合抗原肽，具有相对特异性（相对专一性）一种MHC分子可以识别一群带有特定共同基序的抗原肽，二者间的相互作用具有包容性（flexibility）；一种MHC分子可以结合几百至几千种抗原肽，活化多个抗原特异性T细胞克隆不同MHC分子所接纳的抗原肽可以拥有相同的共用基序32相对专一性的意义n具有某类HLA等位基因

15、的个体，可能由于抗原肽结合槽与锚定残基不匹配，而对某种抗原不发生或仅发生低水平免疫应答n不同HLA分子可能提呈同一抗原的不同表位，造成不同个体对同一抗原应答强度的差异（HLA多态性参与免疫应答调节的重要机制）nHLA结合抗原肽的包容性意味着能够被某一HLA分子识别和提呈的抗原肽也可以被该家族其他成员所提呈，为肽疫苗进行免疫预防和治疗提供了便利33HLA分子的功能（一）作为抗原提呈分子参与适应性免疫应答（主要功能）（一）作为抗原提呈分子参与适应性免疫应答（主要功能）n MHC限制性（MHC restriction)：指T细胞的TCR对抗原肽和自身MHC分子进行双重识别，即T细胞只能识别自身MHC

16、分子提呈的抗原肽。n 参与T细胞在胸腺中的选择和分化n 决定疾病易感性的个体差异，MHC是疾病易感性个体差异的主要决定者n 参与构成种群基因结构的异质性；不同个体抗病能力不同，在群体水平有利于增强物种的适应能力3435阳性选择(positive selection)：在胸腺皮质中，DP T细胞与胸腺上皮细胞表面的MHC-抗原肽复合物以适当亲和力结合，获得自身MHC限制性，得以发育为SP T细胞的过程。阴性选择(negative selection)：在胸腺皮髓质交界处及髓质区，SP T细胞与髓质上皮细胞，树突细胞和巨噬细胞表面的MHC-自身抗原肽复合物发生高亲和力结合而被删除，获得中枢免疫耐受

17、的过程。36（二）作为调节分子参与固有免疫应答（二）作为调节分子参与固有免疫应答n经典的III类基因为补体成分编码，参与炎症反应和对病原体的杀伤，与免疫性疾病的发生n炎症相关基因参与启动和调控炎症反应，并在应激反应中发挥作用n非经典I类基因和MICA基因产物可作为配体分子，以不同的亲和力结合激活性和抑制性受体，调节NK细胞和部分杀伤细胞的活性37HLA与临床医学n1.HLA与器官移植：供受体间HLA等位基因的匹配程度越强，器官移植的成活率越高。n2.HLA异常表达和临床疾病：n肿瘤：HLA I类分子表达降低；n自身免疫病(如I型糖尿病、甲亢等)：HLA II类分子异常高表达n3.HLA和疾病关

18、联：HLA作为一种疾病发生的遗传标志可用于疾病的辅助诊断、预测、分类及预后判断。如HLA-B27与强直性性脊柱炎；DR4与类风湿性关节炎，等。n4.HLA与亲子鉴定和法医学：HLA是终生不变是一种遗传标志。38和HLA强相关的一些自身免疫病39HLA与疾病关联的机制研究n特定HLA等位基因编码分子参与疾病相关抗原肽的提呈n自身抗原的T、B表位，分析携带这些表位的肽段和特定HLA分子结合的共用基序n分析不同等位基因（易感或抵抗）产物在T细胞抗原受体库的发育和中枢耐受中的作用；寻找识别特定抗原肽-MHC分子复合物的T细胞克隆，确定其特性n分析调节性T细胞数量和活性改变与疾病易感基因之间的关系40思考题n比较HLA-I类和II类分子在结构、组织分布和与抗原肽相互作用等方面的特点n简述HLA基因复合体的多基因性和多态性41