第5章 MHC 组织相容性复合体

第五章主要组织相容性复合体(majorhistocompatibilitycomplex)第一节MHC概述一、MHC的发现组织相容性抗原的发现得益于对近交系小鼠和同类系小鼠的研究。Thelawsoftransplantation•1939年，George发现小鼠的与抗肿瘤及移植排斥反应相关的抗原（H-2）。•1958年，法国Dausset发现人的与移植排斥反应相关的抗原——HLA（人类白细胞抗原）。•1960~1970年间，Benacerraf发现MHC基因控制机体的免疫细胞的相互作用。•1980年诺贝尔医学和生理学奖授予在免疫遗传学上作出突出贡献的Snell、Dausset和Benacerraf三位学者。二、MHC及其相关名词的概念*组织相容性抗原包含多种复杂的抗原系统1、MHC：主要组织相容性复合体。人：6号染色体，HLA复合体；小鼠：17号染色体，H-2复合体。2、MHC分子：指的是由MHC基因所编码的基因产物,也可用MHS（主要组织相容性抗原系统）表示。*MHC（既可用来表示基因，也可表示基因表达产物）*mHC（minorhistocompatibilitycomplex）*多以小鼠为研究对象3、组织相容性抗原（histicompatibilityantigen):代表个体特异性的引起排斥反应的同种异型抗原，也称移植抗原。(机体内与排斥反应有关的抗原系统多达20种以上)主要组织相容性抗原（majorhistocompatibilityantigen):在众多的组织相容性抗原中，能引起强烈而迅速排斥反应的抗原。也叫主要组织相容性系统（majorhistocompatibilitysystem,MHS)。5、HLA（humanleucocyteantigen）人类白细胞抗原。人类主要组织相容性抗原系统。编码该抗原的基因也称HLA。第二节MHC的结构与特点一、MHC的基因组成定位于第6号染色体短臂，是迄今为止发现的人类最为复杂的基因系统。多基因性（个体）、多态性（群体）•1、基本结构：分成三类基因区•（1）Ⅰ类基因区经典：B、C、A位点•非经典：E、F、G位点等•（2）Ⅱ类基因区经典：DP、DQ、DR位点•非经典：DN、DM、DO位点等•TAP、LMP等•（3）Ⅲ类基因区：C4、C2、B因子、TNF、HSP70等2、编码蛋白（1）经典MHC基因经典MHCI类相关基因HLA-A、B、C、经典MHCII类相关基因HLA-DP、DQ、DR（2）免疫功能相关基因编码补体成分的基因——C2、C4A、C4B、Bf（III类区），抗原加工递呈相关基因——LMP、TAP、HLA-DM、HLA-DO（II类区），非经典I类基因——HLA-E、F、G（I类区），炎症相关基因——TNF、HSP70（III类区）基因座位genelocus•指各个基因在染色体上所占的位置。也可简称为座位。但就位点的实体而言，指的就是基因。二、MHC的遗传特点及意义1、单元型（单倍体）遗传•单元型：同一条染色体上HLA等位基因的组合。•HLA基因在体细胞两条染色体上的组合称为基因型。•某一个体HLA抗原特异性型别称为表型。Crossingoverresultsinnewhaplotypes2、共显性(血型抗原)一对等位基因的两个成员在杂合体中都表达的遗传现象。3、多态性•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。由于群体中的突变，同一座位所可能出现的基因系列称为复等位基因，这是HLA高度多态性的最主要原因。•多态性：是指在一随机分配的群体中，染色体同一基因座位有两种以上基因型，可能编码两种以上的产物。HLA基因的多态性现象－－与普通多态性基因的差别•典型MHC基因的多态性较普通的多态性基因复杂得多（如与ABO血型抗原基因比较）•多态性变异较为集中于HLA分子与抗原肽结合部位的结构域•许多多态性变异基因并未发现其对应的表达分子PolymorphisminMHCClassIgenes555291140Datafrom(657inJuly2000)6215ClassIABCNoofpolymorphismsEFGPolymorphisminMHCClassIIgenes3356201062556Datafrom(492inJuly2000)764688DRDPDQDMDOClassIIAB1A1B1B2-9A1B1NoofpolymorphismsABAB2862962510ClassI-~100antigensClassII-~40antigensABDQDPCDRNoofserologically-definedantigensDiversityofMHCClassIandIIantigensDatafrom:IfMHCXwastheonlytypeofMHCmoleculePopulationthreatenedwithextinctionSurvivalofindividualthreatenedPathogenthatevadesMHCXMHCXXExample:IfeachindividualcouldmaketwoMHCmolecules,MHCXandYImpactontheindividualdependsupongenotypePathogenthatevadesMHCXMHCXXMHCXYPopulationsurvivesMHCYYbuthassequencesthatbindtoMHCYExample:IfeachindividualcouldmaketwoMHCmolecules,MHCXandY……andthepathogenmutatesPopulationthreatenedwithextinctionSurvivalofindividualthreatenedPathogenthatevadesMHCXbuthassequencesthatbindtoMHCYMHCXXMHCXYMHCYYThenumberoftypesofMHCmoleculecannotbeincreasedadinfinitum….untilitmutatestoevadeMHCYYRYRXYXXXXRXYRYXRYYRYYXRXRXRYRFrom2MHCtypesand2variants…….10differentgenotypesVariantsofeachtypeofMHCmoleculeincreasetheresistanceofthepopulationfromrapidlymutatingornewlyencounteredpathogenswithoutincreasingthenumberoftypesofMHCmoleculeVariantMHCmoleculesprotectthepopulationPathogenthatevadesMHCXandYMHCXYMHCXXMHCYYMHCXXRMHCYYR…butbindstothevariantMHCXRandMHCYR•生物学意义：•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。在中国人群中，非血缘关系HLA配型的概率是1/400—1/10，000，在较为罕见的HLA型中，配型的概率只有几万甚至几十万分之一。4、连锁不平衡•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复合体的各座位是紧密连锁的，若各座位的等位基因随机组合构成单元型，则某一单元型别的出现频率应等于组成该单元各基因频率的乘积。•某些基因比其他基因能更多或更少地连锁在一起，从而出现连锁不平衡。HLA连锁不平衡举例单元型频率（％）ABD观察值期望值A1B89.82.1A3B75.42.1B8Dw38.61.4B7Dw23.91.8第三节MHC分子的结构与功能一、MHC分子的结构与分布（一）HLAI类分子1、由α链和β2微球蛋白组成的异二聚体肽结合区——α1、α2/与抗原肽（由8-12个氨基酸组成）结合、被TCR识别（多态性）Ig样区——α3/与T细胞表达的CD8分子相互作用；β2m/有助于I类分子的表达和稳定性跨膜区——固着于细胞膜上胞内区——信号传递2、HLAI类分子广泛分布于几乎所有有核细胞表面，各种细胞表达的密度不同。HLA与抗原肽的结合示意图（二）HLAII类分子1、由α链和β链组成的异二聚体肽结合区——α1、β1/与抗原肽（由13-17个氨基酸组成）结合、被TCR识别，外侧为超抗原结合位点。Ig样区——β2/与T细胞表达的CD4分子相互作用；跨膜区——固着于细胞膜上胞内区——信号传递2、HLAII类分子主要分布于单核/巨噬细胞、DC和成熟的B细胞等抗原递呈细胞表面。*与抗体、TCR相比，HLA与抗原的结合特异性较弱*HLAI、II类分子也可以可溶性形式存在HLAII类分子结构组织MHCI类分子MHCII类分子T细胞B细胞巨噬细胞其他抗原提呈细胞胸腺上皮细胞中性粒细胞肝细胞肾脏细胞脑细胞红细胞+++++++++++++++++++-+/-+++++++++++-----HLA-Ⅰ、Ⅱ类抗原的分布二、MHC分子的生物学功能1、参与递呈蛋白质抗原外源性抗原——MHCII类分子途径内源性抗原——MHCI类分子途径*正常生理情况下，许多自身蛋白成分也通过MHC途径表达于APC表面。抗原提呈细胞（antigenpresentingcell，APC）：这类细胞能够摄取、加工、处理抗原并将抗原信息提呈给淋巴细胞。专职APC：主要包括巨噬细胞，树突状细胞和B细胞。能够提呈MHCII分子和抗原肽复合物。抗原提呈：指抗原提呈细胞将抗原加工处理、降解为多肽片段，并与MHC分子结合为多肽：MHC分子复合物，而转移至细胞表面，并与T细胞表面的TCR结合，成为TCR/抗原肽：MHC分子三元体，再被提呈给T淋巴细胞的全过程。*HLAI、II处理内源、外源抗原的途径并不绝对2、免疫应答的调节Ag-MHC-TCR复合体启动免疫应答MHC作为协同分子参与T细胞活化3、MHC限制性——双识别（CTL与靶细胞、APC与Th、Th与B、T与T之间）4、参与T细胞分化及免疫耐受的形成T细胞能够识别T细胞表面的MHC单倍体型为MHCAAPC细胞表面的MHC单倍体型为MHCAT细胞不能够识别T细胞表面的MHC单倍体型为MHCAAPC细胞表面的MHC单倍体型为MHCB第四节HLA与医学一、HLA与疾病的关联群体分子流行病学调查显示，某些疾病的发生与一种或几种HLA抗原的表达相关，因此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。带有某种HLA型别不代表一定会患病。HLA与疾病的关联（表）二、其表达异常与疾病的关系HLA-Ⅰ类分子的缺失、表达降低、变异，与肿瘤的发生有关；*免疫逃逸HIVNef下调MHCI类分子表达，这一机制可能保护感染细胞不被CTLs或NK细胞裂解。HLA-Ⅱ类分子表达缺陷，导致严重的免疫缺陷，表达异常往往与自身免疫病的发生有关。三、HLA与器官移植*骨髓库、造血干细胞库等HLA抗原本身就是激发机体对移植物产生强烈和快速排斥反应的主要相容性抗原系统。供受体间HLA的相似性越强，器官移植的成活率越高。通常最佳的移植物配对关系顺序为同卵双生同胞兄妹近亲远亲无亲缘者。II型大于I型Progressinorgantransplantation•目前，肾、肝、心脏移植的一年成活率分别达到90~100%、