免疫学 MHC

主要组织相容性抗原及基因复合体MajorHistocompatibilityAntigensandTheirGeneComplex葛青[e-mail]84-97淋巴细胞通过识别非自我或改变了的自我而被激活，行使清除病原体或肿瘤细胞的功能20世纪40年代，Snell发现小鼠近交系之间皮肤移植物的排斥主要由定位在第17染色体上的H-2基因决定20世纪60年代，Benacerraf和McDevitt发现MHC控制对蛋白抗原的免疫20世纪70年代，Zinkernagel和Doherty发现T细胞的MHC限制性1987年，Wiley解析了MHC的结构概述概述主要组织相容性基因复合体(majorhistocompatibilitycomplex,MHC)：•在组织不相容引起的移植排斥中起主要作用•本身含多个功能相近的基因座位，结构上为基因复合体，编码的主要组织相容性抗原又称MHC分子小鼠：H-2基因复合体(H-2complex)。人：HLA基因或HLA基因复合体(HLAcomplex)，其编码产物称为HLA(humanleukocyteantigen)分子或HLA抗原。MHC分子的基本结构和表达MHCI类和II类分子均由1条a链和1条b链非共价结合而成按功能可分为3个功能单位•抗原肽结合单位：分别由I类分子的a1和a2以及II类分子的a1和b1组成，接纳抗原，也是TCR识别的部位•Ig样结构域：包括I类分子的a3和b2m以及II类分子的a2和b2，维持MHC分子结构稳定，分别与T细胞的CD4和CD8分子结合•跨膜单位：由连接肽、穿膜区和胞浆区组成，将MHC分子锚固于膜表面并具有一定的信号转导功能I类和II类分子细胞分布不同，MHC分子的水平可受不同因素影响而变化HLAI类分子结构•a链和b2微球蛋白组成；•a链胞外有3个结构域a1、a2、a3，a1和a2组成抗原肽结合槽；•表达于所有有核细胞表面，例外的仅有神经细胞、胰岛外分泌细胞、心肌细胞和精细胞等；•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。HLAI类分子结构HLAII类分子结构HLAII类分子结构•分子量相似的a链和b链组成；•a1，b1形成抗原肽结合槽；•表达于树突细胞、巨噬细胞、胸腺上皮细胞和活化B细胞表面；•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。MHC基因结构与特点特点：多基因性，多态性(polymorphism)多基因性：复合体由多个紧密相邻的基因座位组成，编码产物具有相同或相似的功能。分类：MHCI，II，III类基因；经典的MHCI，II类基因产物的主要生理功能是呈递抗原，多态性丰富，直接参与调控适应性免疫应答；免疫功能相关基因：传统的MHCIII类基因，参与调控固有免疫应答，无或有限的多态性。小鼠H-2基因复合体：位于17号染色体，长约1500kb•I类基因：K,D,L基因座•Ib类基因：T,Q,M•II类基因：AbAaEbEa基因座(I-A,I-E)小鼠MHCI类和II类基因人HLA基因复合体：位于6号染色体短臂6p21.31，全长5000kb，约有107个基因座I区基因：MHCIa基因：HLA-A、B、C基因座（多态性明显）MHCIb基因：HLA-E、F、G基因座（多态性有限）MIC-A和MIC-B（MHCI类相关基因家族）：有多态性，不与b2m和抗原结合，是NK细胞激活性受体NKG2D的配体，也可为gdT细胞识别I区外的类MHC分子：CD1家族和FcRnHLA基因又称MHCIb，即b型I类基因，人包括HLA-E，HLA-F，HLA-G；鼠包括M3和Qa家族基因。与经典I类基因相比，多态性低，肽结合区不同。HLA-E分子:表达于各种细胞，羊膜、滋养层细胞高表达存在膜型和分泌型结合从经典MHCI类分子的leader序列降解得到的多肽NK细胞的C型凝集素受体家族CD94/NKG2A的配体，该受体胞内含ITIM，生理条件下保持NK细胞处于抑制状态。在某些条件下也可活化部分CD8+T细胞。与病毒逃避免疫监视和母胎耐受形成有关非经典I类基因HLA-G分子:主要分布于母胎界面绒毛外滋养层细胞，羊膜内皮细胞及胎盘中胎儿血管壁内皮细胞，免疫豁免组织如胸腺、角膜、胰岛、红系及上皮样祖细胞。环境因素可诱导其它细胞表达。结合的受体——杀伤细胞免疫球蛋白样受体（KIR）：白细胞相关免疫球蛋白样受体-1/2(LILRB1,LILRB2)，杀伤细胞抑制性受体(KIR2DL4)。免疫调节作用：抑制CD4+T细胞增殖，诱导CD8+T细胞凋亡，抑制NK的杀伤功能，抑制抗原提呈细胞的成熟和活化，诱导调节性T细胞和耐受性DC，存在天然HLA-G+调节性T细胞。在母胎耐受和器官移植中发挥作用，但参与抑制抗肿瘤免疫。非经典I类基因MHCI类样分子-CD1家族人：位于1号染色体，CD1a-e小鼠：位于3号染色体，CD1d不具多态性CD1a-c多表达于树突细胞和胸腺细胞，CD1d表达谱广泛，B细胞和小肠上皮细胞表达高水平的CD1d。•CD1分子在内质网中合成，通过CD1分子的再循环过程提呈外源性和内源性脂类和糖脂类抗原如分枝杆菌胞壁糖脂成分等（抗原的疏水区埋在CD1的抗原结合槽，亲水基团暴露在外，为TCR识别），需要b2微球蛋白参与，但不依赖于TAP或HLA-DM分子。•能够识别CD1分子及其所呈递脂类抗原的细胞包括ab-T,gd-T和NKT细胞。•CD1a-c主要将脂类抗原提呈给特定的T细胞介导适应性免疫应答；CD1d则主要将脂类抗原提呈给NKT细胞，参与固有免疫应答。MHCI类样分子-CD1家族MHCII类基因：HLA-DP、DQ、DR基因家族，各含A和B两类基因座，分别编码a链和b链，形成DPa-DPb,DQa-DQb,DRa-DRb三种异二聚体抗原加工提呈相关基因：•蛋白酶体b亚单位基因：PSMB8(LMP2)和PSMB9(LMP7)，编码产物参与内源性抗原的酶解；•TAP1和TAP2，编码转肽蛋白，转运内源性抗原肽•TAP相关蛋白基因：编码tapasin，参与I类分子在内质网中的装配和内源性抗原的加工提呈；•HLA-DM：DMA和DMB基因座，编码的异二聚体辅助MHCII类分子在细胞内的装配；•HLA-DO：DOA和DOB，产物负向调控DM的功能。HLAII区基因免疫功能相关基因血清补体成份编码基因(HLAIII类基因区)：编码C4B，C4A，C2，B因子。肿瘤坏死因子基因家族：TNF、LTA、LTB三个基因座，其产物参与炎症、抗病毒、抗肿瘤。转录调节基因或类转录因子基因家族：其中类I-kB基因，参与调节NF-kB活性。热休克蛋白基因家族：包括HSP70,产物参与炎症和应激反应。炎症相关基因等位基因：在群体中以不同亚型(allele)存在的基因。多态性：在一随机分配的群体中，一个基因座位上存在多个等位基因。复等位或多态性(polymorphic)基因：在群体中有多个亚型存在的基因，如ABO和Rh血型抗原基因和MHC基因。同种异型抗原(alloantigen)：多态性基因编码的抗原MHC基因的多态性特点：1.典型MHC基因的复等位基因数量众多2.各复等位基因在人群中以相近的频率出现3.各复等位基因之间的差异明显，平均10-20个碱基对之间，使得其产物在构成抗原结合槽的氨基酸残基的组成和序列上不同，决定了其呈递抗原肽的多样性MHC基因的多态性(polymorphism)MHC基因的多态性HLA基因结构通过基因突变、重组及转换发生变异；通过自然选择，新出现基因的编码产物在提呈病原体的关键性多肽方面有优势的话，将易于传递给后代；各种新等位基因在群体中得到积累，形成多态性。MHC参与构成种群基因结构的异质性：MHC结构和抗原呈递能力具有很强的个体差异，这一多态性使得人群对病原体的的反应性和易感性不同，防止快速进化的病原微生物针对宿主种群的攻击，保护生物群体的生存，赋予人群强大的生命力。HLA多态性的产生和意义共显性(co-dominance):同源染色体对应座位上的两个等位基因在杂合体中皆能表达的遗传现象MHC基因复合体的遗传规律-共显性基因频率(genefrequency)：群体中携带某一亚型复等位基因的个体在群体中的百分比连锁不平衡(linkagedisequilibrium)：分属两个或两个以上基因座的等位基因，同时出现在一条染色体上的实际机率高于随机出现的频率，可显示人种和地理族的群体基因结构特点MHC基因复合体的遗传规律-连锁不平衡单体型(haplotype):同一条染色体上所携带MHC基因的总和。基因型：HLA基因在体细胞两条染色体上的组合。表型：某一个体HLA抗原特异性型别。MHC基因复合体的遗传特征-单体型单倍型遗传方式,子女与父母一条染色体（一半HLA）相同，同胞间一条相同几率50%，两条完全相同几率为25%HLA基因复合体是一组紧密连锁的基因群;HLA单体型作为一个完整的遗传单位由亲代传给子代基于血清学和遗传学的分类：星号(*)前为基因座，用大写斜体字母表示；星号后为复等位基因及其亚型。例如:HLA-DRB1*1102：代表II类基因DRB1基因座第1102号复等位基因，1102是DRB1座位第11主型（复等位基因）第2号亚型HLA-A*0103是I类基因A基因座第1复等位基因第3号亚型命名原则HLA超级型：基于组成多肽结合口袋的关键氨基酸的多态性，将具有相同或相似多肽结合口袋氨基酸的HLA归为一类MHC分子的抗原肽结合单位抗原肽结合槽MHCI类分子：两端封闭，容纳的抗原肽为8-10个氨基酸残基MHCII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锚定位：抗原肽上与MHC分子凹槽相结合的特定部位锚定残基(anchorresidue)：锚定位上的氨基酸残基，保证抗原肽与MHC分子稳定结合共同模体/共同基序(consensusmotif)：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。H-2Kb:x-x-x-x-Y/F-x-x-L-x;H-2Kd:x-Y-x-x-x-x-x-x-V/I/L。锚定位的数量较多；锚定残基的种类变化较大。抗原多肽与MHC分子的作用特点MHC分子在细胞内的转运和细胞膜表面的稳定表达依赖于所结合的抗原肽特定MHC分子通过共同基序选择性结合抗原肽，具有一定特异性一种MHC分子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）:•共同基序中的x为任意氨基酸；•锚定残基不单一；•不同MHC所接纳的抗原肽可以拥有相同的共用基序。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细胞克隆人造短肽疫苗MHC分子与抗原肽相互作用的包容性MHC的生物学功能1.抗原提呈分子参与T细胞发育和适应性免疫应答•T细胞的TCR对抗原肽和MHC分子具双重识别，T细胞在抗原识别和发挥效应功能中具MHC限制性•MHC分子可提呈自身抗原和MHC分子，参与自身免疫，对非己MHC抗原的应答和T细胞在胸腺中的选择和分化MHC的生物学功能2.作为调节分子参与固有免疫应答•经典的III类基因为补体成分编码，参与炎症反应，对病原体的杀伤和免疫性疾病的发生•炎症相关基因参与启动和调控炎症反应，在应激反应中发挥作用•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3.MHC是疾病易感性个体差异的主要决定者；4.参与构成种群基因结构的异质性。基因突变、重组及转换可导致MHC基因发生变异；新出现基因的编码产物在提呈病原体的关键性多肽方面有优势的话，将易于传递；MHC结构和抗原呈递能力具有很强的个体差异，这使得人群对病原体的的反应性和易感性不同，赋予人群强大的生命力。MHC的生物学功能抗原呈递与T细胞识别TCR对抗原肽和MHC具有双重识别，形成T细胞在抗原识别和发挥效应功能