第八章主要组织相容性复合体

第八章主要组织相容性复合体majorhistocompatibilitycomplex,MHC超强抗原识别“自我”与“非我”的关键分子理解免疫应答、自身耐受、移植排斥的钥匙主要内容概述MHC复合体的基因结构MHC复合体的遗传特点MHC分子结构及其分布MHC分子与抗原肽的相互作用MHC的生物学功能MHC与医学第一节MHC的发现与概述1901年Landsteiner发现ABO血型系统1930年获得诺贝尔医学或生理学奖AOBOABAOBOOO谁能给谁输血呢？一、由血型研究到寻找移植排斥抗原引发的思考：移植排斥的本质是什么？1、排斥反应的本质是什么？2、导致排斥反应发生的物质是什么？3、排斥反应与遗传背景（多态性）的关系？一、由血型研究到寻找移植排斥抗原血液凝集的本质：抗原抗体反应血型不同凝血反应的抗原：ABO抗原一、由血型研究到寻找移植排斥抗原血型抗原与抗体1.天然抗体：ABO血型（1）出生后2-8个月开始产生，8-10岁时达高峰。食物或消化道微生物诱导产生（2）IgM抗体，分子量大，不能通过胎盘2.免疫抗体：Rh血型（1）机体接受非自身红细胞抗原的刺激后产生（2）IgG抗体，分子量小，可以通过胎盘一、由血型研究到寻找移植排斥抗原Question：移植抗原多态性多态性低：ABO血型抗原4种，不同血型输血产生凝集反应。同型血可以方便的输血多态性高：器官移植为何很难找到与受体配型完全相同的供体MHC分子，理论上除同卵双生，每个人都不一样一、由血型研究到寻找移植排斥抗原实验肾移植（异种移植）：失败1909年Unger将猴肾移植到人，临床肾移植（同种异型移植）：一直失败1936年Voronoy进行尸肾移植首例成功的肾移植（同种同型移植）：1954年Murry首次成功完成同卵双生子间的肾移植，获1990年诺贝尔生理学或医学奖WeareTWINSWeareidealfortissueexchange二、移植排斥与发现MHC自体移植同种同型移植同种异型移植异种移植同种异型移植—最有实用价值•同一种属不同个体所携带的基因有99.9%一致性，因此绝大多数组织抗原是相同的。•其余差异的抗原称为多态性抗原。•宿主的免疫系统将他人特异性的组织抗原作为外来抗原进行识别，导致移植排斥。二、移植排斥与发现MHCGorer实验：鉴定纯系小鼠血型抗原时曾发现4组红细胞抗原，I，II，III，IV。Snell实验-1：抗原II（H-2）阳性小鼠的肿瘤只在阳性小鼠体内生长,而在阴性小鼠则被排斥；H-2某型阳性小鼠的皮肤只在阳性小鼠体内生长,而在H-2阴性小鼠则被排斥。结论：H-2抗原与移植排斥相关。二、移植排斥与发现MHC实验目的：获得这样一种小鼠,其H-2基因来源于A近交系,其他基因来源于B近交系.然后以这种小鼠作为器官移植中的受体,分别接受两个近交系来源的皮片.观察其移植排斥反应.如何获得：近交系小鼠(inbredmice)：又称纯系小鼠，通过连续20代以上同胞兄弟姊妹交配而育成，同一系内各个体的遗传背景完全相同。同类系小鼠(congenicmice)：应用两纯系小鼠不断杂交和回交筛选而育成，同一系内各个体的MHC结构有所不同，其他遗传背景完全一致。Snell实验-2实验步骤：近交A系小鼠(MHC基因型：a/a)与B系(b/b)进行交配，F1子代全是a/b杂合状子F1代(a/b)与亲本A系(a/a)回交，其F2子代一半为a/a，另一半为a/b。通过皮片移植排斥反应的方法鉴定出F2(a/b)，将其与A系(a/a)回交连续20代后，a/b杂合子b等位基因仍然保留，但原B品系小鼠中其它的遗传座位都消失了将F20(a/b)近交，得到b/b纯合子小鼠（其余遗传背景为A系）。命名A(b/b)Snell实验-2连续20次原理：连续稀释，F1小鼠保留了B品系基因的50%，回交后子代保留了25%，这样经过20次回交后除了保留B品系的MHC等位基因（b）以外，其余B品系的基因（非MHC基因）都消失。实验结果A(b/b)与A(a/a)互相移植皮片，排斥A(b/b)与B(b/b)互相移植皮片，不排斥（排斥减弱）Snell实验-2实验结论：H-2配型不合是发生排斥反应的关键性因素，即小鼠的主要组织相容性抗原。小鼠MHC=H-2人MHC=HLABarujBenacerrafJeanDaussetGeorgeD.SnellJointNobelPrizewinnerin1980“fortheirdiscoveriesconcerninggeneticallydeterminedstructuresonthecellsurfacethatregulateimmunologicalreactions”.二、移植排斥与发现MHC组织相容性（histocompatibility）：是指进行同种异体组织器官移植时，受体和供体双方相互接受的程度。组织相容性抗原（histocompatibilityantigen）：代表个体特异性的引起排斥反应的同种异型抗原，是决定组织相容性的物质基础，也称移植抗原。主要组织相容性抗原（majorhistocompatibilityantigen）:引起强而迅速排斥反应，在移植排斥反应中起决定性作用的抗原。三、MHC概述（移植抗原）组织相容性抗原（引起的排斥反应快、强）（引起的排斥反应慢、弱）主要组织相容性抗原次要组织相容性抗原其他抗原，如ABO血型抗原三、MHC概述主要组织相容性复合体(majorhistocompatibilitycomplex,MHC):染色体上的一组紧密连锁的基因群，编码主要组织相容性抗原，并与免疫应答、免疫调节有关。各种脊椎动物都拥有结构和功能相似的MHC小鼠的MHC称为H-2人的MHC称为人类白细胞抗原（HumanLeukocyteAntigen,HLA）概念的区别：基因—MHC基因/MHC基因复合体编码产物—MHC分子/MHC抗原三、MHC概述需要注意的是：MHC的生物学功能并非主宰移植物排斥，主要是其产物提呈抗原肽而激活T细胞，在启动特异性免疫应答中起重要作用。三、MHC概述第二节MHC的基因结构及多基因特征（HLA为例）MHC结构特点：多基因性、多态性多基因性：是指MHC由多个位置相邻的基因座位组成，编码产物具有相同或相似的功能。组成MHC的基因传统上分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类。I和II类基因：编码产物具有抗原提呈功能，直接涉及T细胞的激活和分化，参与调控特异性免疫应答。Ⅲ类基因：编码固有免疫相关基因，如补体分子和炎症相关分子。HLA基因复合体位于6号染色体短臂6p21.31，全长3600kb。共有224个基因座位，128个功能性基因，96个假基因。从着丝粒一侧起依次为II、Ⅲ、I类基因区所在位置。HLA复合体的基因结构经典I类基因区：包括B、C、A三个座位，产物是HLA-I类分子的α链。它们具有明显的多态性，而且表达产物出现于几乎所有有核细胞的表面。非经典I类基因区：HLA-F、G、H、EHLA-I类基因区经典II类基因区：包括DQ、DR、DP三个基因家族，每个家族包括A和B两类基因座，分别编码HLA-II类分子和链。非经典II类基因区：LMP、TAP、HLA-DM、HLA-DO（抗原加工提呈相关基因）HLA-II类基因区主要包括几个与免疫功能相关的基因，如补体C4、C2和B因子以及TNF-a和TNF-b（淋巴毒素）的基因等。HLA-Ⅲ类基因区了解了解Ⅰ类基因经典HLA-AHLA-BHLA-C编码分子HLA-A分子HLA-B分子HLA-C分子功能参与内源性抗原递呈和免疫调控非经典HLA-EHLA-FHLA-G编码分子HLA-E分子HLA-F分子HLA-G分子功能参与免疫调控了解Ⅱ类基因经典HLA-DPHLA-DQHLA-DR编码分子HLA-DP分子HLA-DQ分子HLA-DR分子功能参与外源性抗原递呈和免疫调控抗原加工相关基因HLA-DMHLA-DOTAP1TAP2LMP2LMP7编码分子HLA-DMHLA-DO分子TAP1TAP2分子LMP2LMP7分子功能参与抗原加工递呈了解第三节MHC复合体的遗传特点（HLA为例）HLA复合体的遗传特点高度多态性共显性表达单元型遗传连锁不平衡重点多态性（polymorphism）：群体概念，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基因型，即可能编码二种以上的产物。原因：1、复等位基因(multiplealleles)：MHC的每一个基因座位都存在为数众多的复等位基因，由于各个基因座位组合是随机的，因此MHC基因型高度多态，这是MHC多态性的主要的原因。2、共显性表达：一对等位基因同为显性称为共显性，每个细胞表达父系和母系两种HLA分子。（注意：每个基因座都会表达）3、其他因素：三类MHC分子，多基因座（共表达）一、高度多态性MHC是脊椎动物多态性程度最高的基因系统等位基因（allele）和复等位基因(multiplealleles)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（allele）；由于群体中的突变，同一座的基因系列称为复等位基因。A5A10B40B16A1A2B8B35甲（6#）乙（6#）在体细胞两条染色体上的组合称为基因型，其表达的HLA抗原特异性型别称为表型。一、高度多态性略讲I类II类基因位点ABCDRADRBDQA1DQB1DPA1DPB1其他合计等位基因数50685127635593481231261222581HLA-I类和II类等位基因多态性统计（截止2007年３月）一、高度多态性超强同种异型抗原：除了同卵双生外，无关个体间HLA型别全相同的可能性极小。对比ABO血型共显性表达：同源染色体上对应座位上的两个基因都表达（下图显示每个细胞表达6种HLA-1类分子，父母各一套）一、高度多态性多态性是一个群体的概念，指一个基因座位存在两种以上等位基因，在群体中可以编码多种抗原分子。多态性主要为经典的Ⅰ类基因和Ⅱ类基因，其产物主要与抗原提呈有关。多基因性是指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。多态性和多基因性的区别：•多态性：着重于群体中各座位等位基因的变化•多基因性：着重于同一个体中MHC基因座位的变化。一、高度多态性对比ABO血型MHC多态性的产生是变异和自然选择的共同结果。多态性的意义：1.赋于种群适应多变环境的能力：抵御各种病原体侵袭的适应性表现，维持种群的生存和延续。2.调控机体免疫应答的能力：MHC控制机体对特定抗原是否应答以及应答的强度。3.个体的终身遗传标志：确保人类精确地识别自己和非已，显示了遗传背景的多样性。无亲缘个体间出现MHC型别完全相同的机率极低。4.寻找同种器官移植供体的依据：根据HLA配型结果筛选适宜供体，是寻找器官移植供体的唯一方法。一、高度多态性Why?了解了解单元型(haplotype)：HLA复合体是一组紧密连锁的基因群。这些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，构成了一个单体型。二、单元型遗传方式HLA以单元型为单位遗传。基因频率：群体中某一特定等位基因在该基因座中所有等位基因总数中所占的比率。连锁不平衡（linkagedisequilibrium）：分属两个或两个以上基因座位的等位基因，同时出现在同一染色体上的几率高于随机出现的频率。MHC的个基因中，某些紧密连锁，另一些不完全连锁在一起。HLA-DRB1*0901基因频率15.6%HLA-DQB1*0701基因频率21.9%连锁理论频率3.4%（0.156×0.219）连锁实际频率11.3%三、连锁不平衡单元型遗传有利于在家庭成员或者近亲家系中寻找HLA型别匹配的器官移植供者连锁不平衡的存在有助于从无血缘关系的人群中寻找HLA匹配的器官移植供者第四节MHC分子结构及其分布（HLA为例）Ⅰ类分子分布：广泛分布于体内各种有核细胞表面成熟红细胞、神经细胞、成