医学免疫学-MHC

第八章学习要求•1．掌握MHC、主要组织相容性抗原的概念•2．掌握HLA抗原分子的结构、组织分布和主要生物学功能•3．理解HLA分子和抗原肽的相互作用特点•4．理解HLA复合体的基因组成及遗传特征•5．了解HLA的医学意义。本章内容提要•前言•第一节人类MHC结构及其遗传特性•第二节人类MHC产物—HLA分子•第三节HLA与临床医学4前言一、MHC的发现自体移植同种同型移植同种异型移植异种移植自体移植同种同型移植同种异型移植异种移植20世纪初发现，在不同种属或同种不同系的动物个体间进行正常组织或肿瘤移植会出现排斥，它是供者与受者组织不相容的反映。排斥反应本质上是一种免疫反应，它是由组织表面的同种异型抗原诱导的。这种代表个体特异性的同种异型抗原称为组织相容性抗原（histocompatibilityantigen）或移植抗原（transplantationantigen）。二、基本概念组织相容性异体组织或器官移植时供者与受者的组织相互匹配的程度组织相容性抗原代表个体特异性，引起移植排斥反应的同种异型抗原，也称移植抗原主要组织相容性抗原机体参与排斥反应的抗原系统很多，其中能引起强而迅速排斥反应的抗原被称为主要组织相容性抗原系统（MHS）主要组织相容性复合体：编码主要组织相容性抗原系统的紧密联锁的基因群称为主要组织相容性复合体（MHC）。小鼠的MHC称为H-2复合体。人的MHC称为HLA复合体，其编码的分子表达在人的白细胞表面，称为人类白细胞抗原（HLA）。即人的主要组织相容性抗原。主要组织相容性复合体（MajorHistocompatibilityComplex,MHC）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的一组紧密连锁的基因群，具有提呈抗原、免疫调节和参与移植排斥等功能。HLA复合体（humanleukocyteantigencomplex)即人的主要组织相容性复合体，是存在于人的第六号染色体短臂上，编码主要组织相容性抗原的一组紧密连锁的基因群，具有提呈抗原、免疫调节和参与移植排斥等功能。6各种脊椎动物的MHC小鼠MHC---H-2复合体H-2抗原人MHC---HLA复合体HLA抗原4（H-2基因）（HLA基因）种MHC名称小鼠H2(histocompatibilitysystem2)大鼠RT1(AgB)人类HLA(humanleukocyteantigens)兔RLA(rabbitleukocyteantigens)豚鼠GPLA(guineapigleukocyteantigens)家猪SLA(susdomesticusleukocyteantigens)猴RhLA(rhesusmacaqueleukocyteantigens)不同动物中的MHC名称第一节人类MHC结构及其遗传特性多态性：不同个体间的一个基因座位上存在多个等位基因MHC结构十分复杂多基因性：基因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。HLA复合体的基因定位HLA基因复合体位于第6号染色体短臂6p21.31，全长3600kb。共有224个基因座位，其中128个为功能性基因。从着丝粒一侧起依次为II、Ⅲ、I类基因区所在位置。HLA复合体的分类组成MHC的各种基因目前多以两种类型加以概括：经典的MHC基因免疫功能相关基因经典的Ⅰ类基因和经典的Ⅱ类基因：它们的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细胞的激活和分化，参与调控适应性免疫应答免疫功能相关基因：包括传统的Ⅲ类基因，以及新近确认的多种基因，它们主要参与调控固有免疫应答，不显示或仅显示有限的多态性一、经典的HLAⅠ类及Ⅱ类基因1、经典HLAⅠ类基因：有B、C、A三个基因座位，编码Ⅰ类分子α链/重链。（轻链由15号染色体编码，称β2-m）HLA-I类抗原分子结构：(1)抗原结合槽（α1/α2）：结合抗原肽(2)IgSF结构域（α3）：与CD8结合(3)跨膜区:固定HLA-I类抗原于膜上(4)胞浆区:信号转导(5)β2微球蛋白：维持I类分子空间构型的稳定性CD8+CTL28α链β2m链2、经典HLAⅡ类基因：由DP、DQ、DR三个亚区组成。每个亚区又包括A、B两种功能基因座位，分别编码Ⅱ类分子的α链、β链。HLA-Ⅱ类抗原分子结构：(1)抗原结合槽(α1/β1)：结合抗原肽(2)IgSF结构域(α2/β2)：与CD4结合(3)跨膜区：固定HLAⅡ类抗原于膜上(4)胞浆区：信号转导CD4+Th35β链α链二、免疫功能相关基因（一）血清补体成份编码基因坐落在HLAⅢ类基因区表达产物为C4B、C4A、Bf和C2等补体组分（二）抗原加工提呈相关基因：坐落在HLAⅡ类基因区1．蛋白酶体亚单位(proteasomesubunitbetatype,PSMB)基因包括PSMB8和PSMB9（旧称LMP2和LMP7）编码胞质溶胶中蛋白酶体亚单位成分2．抗原加工相关转运物（transportersassociatedwithantigenprocessing,TAP）基因3．HLA-DM基因包括DMA和DMB座位其产物参与APC对外源性抗原的加工提呈4．HLA-DO基因包括DOA和DOB两个座位，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5．TAP相关蛋白基因其产物称tapasin，即TAP相关蛋白(TAP-associatedprotein)参与I类分子在内质网中的装配和内源性抗原加工提呈（三）非经典Ⅰ类基因：又称HLAⅠb，即b型Ⅰ类基因，包括HLA-E、HLA-F、HLA-G等。与之相对应，经典的Ⅰ类基因也可称为a型Ⅰ类基因，简称HLAⅠa。1、HLA-E：产物由重链（α链）和2-m组成HLA-E分子可表达于各种组织细胞，在羊膜和滋养层细胞表面高表达其抗原结合槽能结合来自HLA-Ⅰa和一些HLA-G分子中由9个氨基酸残基组成的信号肽，构成复合物功能上，HLA-E分子是表达于NK细胞C型凝集素受体家族（CD94/NKG2）的专一性配体。HLA-E/信号肽复合物与抑制性受体（CD94/NKG2A）结合的亲和力明显高于和激活性受体（CD94/NKG2C）结合的亲和力，造成生理条件下，NK细胞处于抑制状态。这在病毒逃避免疫监视和母胎耐受形成中可能起重要的作用。2、HLA-G：结构和经典性HLA-A2基因高度同源，由重链和2-m组成HLA-G分子主要分布于母胎界面绒毛外滋养层细胞，在母胎耐受中发挥功能专一性受体属于杀伤细胞免疫球蛋白样受体（KIR）家族中某些成员（四）炎症相关基因：坐落在HLAⅢ类基因区靠Ⅰ类基因一侧1．肿瘤坏死因子基因家族2．转录调节基因或类转录因子基因家族：包括类I-B基因，可参与调节转录因子NF-B的活性。属于这一基因家族的还有B144基因和锌指基因ZNF等。3．MHCⅠ类相关基因(MIC)家族：包括MICA和MICB基因。MIC是NK细胞激活性受体NKG2D的配体，不同的MICA等位基因在启动NK杀伤活性上可能存在差异。4．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提呈中发挥作用。三、人类MHC的遗传特点一、HLA的多态性多态性(polymorphism)：指一个基因座位上存在多个等位基因(allele)。注：对某一个人而言，某一座位只能有两个等位基因，分别出现在来自父母方的同源染色体上。HLA的多态性是一个群体概念，指群体中不同个体在等位基因拥有状态上存在差别多态性和前面提到的多基因现象，是从不同水平对MHC的多样性进行描述：多基因性着重于同一个个体中MHC基因座位的变化；而多态性指群体中各座位等位基因数量的变化HLA是人体多态性最丰富的基因系统HLA复合体等位基因数已知2641个，最多是HLA-B（805）和HLA-DRB1（527）。HLA多态性的产生及其意义㈠HLA多态性的产生机制：HLA基因结构变异（基因突变/重组/转换）→新等位基因群体中积累→多态性㈡HLA多态性的意义：使物种能对付多变的环境及各种病原体的侵袭43自然选择HLA的表达具有共显性即同源染色体对应座位上的两个等位基因皆能得到表达。一个免疫细胞的表面通常可以检测到分别来自父母双方六对共12种HLAⅠ类和Ⅱ类等位基因分子即HLA抗原。二、连锁不平衡和单体型各种等位基因在人群中以一定的频率出现。例如DRB1*0901和DQB1*0701在北方汉族人中的频率分别是15.6%和21.9%按随机分配规律，两个等位基因同时出现在一条染色体上的机率是两者频率的乘积（0.156×0.219＝0.034），然而实际上两者同时出现的频率是理论值的3.3倍。此现象称为连锁不平衡连锁不平衡：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。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。B7C9A11DP1DQ3DR5B8C10A12DP2DQ4DR6单体型遗传方式是指HLA复合体中，同一染色体上紧密连锁的等位基因很少发生同源染色体间的交换，以一完整的遗传单体型由亲代传给子代；某些单体型在群体中有可能呈现较高的频率，并较之单一座位的HLA基因型别更能显示人种和地理族群特有的群体基因结构。如：中国汉族人特征性的HLA单元型主要有A2-B46-Cw3-DR9-DQ9-Dw23及A33-B17-Cw2-DR3-DQ2-Dw3等。检测单体型比分析单一的等位基因频率，更有助于从无血缘关系人群中搜寻HLA相匹配的器官移植供者。第二节人类MHC产物---HLA分子HLAI类抗原组织分布：所有有核细胞(神经细胞/滋养层细胞例外)血小板、网织红细胞功能：识别和提呈内源性抗原肽结合CD8，限制CTL识别细胞27一、HLA分子的分布HLAII抗原组织分布：专职APC（B细胞、DC、Mφ）、胸腺上皮细胞、激活的T细胞等。功能：识别和提呈外源性抗原肽结合CD4，限制Th识别细胞二、HLA分子的结构及其与抗原肽的相互作用（一）、HLA分子的结构MHCⅠ类抗原的结合凹槽：α1、α2各折叠成一个α螺旋（凹槽壁）及4条β片层（凹槽底）。能结合其上的抗原肽长度为8～10个氨基酸残基，多为9个氨基酸残基组成。MHCⅡ类抗原的结合凹槽：α1、β1各折叠成一个α螺旋（凹槽壁）及4条β片层（凹槽底）。能结合其上的抗原肽长度为13～17个氨基酸残基或更长。凹槽两端开放。（二）、HLA与抗原肽的相互作用（了解）4447锚定位:HLA分子肽结合槽内与抗原肽特定氨基酸残基结合的部位。锚定残基:能与HLA分子肽结合槽内锚定位结合的抗原肽特定氨基酸残基。•进入HLA-A*0201分子凹槽中的9肽(或10肽)有两个锚定位：第2位(P2)皆为亮氨酸(L)或甲硫氨酸(M)；而第九位(P9)皆为亮氨酸(L)和缬氨酸(V)。因此，HLA*0201分子所接纳的抗原肽有一个显示特征的共同基序，即x-L/M-x-x-x-x-x-x-L/V（x代表任意氨基酸残基）。该处锚定位是P2和P9，锚定残基分别是L/M和L/V，而中间P3～P8的残基组成带有较大的任意性。同样情况见于图中HLA-B*2705所结合的9肽。这表明，MHC分子通过特定的共同基序显示和抗原肽结合的专一性。54Ag肽和MHC分子相互作用的特点（一）专一性特定的MHC分子只可选择地结合抗原肽的共同基序MHC分子和Ag肽结合的专一性（二）包容性一类MHC分子识别一群带有共同基序的肽段X-L/M-X-X-X-X-X-X-L/V的抗原肽表现在：⑴“X”氨基酸顺序和结构可变；⑵某一锚定残基往往不止一种氨基酸;⑶不同MHC分子所接纳的Ag肽，可拥有相似的共同基序。MHC分子和Ag肽结合的包容性三、HLA分子的功能（一）作为抗原提呈分子参与适应性免疫应答T细胞以其TCR实现对抗原肽和MHC分子的双重识别。由此形成T细胞在抗原识别和发挥效应功能中的MHC限制性。被MHC分子结合并提呈的成份，可以是自身抗