第8章 主要组织相容性复合体及其编码分子

主要组织相容性复合体及其编码分子第8章76页移植物的排斥反应*组织相容性抗原/移植抗原：代表个体特异性的抗原叫组织相容性抗原，即诱发移植排斥反应的抗原。机体参与排斥反应的抗原系统多达20种以上*主要组织相容性抗原：能引起强烈而迅速排斥反应的组织相容性抗原被称为主要组织相容性抗原。*次要组织相容性抗原:能引起较弱和缓慢移植排斥反应的组织相容性抗原被称为次要组织相容性抗原。*主要组织相容性复合体(majorhistocompatibilitycomplex,MHC):位于同一条染色体上，编码主要组织相容性抗原的、紧密连锁的基因群称为主要组织相容性复合体。*人类MHC=HLA基因→编码HLA抗原;*小鼠MHC=H-2基因→编码H-2抗原;近数十年间，所有脊椎动物的MHC相继得到鉴定和命名。如兔RLA、狗DLA、猪SLA、大鼠RT-1、牛BoLA等。引起移植排斥反应不是主要组织相容性抗原存在的主要意义，故用“组织相容性”来命名这一基因系统是不确切的MHC的主要功能是以其产物提呈抗原肽进而激活T淋巴细胞，因而MHC在启动适应性免疫应答中起重要作用位于人第六号染色体短臂6p21.31区,有224个基因座位传统上按HLA基因在染色体上的排列分为3个区：Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类基因区。第一节MHC结构及其多基因特性组成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MHCⅠ类基因和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）2、经典HLAⅡ类基因：有DP、DQ、DR三个基因座位，每个座位又有A、B两种基因，分别编码Ⅱ类分子的α链、β链。二、Ⅰ类和Ⅱ类基因的表达产物——HLA分子抗原结合槽IgSF结构域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抗原结合槽IgSF结构域MHCclassIaccommodatepeptidesof8-10aminoacidsCleftgeometryMHCclassIIaccommodatepeptidesof13aminoacidsb2-Ma-chainPeptidea-chainb-chainPeptide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HLA-Ⅱ类抗原I类和Ⅱ类基因的表达产物HLA分子抗原结合槽IgSF结构域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。HLA抗原的组织分布：1、HLA-I类分子：广泛分布在体内各种有核细胞表面，但神经细胞、成熟的红细胞、胎盘滋养层细胞不表达。2、HLA-Ⅱ类分子：仅表达于淋巴组织中的某些细胞表面，如专职抗原提呈细胞（包括B细胞、巨噬细胞、树突状细胞）、胸腺上皮细胞和活化的T细胞等。HLA-I类抗原1．编码基因：HLA-A、B、C2.分子结构：α链+b2-m(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3．组织分布：分布于所有有核细胞表面，仅3种细胞不表达4.功能：提呈内源性抗原肽，与辅助受体CD8结合，对CD8+T细胞的识别起限制作用1.编码基因：HLA-DP、DQ、DR2.分子结构：α链+β链(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3.组织分布:专职APC、活化T细胞和胸腺上皮细胞4.功能：提呈外源性抗原肽,与辅助受体CD4结合,对CD4+T细胞的识别起限制作用HLA-Ⅱ类抗原HLAⅠ类和Ⅱ类等位基因产物的表达具有共显性特点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B7C9A11B8C10A12张三母亲父亲三、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b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b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a链和b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b2-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。该家族中的CD94/NKG2A为抑制性受体；家族中的CD94/NKG2C缺乏ITIM，却能结合带有ITAM的DAP12蛋白，从而传递激活性信号。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b2-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。第二节MHC的多态性一、多态性(polymorphism)的基本概念指一个基因座位上存在多个等位基因(allele)。对于一个基因座位，一个个体最多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。如一个个体可拥有的经典Ⅰ、Ⅱ类分子最多有12种MHC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•多态性主要为经典的Ⅰ类基因和Ⅱ类基因所有，这与Ⅰ、Ⅱ类基因产物提呈抗原肽这一功能为有关HLA等位基因产物存在差异，主要表现在构成抗原结合槽的氨基酸残基在组成和序列上不同采用PCR技术针对性地扩增相应的基因片段之后，可通过测序或采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，即从两千多种HLA等位基因中找出属于该个体的12种Ⅰ、Ⅱ类分子编码基因，称为HLA基因分型（HLAgenotyping）这对寻找合适的器官移植供受体、分析疾病易感基因和亲子鉴定都是十分重要的MHC多态性的意义•这一现象的群体效应，是赋於物种极大的应变能力，使之能对付多变的环境条件及各种病原体的侵袭。应该说，这是MHC高度多态性具有强大生命力的体现，是长期自然选择的结果。•可用于个体识别，但不利于寻找同种移植物供者。Example:IfMHCXwastheonlytypeofMHCmoleculePopulationthreatenedwithextinctionSurvivalofindividualthreatenedPathogenthatevadesMHCXMHCXXExample:IfeachindividualcouldmaketwoMHCmolecules,MHCXandYImpactontheindividualdependsupongenotypePathogenthatevadesMHCXMHCXXMHCXYPopulationsurvivesMHCYYbuthassequencesthatbindtoMHCY•不同的MHC等位基因产物提呈结构不同的抗原肽，诱发特异性和强度不同的免疫应答•MHC多态性从基因的储备上，造就了各式各样的个体•不同个体所遗传的MHC等位基因往往不同，对病原入侵的反应性和易感性并不一致二、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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。HLA单体型的家系遗传a1527bc?8312da15c?8a15312d27bc?827b312da15c?8½机率一半相配1/4机率完全不配1/4机率完全相配父亲母亲第三节MHC分子和抗原肽的相互作用一、抗原肽和HLA分子相互作用的分子基础与HLA分子抗原结合槽结合的抗原肽都带有两个或两个以上与MHC分子凹槽相结合的特定部位，称锚定位。该位置的氨基酸残基称为锚定残基(anchorresidue)。锚定位：抗原肽上与MHC分子抗原结合槽结合的特定部位。锚定残基：抗原肽上与MHC分子抗原结合