免疫学05-主要组织相容性复合物

主要组织相容性复合物Majorhistocompatibilitycomplex绍兴文理学院生命科学学院寿建昕I.基本概念II.MHC抗原的结构和功能III.MHC抗原基因多态性及结构IV.MHC的检测原理和应用I.基本概念主要组织相容性复合物或称复合体(majorhistocompatibilitycomplex,MHC)是表达于脊椎动物有核细胞表面的一类有高度多态性、含有多个基因座位并紧密连锁的基因群，其表达产物是主要组织相容性抗原。组织相容性(histocompatibility)是指个体之间进行组织器官移植时，受体和供体双方相互接受的程度(相容或排斥)。排斥反应本质上是一种免疫反应(移植应答)，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抗原称为组织相容性抗原(histocompatibilityantigen)或移植抗原(transplantationantigen)。抗原系统多达20种以上，各组份所起作用强弱存在差异，其中能引起强而快的排斥反应的抗原称为主要组织相容性抗原(majorhistocompatibilityantigen)，其编码的基因是一组紧密连锁的基因群就称为MHC。而引起慢而弱的排斥反应的抗原称为次要组织相容性系统(minorhistocompatibilityantigen)，编码的基因群就称为mHC。Jackson实验室的GeorgeSnell(乔治斯涅耳)等在1948年首先发现小鼠组织相容性抗原-2(histocompatibilityantigen-2)即H-2。JeanDausset(简多塞)于1950年首先发现(1959年发表)，肾移植后出现排斥反应的患者以及多次输血的患者血清中含有能与供者白细胞发生反应的抗体。抗体针对的抗原即人类主要组织相溶性抗原。人类主要组织相溶性抗原首先在白细胞表面被发现且含量最高，所以就称为人类白细胞抗原(humanleukocyteantigen,HLA)，编码HLA的基因群称为HLA复合物，即人类MHC。BarujBenacerraf(巴鲁赫贝纳塞拉夫)于1963年发现控制机体免疫应答能力与调节功能的基因(immuneresponsegene,Irgene)也存在于MHC内。因此，MHC不仅与移植排斥反应有关，也广泛参与免疫应答的诱导与调节。他们三人因为对MHC的研究共获1980年诺贝尔奖。1974年Doherty,Zinkernagel发现T细胞MHC限制性，获1996年NobelPrice。70年代后期，人们真正认识到MHC在免疫应答中的重要作用。当时发现抗原特异性T细胞不识别游离状态或溶解状态的抗原，而只识别和MHC产物非共价结合的抗原的某一部分，而MHC也不是以分泌形式存在，而是结合在某些细胞膜上，这些细胞就是抗原递呈细胞(APC)。现在已知道MHC分子是T细胞所识别的配基的组成部分。MHC有不同类型的产物，其中I类和II类MHC分子，具有抗原提呈功能，直接涉及T细胞的激活和分化。抗原是和I类还是II类结合，决定了被激活的T细胞种类(T8或T4)，也因此出现不同性质的免疫应答，参与调控特异性免疫应答。II.MHC抗原的结构和功能MHC-I类和II类抗原在结构、组织分布和功能上各有特点。I类分子由重链(α链)和β2m组成，分布于所有有核细胞表面。II类分子由α链和β链组成，仅表达于淋巴样组织中的各种细胞表面，如APC细胞、B细胞、胸腺上皮细胞和人的活化T细胞。ⅰMHC-I类抗原1.链(重链)HLA的Mr为4.4104，H-2的Mr4.7104；HLA有一个寡糖基连接位点，H-2有二个；链有五个结构域：1、2、3、跨膜区和胞质区。2.链Mr为1.2104，99aa，30%以上序列与Ig的恒定区相似，是免球蛋白超家族(Igsuper-family)成员之一。由非MHC基因编码。由于分子量较小，在血清电泳中位置处于2区域，所以又称为2微球蛋白(2-microglobulin,2m)。3.MHC-I类抗原的四个功能区肽结合区、Ig样区、跨膜区和胞质区。1)肽结合区位于胞外N端，由1、2共同组成一个25Å(长)×10Å(宽)×11Å(高)的抗原肽结合槽，能结合10个左右的氨基酸残基肽。结合槽的底由8条反向平行的折叠片层构成的平台，支撑着2个平行的螺旋，成为结合槽的壁。其中每4个折叠片层和1个螺旋由1或2结构域氨基酸折叠形成。由于MHC-I类分子的结合槽很小，所以抗原大分子必需经过剪切加工处理成9-11肽才能与之结合，二者结合后形成特殊的表位，才能被CD8TCR识别，并与TCR的CDR3结合，而结合槽的二边的螺旋与TCR的CDR1、CDR2结合。HumanHLAMHCClassIStructurePeptideinteractionswithanMHCclassImolecule2)Ig样区由重链3和2m组成，在MHC-I类中，这是一个高度保守的区域，与Ig恒定区同源，故名。2m与1、2、3相互作用，对维持MHC-I类分子的结构有重要作用，而3含有CD8的结合位点，这与细胞毒作用有关。ModelofCD8,ClassIandPeptideInteractionⅱMHC-II类抗原由、二条结构相似的多肽链以共价结合形式组成。较重，有二个N连接糖基，链只有一个。与MHC-I相同，MHC-II类分子也可分为四个功能区，并功能也相似。肽结合区：由、二条肽链的1、1共同构成，空间结构也相同，1、1各形成4条反向平行折叠和螺旋共同构成结合槽，由于二端是开放的，所以可结合10－30个氨基酸残基的肽段。Ig样区：识别并结合的功能，MHC-II类分子具有与CD4Th细胞结合并递呈抗原信号的限制性，发挥不同于MHC-I的免疫应答过程。HumanHLAMHCClassIIStructurePeptideinteractionswithanMHCclassIImoleculeModelofCD4,T-cellReceptor,ClassIIandPeptideInteractionⅲMHC分子与抗原肽的相互作用肽与MHC分子结合槽的结合是非共价结合，结合和解离的速度均很慢，所以一旦两者结合后，能保证与T细胞的作用。不同的肽可与同一MHC结合而形成不同的表位，再与不同的T细胞TCR结合。由于二类MHC分子在结构上的差异，所以与之相结合的肽也各有自己的特点。1/2二端是关闭的ClassImoleculesClassIImolecules肽结合区1/1肽结合槽特性二端是开放的肽的大小9－11个氨基酸残基10－30个氨基酸残基锚定残基锚定残基位于肽的二个未端；通常是由疏水性的羧基未端锚定锚定残基沿肽全长分布结合肽的特性肽的二端与MHC分子结合槽相互作用，而中间拱起连续地结合在结合槽底部PeptideBindingbyClassIandClassIIMHCMolecules与MHC分子结合的锚定位点ConformationsofpeptidesbindingtoclassIMHCmoleculesCD8Tc和MHC-I的连接递呈抗原信息peptideCD4Th和MHC-II的连接递呈抗原信息peptideIII.MHC的遗传及结构人类的HLA位于第6号染色体的短臂上，2m基因位于第15号染色体上长臂上小鼠H-2位于第17号染色体短臂上，2m基因位于第2号染色体上MHC基因在同一染色体上，所以它们是连锁的ⅰMHC的遗传和多态性①单元型遗传单倍(元)型(haplotype)指MHC不同座位等位基因在一条染色体上的特定组合。MHC是以单倍型遗传的。1.MHC的遗传特点在遗传过程中MHC单元型作为一个完整的遗传单位由亲代传给子代，即单元型遗传。因此子代的MHC单元型一个来自父亲，一个来自母亲，所以亲代与子代之间则必然有一个单元型相同，也只能有一个单元型相同。这一遗传特点可用于器官移植时供者的选择及法医学的亲子鉴定。根据概率，同胞之间MHC单元型型别只会出现下列三种可能性：两个单元型完全相同的机率为25%；两个单元型完全不同的机率为25%；有一个单元型相同的机率为50%②共显性(codominance)一对等位基因的两个成员在杂合体中都表达的遗传现象。HLA各等位基因是共显性，所以在同一细胞表面可有多种MHC分子表达。③连锁不平衡(linkagedisequilbrium)指在某一群体中，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频率与预期的随机频率之间存在明显差异的现象。连锁的基因不是随机组合在一起，而是某些基因比其它基因更多或更少地连锁在一起，从而出现连锁不平衡。在HLA复合体中已发现有50对以上等位基因显示连锁不平衡。2.MHC的高度多态性多态性(polymorphism)指一个基因座位(genelocus)上存在多个等位基因(allele)。就某一个体基因座位而言，最多只能有两个等位基因，分别来自父母方的同源染色体上。因而，MHC多态性指的是一个群体概念，即群体中不同个体在等位基因拥有状态上存在差别。HLA是人类中多态性最丰富的基因系统，由于HLA的高度多态性，所以个体之间存在HLA的差异。根据目前已知的各座位上等位基因总数(约1038个)来估算单倍型可以在群体中表达高于3.8107个，个体表现型和基因型则更多(1012)，远远超过全世界总人口数，因此，人群中除同卵双生外，无关个体间HLA型别完全相同的可能性极小。这对器官移植找到合适的配型增加了很大的困难。MHC基因有三类：MHC-I，MHC-II和MHC-III，其中MHC-III是编码补体C2、C4和B的基因，其它二类编码MHC抗原分子。MHC多态性主要表现在I、II类基因，这与I、II类基因产物参与抗原肽递呈有关。MHC多态性能使种群对各种病原体产生适应性免疫应答，应付多变的环境条件，以维持种群的稳定性。MHC多态性的形成也正是自然界抗原多样性长期选择的结果。MHC高度多态性对维持种群的生存具有重要的生物学意义。ⅱMHC的基因结构1.小鼠H-2基因结构小鼠H-2基因由四个主要区(region)即K区、I区、S区、D区组成。有的区还可分为亚区(subregion)，如I区可分为I-A和I-E二个亚区。每个区或亚区内至少包括一个基因座位(genelocus)K区基因称为H-2K座D区至少含有二个座，即H-2D座和H-2L座I-A亚区含有A和A二个座，I-E亚区含E和E二个座S区含有6个座H-2基因复合体结构示意图A和E均有和基因座位D区有D和L二个基因座位Ⅰ类基因:包括K、D区基因，其编码的分子称为Ⅰ类分子，即K、D和L分子Ⅱ类基因:I区各基因，免疫应答基因(immuneresponsegene,Ir基因)，其编码的分子称I区相关抗原(I-regionassociatedantigen,Ia)，即Ⅱ类分子Ⅲ类因:S区各基因，其编码的分子称为Ⅲ类分子，包括补体成分(C4和B因子等)、性限制蛋白(sex-limitedprotein,SIP)以及TNF等因子2.人类的HLA基因2.人类的HLA基因HLA基因复合体结构示意图HLA-DP亚区HLA-DQ亚区HLA-DR亚区I类样基因,编码MHC-IB分子假基因未知有表达产物552125111221625862HLA-I中，B座位基因最具多态性在HLA-II中，DR座位最具多态性MHC的高度多态性IV.MHC的生物学功能遗传调控抗原递呈（参与母胎免疫）V.MHC的检测原理及应用HLA抗原特异性的鉴定检测称为分型，因为HLA基因是共显性的，所以知道其表型，也就知道其基因型。当然也可通过DNA的分型而获知其抗原特异性。ⅰHLA的检测原理表型分析常有二种方法血清学分型法主要能鉴定HLA-A、B、C、DR、DQ系列抗原，这