主要组织相容性复合物

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第6章 主要组织相容性复合物,(Major Histocompatibility Complex,MHC),1,教学目标和要求：掌握主要组织相容性复合物的结构和功能，遗传特点,教学重点和难点：主要组织相容性复合物的结构和功能,2,主要内容,第一节 主要组织相容性复合物概述,第二节 主要组织相容性抗原的结构和功能,第三节 主要组织相容性抗原基因结构与遗传,3,第一节 主要组织相容性复合物概述,一、MHC的发现,20世纪40年代已确定，,小鼠,近交系之间皮肤移植物的排斥由分布在不同染色体上的多个基因决定。其中第17染色体上的,H-2基因,是一基因复合体，它在组织不相容引起的排斥中起主要作用，故称其为,主要组织相容性复合体,（,major histocompatibility complex,MHC,),各种哺乳动物都拥有，人的MHC统称为HLA（,human leukocyte antige,)。,MHC在启动特异性免疫应答中起重要作用。,4,移植排斥反应的本质是免疫应答,1st,3M 2nd,3M 3rd,19d,9d,3d,A系,B系,C系,24d,d：day,M：month,二、基本概念,5,图中实验证明排斥反应具有以下特点：,1.识别性：B系排斥A、C系,2.记忆性：移植物为同一供体，排斥反应进行性加快,3.特异性：B系对A系的排斥是由于A对B的致敏，C为另一供体，反应为初次。换言之，A系对B系的致敏是品系特异性的，并不扩展到无关品系。,这些特点符合免疫应答规律，揭示排斥反应的本质是免疫应答。,6,组织相容性,是在个体间进行，,器官或组织移植时，,供体与受体双方相互接受的程度。,组织相容性抗原,(Histocompatibility antigen）,（移植抗原）,通过移植鉴定与组织相容性有关的抗原,移植排斥反应属于免疫反应，它是由细胞表面的同种异型抗原诱导的。这种代表个体特异性,的引起排斥反应,的同种异型抗原称为,组织相容性抗原,。,（或,引起器官移植排斥反应的抗原，又称移植抗原。）,7,主要组织相容性抗原系统,(major histocompatibility antigen system, MHS),凡能引起快而强的排斥反应的组织相容性抗原,次要组织相容性抗原系统,(minor histocompatibility antigen system, mHS),引起弱而慢的移植排斥反应的抗原。,主要组织相容性复合体,（major histocompatibility complex，MHC）,是脊椎动物某一染色体上编码主要组织相容性抗原、控制免疫细胞间相互识别、调节免疫应答的一组,紧密连锁的基因群,其,编码产物,参与抗原递呈和T细胞活化、在免疫应答的启动和免疫调节中发挥重要作用。,8,H-2复合体,小鼠的主要组织相容性复合体（MHC）,存在于,17号,染色体的一组紧密连锁的基因群,编码小鼠主要组织相容性抗原（H-2抗原）,H-2抗原,小鼠的主要组织相容性抗原（MHC分子）,不同种类哺乳动物MHC及其编码产物的名称各异。,9,HLA复合体,人类的主要组织相容性复合体（MHC）,位于第,6号,染色体的一组紧密连锁的基因群,编码人类的主要组织相容性抗原（HLA）,HLA,（human leukocyte antigen，人类白细胞抗原）,人类的主要组织相容性抗原,分布在人体所有有核细胞表面,首先发现于白细胞表面，且白细胞是进行此类抗原研究的最适宜材料来源,概念区分：,MHC、H-2复合体、HLA复合体-基因,MHC分子、H-2分子、HLA分子-抗原,10,第二节 主要组织相容性抗原的结构和功能,一、第一类主要组织相容性抗原(MHC-I)分子,二、第二类主要组织相容性抗原(MHC-II)分子,三、肽与MHC分子结合的结构基础,四、MHC分子的生物学功能,五、MHC与医学,11,12,12,HLA抗原的分子结构,12,a,2,a3,a1,b,1,b2,b,2,m,a,1,a2,抗原肽,结合单位,Ig样单位,跨膜单位,I和II类MHC分子均由一条,a,和一条,b,链非共价结合而成。,a,链均为跨膜蛋白，MHC-I的,b,链是可溶性的,b,2,m，II类分子的,b,链为跨膜蛋白。从功能上可以将MHC分子分为抗原肽结合单位、Ig样单位和跨膜单位。,MHC,肽结合槽,MHC,肽结合槽,胞浆区,12,类分子,类分子,CD8,结合部位,CD4,结合部位,链,细胞膜,肽结合区,胞外区,穿膜区,胞浆区,HLA-,类分子和类分子的结构示意图,抗原结合槽,抗原结合槽,多态区,肽结合区,非多态区,Ig样区,13,14,15,16,17,同内源性抗原肽结合,同T细胞表面CD8结合,参与信号转导,有两条肽链，一为链（重链），另一为,2,微球蛋白，形成异二聚体。,一、第一类主要组织相容性抗原(MHC-I)分子,18,(一) 分布,广泛分布于,所有有核,细胞表面，包括血小板和网织红细胞。以,淋巴细胞,密度最高。,成熟红细胞、神经细胞、成熟的滋养层细胞不表达。,2.,存在形式,（,1,）膜结合：有核细胞表面,（,2,）可溶性：存在于血清、初乳和尿液等体液中。,19,一、第一类主要组织相容性抗原(MHC-I)分子,(二) MHC-I类分子的基本结构,链和,2,m非共价结合的异二聚体分子。,(1)链（重链）由胞外区、跨膜区和胞内区组成。,胞外区： 1、2 和 3,抗原结合部位,封闭的,肽结合槽,非共价结合,2m,（容纳812个aa）,结合,CD8分子,多态性的基础,跨膜区、胞内区：穿胞膜入胞内，锚定类分子,20,(2),2,m,由15号染色体基因编码,无种属特异性,有助于维持类分子天然构象的稳定性。,21,一、第一类主要组织相容性抗原(MHC-I)分子,(三) MHC-I类分子的空间结构与功能,抗原结合槽,由1和2结构域组成的肽结合区,结合、递呈内源性抗原肽给CD8,+,T细胞,由2个螺旋和8个片层组成,两端呈封闭状态,容纳911个氨基酸残基组成的抗原肽,多态性区：决定HLA类分子多态性的主要部位,22,HLA-,类基因编码,第15号染色体,肽沟,HLA-类分子空间结构,23,肽结合区,Ig样区,跨膜区,胞浆区,CD8,Tc,TCR,2,1,3,24,25,二、第二类主要组织相容性抗原(MHC-II)分子,由链和链组成异二聚体。,同外源性抗原肽结合,与T细胞表面CD4分子,参与信号转导,26,(一) 分布,主要分布,于单核/巨噬细胞（Mon/M）、树突状细胞（DC）和B细胞等APC表面。,其表达水平与细胞分化及抗原刺激有关。,某些情况,下，活化的T细胞、胸腺上皮细胞、血管内皮细胞等也表达。,27,(二) MHC-II类分子的基本结构,异二聚体分子（链和链）。,均由胞外区、跨膜区和胞内区组成。,1 胞外区 1、 1 2、2,开放的肽结合槽 Ig超家族,（容1317个aa） 结合CD4分子,多态性的基础,槽外侧可结合超抗原,2 跨膜区 、胞内区 作用似类分子,。,28,29,(三) MHC-II类分子的空间结构与功能,抗原结合槽,1 和1结构域组成的肽结合区,结合、递呈外源性抗原肽给CD4,+,T细胞,由2个螺旋和8个片层组成,两端呈开放结构,容纳10,30个氨基酸残基组成的多肽,多态性区：决定,HLA,类分子多态性的主要部位,30,31,32,HLA-分子与 HLA-分子的比较,类别,结构,多态区,Ig样区,肽结合槽,组织分布,功 能,HLA-,链,2,m 链,封闭槽（容纳8-10AA）,3+2m,1+2,有核C（淋巴C）除神经C、滋养层C 外,识别和提呈,内,源性抗原肽;与辅助受体,CD8,结合; (,MHC限制,)限制CTL的识别,HLA-,链,链,开放槽（容纳13-17AA）,2 +2,1+1,B、M、DC等APC 、腺上皮C、活化T 、血管内皮C,识别和提呈,外,源性抗原肽;与辅助受体,CD4,结合; (,MHC限制,)限制TH的识别,32,33,抗原肽与HLA分子相互作用的分子基础,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。,已知抗原肽分子片段往往带有两个或以上专门与HLA分子结合的部位，称为,锚着位,，该位置的氨基酸残基称为,锚着残基,。,抗原肽必须与HLA分子的肽结合槽在构象上互补，互补程度越高，二者之间的亲和力越强。,三、肽与MHC分子结合的结构基础,33,34,抗原肽与MHC分子相互作用的特点,1.HLA分子与抗原肽结合的相对选择性：,HLA基因及其产物的多样性，造成不同HLA分子结构的差异（主要集中在HLA分子的肽结合区），由此决定了特定型别的HLA分子和抗原肽的结合具有一定的选择性/特异性。,2.个体差异性：,不同MHC分子可选择性地结合具有不同锚定位和锚定残基的肽段，造成不同个体对同一抗原的应答在强度上出现差异，也即,对疾病的易感性不同。,34,3. HLA与抗原肽结合具有包容性（flexibility）：,众多的抗原结构不一定均相同或相似，但通常都能被T细胞识别。只要有适合于与特定HLA分子结合的锚着位和锚着残基均可被识别和结合。即HLA分子识别抗原肽的共同基序而非抗原表位，一种HLA分子可以与具有共同基序的多种抗原肽结合，也可以提呈同一抗原分子的不同表位，并非呈现一对一的关系，,特异性不高。,4.MHC分子与抗原肽结合具有低亲和性：,二者结合与解离均很缓慢，一旦结合，可维持数小时甚至数天，这将确保被T细胞识别。,35,一、提呈抗原，参与适应性免疫应答,（1）提呈抗原供T细胞识别，启动特异性免疫应答；,抗原被抗原呈递细胞摄取和处理后，必须与MHC-、类分子的肽结合区结合形成抗原肽MHC分子复合体，该复合体经转运表达于抗原呈递细胞的表面，才能被相应的淋巴细胞识别，从而启动免疫应答反应。,CD4,+,Th-MHC,类分子提呈的,外,源性抗原肽；,CD8,+,CTL-MHC,类分子提呈的,内,源性抗原肽；,形成MHC 抗原肽- TCR免疫三分子复合体启动特异性免疫应答。,MHC分子是T细胞活化的协同刺激分子,MHC限制性：,在免疫应答的过程中，只有当相互作用细胞双方的MHC,分子一致时，免疫应答才能发生。,如：T细胞与APC，T细胞与靶细胞等。,四、MHC分子的生物学功能,36,HLA类分子递呈内源性抗原,供CD8+T细胞识别,37,38,HLA类分子递呈外源性抗原,供CD4+T细胞识别,39,40,MHC限制性（MHC restriction）,T细胞与APC或靶细胞相互作用时，必须识别相应MHC分子结合递呈的抗原肽,41,（2）介导T细胞在胸腺中的分化、成熟；,在T细胞的发育过程中，胸腺深皮质区的CD4,+,CD8,+,双阳性细胞同胸腺皮质上皮细胞表达的MHC-或类分子相互作用后，选择成熟为“单阳性”细胞，这种细胞又同胸腺内巨噬细胞和树突状细胞表达的自身抗原肽,MHC-/类分子复合物结合形成自身耐受细胞。其中没有形成自身耐受的T细胞才能分化成熟为对非己抗原产生应答的免疫T细胞。,42,（3）疾病易感性个体的主要决定者；,（4）参与构成种群基因结构的异质性，调控机体免疫功能。,2. 作为调节分子，参与固有免疫应答,MHC免疫功能相关基因参与对非特异性免疫应答的调控。,43,一、HLA与疾病的相关性：,群体分子流行病学调查显示，某些疾病的发生与一种或几种HLA抗原的表达相关，因此HLA作为一种疾病发生的遗传标志可用于疾病的辅助诊断、预测、分类及预后判断。,带有某种HLA型别不代表一定会患病,五、HLA与医学,44,45,二、 HLA分子表达异常与临床疾病：,1、HLA-类分子表达异常：,HLA-类分子的表达降低与肿瘤的发生有关；,肿瘤细胞表面表达HLA类分子缺失或密度降低，或HLA型别变异，使Tc不能对其识别。,以逃避免疫杀伤。如60%大肠癌细胞无HLA-类分子表达。,2、HLA-类分子表达异常：,HLA-II类分子表达异常与自身免疫性某些疾病的发生有关。,（1） HLA类分子表达缺陷,如：裸淋巴细胞综合征患者,（2） HLA类分子异常表达,如：某些器官特异性自身免疫病患者,可能以组织特异性方式将自身抗原递呈给自身反应性T细胞，从而启动致病性自身免疫应答。,45,四、与法医学的关系,由于HLA复合体的高度多态性，个体的HLA复合体可视为伴随个体终生的特异性遗传标记。,HLA基因型和/或表现型的检测，已成为法医学上个体识别和亲子鉴定的重要手段 。,三、HLA与器官移植,组织相容性试验对供、受者HLA进行鉴定。移植成败的关键是供受者之间的HLA型别是否相符。,供受体间HLA的相似性越强，器官移植的成活率越高。通常最佳的移植物配对关系顺序为同卵双生同胞兄妹近亲远亲无亲缘者。,近年发现，HLA类分子的配合比类分子更为重要。测定血清中可溶性HLA分子含量，有助于监测移植物的排斥危象。,46,五、HLA与输血反应的关系,多次接收输血者会发生非溶血性输血反应,，主要表现为发热、白细胞减数与荨麻疹等,，,这类输血反应大多是由于病人血液中存在抗白细胞和抗血小板HLA分子的抗体所致。,因此需多次接收输血者应选择成分输血。,六、HLA与母胎关系,成熟的胎盘滋养层细胞不表达经典的HLA类分子，使母体T细胞不能识别胎儿组织中来自父方的HLA分子；,滋养层细胞表达非经典的类分子HLA-G、HLA-E，可与子宫蜕膜的NK细胞、CTL细胞的抑制性受体结合，形成母体对胎儿的耐受。,47,名词解释：,主要组织相容性复合体,简答：,1.请简要叙述抗原肽与MHC分子相互作用的特点,2.请简要概括MHC分子的生物学功能,48,第三节 主要组织相容性抗原基因结构与遗传,一、MHC基因结构,二、MHC的遗传及多态性,49,50,1.小鼠的MHC：H-2复合体,1.定位,位于小鼠的第17对染色体短臂,约1500kb,2.,构成,K、I、S、L、D等基因,一、MHC基因结构,50,3.分区,分为,、类,基因区,类基因区有K、D、L 3个座位。,类基因区（即Ir基因）4个座位，组成I-A和I-E亚区。,参与免疫应答的遗传调控,类基因区,编码补体成分和炎症相关的免疫分子,51,52,2.人的MHC：HLA复合体,最初在人的白细胞上发现的,1.定位,第6号染色体短臂,其分布范围大约36004000kb，,占人基因组的1/3000，HLA复合体结构十分复杂，表现为,多基因性,和,多态性,。,已鉴定出224个基因座，其中功能基因128个。,52,2.分区,分、类基因区,HLA-I类基因集中在远离着丝点的一端，包括B、C、A三个座位（经典类基因）;,HLAII类基因在复合体中位于近着丝点一端，由DP、DQ、DR三个亚区组成（经典类基因）;,HLA,类基因包括编码补体C4、C2、B因子的基因及某些炎症相关的基因。,53,DP DQ DR 补体基因 B C A,着丝点 MHC 第6号染色体,HLA-II HLA-III HLA-I,1000 Kb 6001000 Kb 2000 Kb,54,3.组成,按产物功能分三群，即,经典HLA基因、免疫功能相关基因和免疫无关基因,。,（1）,经典的HLA基因,HLA类基因：A、B、CHLA 类分子,HLA类基因：DP、DQ、DRHLA 类分子,55,1,经典HLA-I 类基因：,HLA-A、B、C,编码产物的组织分布极为广泛，并具有高度多态性，其中HLA-B是HLA复合体中等位基因数最多的一个基因座位。每个位点的基因编码HLA类分子的重链（链），而轻链（链）编码基因位于第15号染色体。,56,2,经典HLA-II 类基因：,位于HLA复合体近着丝点一端，包括数十个基因座位。一般指HLA-DR、HLA-DQ、HLA-DP亚区。,编码产物均为双肽链（、）分子。某些HLA类基因可有2个或2个以上的链功能基因，但一般只有一个链功能基因。,57,（2）,免疫功能相关基因,在抗原的加工和胞内运转、免疫应答和免疫调节中发挥重要作用。,（一）血清补体成分编码基因：,编码C2、C4a、C4b、Bf，位于 HLA 类基因,58,（二）抗原加工提呈相关基因：,位于HLA 类基因区域,低分子量多肽（LMP）基因,抗原肽转运体（TAP）基因,HLA-DM,HLA-DO基因,TAP相关蛋白基因,非经典类基因,59,（1）,抗原处理相关转运蛋白（,t,ransporter associated with antigen,p,rocessing, TAP）或抗原肽转运蛋白基因(,t,ransporter of,a,ntigen,p,eptide, TAP）,:包括TAP1和TAP2两个基因座位。位于HLA-II 类基因区。,（2）,巨大多功能蛋白酶体（,l,arge,m,ultifunctional,p,roteasome）或低分子量多肽（,l,ow,m,olecular weight,p,olypeptide， LMP）基因,：包括LMP2和LMP7座位，位于HLA-II 类基因区。,60,（3）,HLA-DM基因,：包括DMA和DMB基因，位于类基因区，已检出多个等位基因，编码DM分子的和链。DM分子并不表达于细胞表面，但DM基因缺失导致DP、DQ和DR分子不能表达。在HLA类分子与抗原肽装配过程中起重要作用。,（4）,HLA-DO基因,：包括DOA和DOB两个座位，其产物分别为DO分子的和链，参与对DM功能的负调节。,（5）,TAP相关蛋白基因,：位于HLA复合体近着丝点处，其产物为TAP相关蛋白（TAP-associated protein），又称tapasin。参与内源性抗原的加工提呈，主要对HLA类分子在内质网中的装配起关键作用。,61,（三）非经典I类基因：,（non-classical classgene）又称HLAb基因，包括许多基因位点，如HLA-E、F、G、X、H、J、L等和锌指基因ZNF173位点 。,1,HLA-E基因(,位于HLA-C和HLA-A座位之间,),编码HLA-E分子,（结构与经典I类分子相似）,。,HLA-E分子作用,：,与,维持母胎界面稳定,有关,逃避免疫监视,（病毒感染细胞、肿瘤细胞）,为NK细胞的KIR提呈自身抗原肽，抑制NK细胞和部分T细胞的杀伤活性，属于具有抗原提呈功能的免疫功能相关基因。,62,2HLA-G基因,(HLA-H和HLA-F座位之间),编码HLA-G分子（,结构与经典I类分子相似）,。,HLA-G分子生物学功能,：,保护胚胎,可能参与妊娠期血管生成。,可能参与胸腺细胞选择的某些过程。,有调控HLA-E表达的作用（,一定条件,）。,其产物作为一种配体分子与杀伤细胞的KIR结合而发挥抑制活性。,63,（四）炎症相关基因：,位于HLA,类基因区内接近类基因区的一侧。新检出多个免疫功能相关基因座位，多数涉及炎症反应，分属以下四个家族：,（1）肿瘤坏死因子基因家族（tumor necrosis factor，TNF）：包括TNF（TNF）、LTA和LTB（TNF）三个座位。TNF基因家族的产物为TNF-和TNF-，前者由单核-巨噬细胞产生，后者由T细胞产生。参与炎症、抗病毒和抗肿瘤免疫应答。,64,（2）热休克蛋白基因家族（heat shock protein，HSP）：HSP基因家族有3个基因，HSP70-1、HSP70-2和HSP70-HOM，均位于类基因区内。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加工提呈中起作用。,（3）MHC,类相关基因家族,（4）,转录调节基因或类转录基因家族,65,66,（3）,免疫无关基因,如位于类基因区参与类固醇合成的21羟化酶（CYP21）基因和位于HLA-类基因区的HLA-H基因（与铁代谢有关）等。,67,二、MHC的遗传及多态性,(一) 单元型遗传,(二) 共显性遗传,(三) 高度多态性,(四) 连锁不平衡,68,（一）、单元型遗传,HLA单元型作为一个单位遗传给下一代,单元型,连锁在一条染色体上的所有HLA基因组合构成一个单元型。（HLA复合体是一紧密连锁的基因群，同一染色体的HLA等位基因很少发生同源染色体间的交换）。一个单元型在遗传过程中作为一个完整的遗传单位由亲代传给子代。,基因型,两个同源单元型构成,69,70,71,Inheritance of MHC haplotypes,B,C,A,DP,DQ,DR,B,C,A,DP,DQ,DR,B,C,A,DP,DQ,DR,B,C,A,DP,DQ,DR,X,Parents,DP-1,2,DQ-3,4,DR-5,6,B-7,8,C-9,10,A-11,12,DP-9,8,DQ-7,6,DR-5,4,B-3,2,C-1,8,A-9,10,DP-1,8,DQ-3,6,DR-5,4,B-7,2,C-9,8,A-11,10,DP-1,9,DQ-3,7,DR-5,5,B-7,3,C-9,1,A-11,9,DP-2,8,DQ-4,6,DR-6,4,B-8,2,C-10,8,A-12,10,DP-2,9,DQ-4,7,DR-6,5,B-8,3,C-10,10,A-12,9,B,C,A,DP,DQ,DR,B,C,A,DP,DQ,DR,B,C,A,DP,DQ,DR,B,C,A,DP,DQ,DR,B,C,A,DP,DQ,DR,B,C,A,DP,DQ,DR,B,C,A,DP,DQ,DR,B,C,A,DP,DQ,DR,Children,72,（二）、,共显性遗传,两条同源染色体上的一对等位基因共显性表达，都能编码相应的分子,73,74,(三)、,高度多态性,（,Polymorphism,）,多态性是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。MHC复合体是已知的人体最复杂的基因复合体，有高度的多态性，其原因有二：,1、复等位基因,每一个体同源染色体上对应位置的一对基因称为等位基因。群体中，由于突变，同一基因座位可能出现的基因系列称为复等位基因，由于各个基因座位组合是随机的，这是MHC多态性的主要的原因。,2、共显性,一对等位基因同为显性表达。增加了HLA表型的多态性。,75,76,多态性的生物学意义,多态性和多基因性共同决定了HLA遗传背景的高度多样性,1.,赋予,种群适应多变的环境条件,，从而使个体和群体极大地扩展了对不同（病原体及其变异体）抗原肽提呈和应答的范围。高等动物抵御不利环境因素的一种适应性表现，有利于维持种群的生存与延续。,2.,实现,对机体免疫应答的遗传控制,3.,使,MHC成为个体的终身遗传标志，可用于个体识别,4.,增加,了寻找合适同种器官移植供者的难度。,77,(四)、连锁不平衡,（,Linkage disequilibrium,）,HLA复合体各等位基因均有其各自的基因频率。随机婚配的群体中，在无新突变和自然选择的情况下，基因频率可代代维持不变。,由于MHC复合体的各座位是紧密连锁的，如果,各等位基因随机组合构成单体型,，则某一单体型的出现频率应等于组成该单体型的各基因频率的乘积。,但实际上，MHC各基因并非完全随机地组成单体型。此即,连锁不平衡性,，即,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几率高于随机出现的频率。,基因频率是指群体中携带某一等位基因的个体数目与携带该基因座位各等位基因个体数目总和的比例。,78,DRB1*0901与DQB1*0701在北方人出现频率为15.6和21.9，,基因频率0.1560.219,0.034即3.4,实际为11.3,实测的基因频率高于或低于理论计算值。,实测频率与预测频率间的差值为连锁不平衡参数。,79,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%,80,名词解释：,连锁不平衡性,简答：,简要概括MHC的遗传的特点,81,