2 MHC and 移植免疫

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,*,1,HLA,I,类和,HLA,II,分子的结构、组织分布。,2,移植物抗宿主反应,3,胚胎干细胞,4,免疫记忆,MHC Molecule and,Transplantation Immunology,Chapter II,我国尿毒症患者约有,100,万人，并以每年新增,12,万人,的速度递增。,这么多患者中每年约有,50,万,人需要进行肾移植手术，而每年全国可供移植的肾源仅有,40005000,个。,每年约有,5%,的尿毒症患者在等待移植的过程中死去。,Macrophages Ingest and Degrade antigens,bacteria,Long pseudopodia,Macrophages Ingest and Degrade antigens,Antigenic peptide/class II MHC,MHC-I,MHC-II,TCRs,组织相容性（移植）抗原,Histocompatibility,(transplantation) antigens :,两个遗传不同的个体之间进行移植（,grafted,）,时，存在于组织或细胞上的决定排斥反应（,rejection,）,的抗原。,主要组织相容性抗原,（,Major,histocompatibility,(MHC) antigens,）：,能够引起急性移植排斥反应的同种异型抗原称为主要组织相容性抗原， 在排斥反应中是最重要的。,定义（,DEFINITIONS,）,:,一,MHC (Major,histocompatibility,),主要组织相容性 复合体,（,MHC complex,）：,单一染色体上编码,MHC,抗原的一组基因 （,Group of genes on a single chromosome encoding the MHC antigens,）。,人,白细胞抗原,HLA,(human leukocyte antigens),：,人的,MHC,抗原 （,MHC antigens of man,）,首先上在白细胞表面检测到,( first detected on leukocytes),。,H-2,抗原,（,H-2 antigens,）：,小鼠的,MHC,抗原（,MHC antigens of mouse,）。,1 The basic structure of MHC molecules,Peptide-binding region,Transmembrane,region,MHC-I,MHC- II,a,2,a3,a1,b,1,b2,b,2,m,a,1,a2,immunoglobulin-like region,Peptide-binding cleft,1- domain,2 - domain,3 - domain,N,C,MHC-I,结构,MHC-I,a,2,a3,a1,b,2,m,b,2-microglubulin,(1) Class I MHC,链：,34,kDa,链：,29,kDa,COOH,COOH,a,1,a,2,b,1,b2,NH2,NH2,(2) Class II MHC,Antigen-binding cleft of,dimeric,class II molecule in top view,2 The Detailed genomic map of,MHC genes of human,The MHC, located on chromosome 6 of humans, is now known to contain nearly 100 genes and the complete DNA sequences is sequenced.,antigens are expressed on cells and tissues,Three regions : HLA-I,HLA-II,HLA-III,antigens are represented on proteins in serum and other body fluids (,e.g.,C4, C2, factor B, TNF). Antigens of classIII gene products have,no role in graft rejection,.,Class II,Class III,Class I,chromosome,6,Class II,Class III,Class I,DP DQ DR C4B C4A B1 C2 HSP TNF B C A E F MIC G H,Genomic map of MHC genes of human,Region I of HLA genes,Class II,Class III,Class I,DP DQ DR C4B C4A B1 C2 HSP TNF,B C A,E F MIC G H,Each,major,locus codes for a polypeptide; the alpha-chain,The classI gene complex contains three major loci,B,C,and,A,and other undefined minor loci .,and associates with beta-2,microglobulin,(beta-chain) ( * 15# ).,a,2,a3,a1,b,2,m,and is expressed on the cell surface,Class I,B,C,A,E F MIC G H,B,A,X 2,Class I,B,C,A,E F MIC G H,Father,Class I,B,C,A,E F MIC G H,mother,Genotype A1, A6, B5, B7,Mother,Father,Phenotype,A1,A6,B5,B7,Class II,RING DP DM LMP2 LMP7 DQ DR,B2 A2 B1 A1 A B TAP1 TAP2 B2 A2 B3 B1 A1 B* A,The classII gene complex,至少含有,3,个基因座：,DP, DQ and DR,;,Each of these loci,编码,a,链和,b,链， 两条链组成一个,MHC-II,分子,The classII antigens are also 多态性,b,1,b2,a,1,a2,Region II of HLA genes,3 cellular distribution of MHC molecule,MHC-I,MHC-II,Peptide chain,a,b,2m,a,b,MW,（,kDa,）,44,11.5,31-34,26-29,Molecular Formula,a/b,2m,（,a/b,）,2,Extracellular,region,a 1,，,a2,，,a3,b2,m,a 1,，,a2,b1,，,b2,Peptide binding region,a 1/a2,a1 /b1,CD4/CD8,biding site,a3,b2,HLA,coding gene,A,，,B,，,C,DRA,，,DPA,，,DQA,DRB,，,DPB,，,DQB,cellular,distribution,Nearly all nucleated cells,Macrophage,DC,thymic,epithelial cell, B cell and activated cell,Table the composition and structure of MHC-I and MHC-II of human,4 The function of the MHC molecules,(1) Processing and presentation of protein antigens,MHC molecule as the receptor for antigenic peptide,TCRV,b,Antigenic peptide,MHC-II,a,T cell,APC,(2) MHC: genetics and role in transplantation,TCR,对同种异型,MHC,分子的直接识别,CTL,CTL,Th,受者,T,细胞,供者细胞,5 Processing and presentation,of protein antigens,Endogenous antigen presentation pathway,Exogenous antigen presentation pathway,二 移植,( Transplantation),E,Donnall,Thomas 1920 -,；,Joseph Murray 1919- Nobel Prize in 1990,The hereditary rule of HLA genes,1.,Haplotype,(,单,倍型,),HLA complex is a group of closely linked genes. A group of HLA genes on a single chromosome is called,haplotype,.,A1,A2,B8,B35,haplotype:A1,B8 / A2,B35,diploid,（,二倍体,）,A1,A2,B8,B35,A5,A10,B40,B16,Father,Mother,a b c d,A2,B35,A5,B40,A1,B8,A10,B16,A1,B8,A2,B35,A5,B40,A10,B16,a d b d c b c a,1 2 3 4,2. polymorphism,（,多态性,),：,多态性现象（,polymorphism),是指一,随机婚配的,群体,中，染色体,同一基因座有两种以上基因型，即可编码二种以上的产物。,HLA,复合体是迄今已知人体最复杂的基因复合体，有高度的多态性。,原因：,（,1,）,复等位基因,(multiple alleles ),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,。,HLA,复合体的每一座存在为数众多的复等位基因，由于各个座位基因是随机组合的，故人群中的,基因型,可达,10,8,之多。,A5,A10,B40,B16,A1,A2,B8,B35,甲 （,6#,）,乙 （,6#,）,A5，A10，B40，B16,I,类,II,类,A B C DRA DAB1 DRB3 DRB4 DRB5 DQA1 DQB1 DPA1 DPB1,349 627 182 3 394 41 13 18 28 61 22 116,I,类,A,B,C:,4.94,10,7,I,类、,II,类,1.97,10,21,表 部分,HLA-I,、,HLA-II,类基因的等位基因数,（,2,）,codominance,一对等位基因同为显性称为共显性,。,HLA,复合体中每一个等位基因均为共显性，从而大大增加了人群中的,HLA,表型的多样性,，达到,10,7,数量级。因此除了同卵双生者外，无关个体间,HLA,型别完全相同的可能性极小。,A2,A10,B40,B16,A1,A2,B8,B35,HLA molecule ：A1， A2， B8，B35,甲,甲,乙,乙,HLA molecule ：A2， A10， B40，B16,(,共显性表达,),将来自一个个体的细胞、组织或器官移植于另一个个体的过程称为组织或器官移植。,供者（,donor,）,：,提供移植物（,graft,transpant,）,的个体,受者（,recipient,）,：,接受移植物者,。,Transplantation,（,移植）,Organ Transplantation,Cells Transfusion,自体移植,异种移植,同种异型移植,同种同型移植,T,APC,T,APC,T,细胞识别同种异型,MHC,分子的两种方式,抗原肽,TCR,MHC,1,、,MHC,抗原在移植排斥反应中的作用,受,宿主,T,细胞识别供者,MHC,分子并被激活，从而产生针对移植物的排斥反应。,2,宿主抗移植物反应,（,Host against graft,reactin,，,HVGR,）,CTL,CTL,受者,T,细胞,供者细胞,3,移植物抗宿主反应,被移植的组织或器官中含有,免疫细胞,，,在宿主免疫功能低下的情况下,，来自供者的淋巴细胞将对宿主体内的同种异型抗原（尤其是,HLA,抗原）发生免疫应答，产生移植物抗宿反应甚至移植物抗宿主病。,常发生于骨髓移植患者，也见于肝脏移植及输血的病人。,（Graft-versus-host reaction，GVHR）,Graft versus host disease,Graft versus host disease,Acute graft-versus-host reaction with vivid,palmar,erythema,Early, chronic graft-versus-host reaction with widespread, almost confluent,hyperpigmented,lichenoid,papules and toxic epidermal necrosis-like appearance on knee,4,、同种异体移植（,ALLOGRAFT REJECTION,）,移植抗原（,Transplantation antigen,）,所谓移植抗原即组织相容性抗原，主要包括：,ABO,血型抗原,-,超急性,HLA,分子,（,A,、,B,、,C,，,DR,、,DP,、,DQ,）,-,急性,次要组织相容性抗原,-,慢性？,表,移植排斥反应的分类及特点,型别,反应时间,反应机制,超急性,术后数分钟至几小时,受者体内事先存在的,天然抗体,加急性反应,1 - 5,天,T,淋巴细胞,急性,7,15,天,T,淋巴细胞,慢性,数月至数年,抗体、补体、内皮细胞增生等,NAG,Gal,Fuc,NAG,Gal,Precursor,oligosaccharide,H antigen,Fuc,NAG,Gal,Gal,Fuc,NAG,Gal,NAG,A,B,A antigen,B antigen,Fuc,:,focuse,（,岩藻糖）,Gal:,galactose,（,半乳糖）,NAG: N-,acetylgalactosamine,（,N-,乙酰胺基半乳糖）,Blood group genotypes antigens antibodies to,(phenotype) ABO in serum,A AA, AO A anti-B,B BB, BO B anti-A,AB AB A and B none,O OO H anti-A and anti-B,Hyperacute,rejection,Endothelial cell,Blood vessel,Alloantigen (e.g. blood group antigen),Circulating,allogantigen,-specific antibody,Complement activation, endothelial damage, inflammation and thrombosis,Acute rejection,Parenchymal,cells,alloreactive,antibody,Endothelial cell,Parenchymal,cell damage, interstitial inflammation,Endothelitis,Kidney Transplantation Graft Rejection,Kidney Transplantation Graft Rejection,Kidney Transplantation Chronic Graft Rejection,（三）慢性排斥反应 （,chronic rejection,）,防止移植排斥反应的途径,诱导免疫耐受,免疫系统无时无刻不与许许多多的自身抗原发生直接的接触，免疫系统的淋巴细胞并不因此而被激活并对,自身抗原,发生免疫反应。这种现象被称作,自身免疫耐受,。,供者的选择,1,直系亲属供者,（,familial grafting,）：,减少,HLA,配伍的差异；,2,组织配型,（,tissue typing,）：,用血清学和分子生物学方法对,供者和受者进行,HLA,组织型进行鉴定，以确保他们,HLA,相似或者相同。同种肾脏移植时，,HLA-DR,配型最为重要，,HLA-B,、,A,次之。,防止移植排斥反应的途径,同胞兄妹：四分之一,非血缘：四百万分之一,万分之一,3,交叉细胞毒试验,：受者的血清与供者白细胞混合后做间接免疫荧光试验以排除受者体内有事先产生的抗供者抗体的可能性；,受者的血清,供者白细胞,荧光标记的兔（羊）抗人抗血清,间接免疫荧光试验,荧光显微镜下观察,4,天,3,H-,胸腺嘧啶,混合淋巴细胞,4,小时,计量放射性,混合淋巴细胞培养,g,-,射线,混 合 淋 巴 细 胞 反 应,PBL,PBL,4,交叉配型,（,cross-matching,）,移植物和受者预处理,1,去处移植物中的过路细胞；,2,血浆置换术去除针对血型抗原的抗体、受者脾脏切除、免疫抑制,免疫抑制药物的应用,1,糖皮质激素、环孢素,A,（,cyclosporin,A,，,CsA,）、,环磷酰胺（,cyclophosphamide,，,CP,）、,FK506,和细胞毒性药物等免疫抑制药,。,2,生物制剂：,ALG,、,ATG,、抗,CD3,、抗,CD4,、抗,CD8,、抗,TCR,等。,三、异种移植,HAR,是异种移植的首要障碍，是人体内一些,天然抗体,（,natural antibody,）,所介导的。,这些天然抗体识别猪组织细胞表面的异种抗原（,xenoantigen,），,尤其是表达于,血管内皮细胞表面,的,半乳糖成分,a-1,3-,半乳糖苷,(Gala-1,3Gal),。,天然抗体与血管内皮细胞结合后,激活补体,，手术后几分钟至数小时之内就可导致移植器官血管栓塞、坏死。,异种移植过程中的,超急排斥反应,（,HAR,）,Natural antibodies,bind specifically vascular endothelial cells, which activates the,complement, resulting in an intense,infiltration,of,neutrophils,into the graft tissue. The ensuing inflammatory reaction causes massive,blood clots,within the capillaries, and,graft necrosis.,3.,Neutrophil,lytic,enzymes destroy endothelial cells; platelets adhere to injured tissue, causing vascular blockage.,platelets,手术后几分钟至数小时之内就可导致移植器官血管栓塞、坏死。,天然抗体,人,激活补体,人,半乳糖成分,a-1,3-,半乳糖苷,(Gala-1,3Gal) ,猪,血管内皮细胞,抑制,HAR,的可能途径,用含有蔗糖转移酶的缓冲液术前对器官进行灌流，对,Gala-1,3Gal,加以修饰,使其在结构上与,人,的糖基十分类似，不再被人天然抗体所识别；,在术前用带有,Gala-1,3Gal,糖基的微球柱,吸附清除,宿主血清中的天然抗体,;,*,抑制,补体,在被移植组织细胞表面的活化；,*,将猪的,a-1,3,半乳糖苷转移酶,基因敲除,；,NH2,CL,CL,CL,CL,NH2,CL,CL,CL,CL,补 体 抑 制 因 子,CD55,CD46,胞浆区,胞膜,GPI,锚固,CD46,和,CD55,CD55,（,DAF,：,Decay Accelerating Factor,，,补体衰变加速因子）是经,GPI,锚固于胞膜表面的,75,kDa,糖蛋白，能够与,C3b,结合并且降解,C3/C5,转化酶。,CD46,是一个分子量为,56-66,kDa,的共二聚体膜蛋白，与,CD55,、,CR1,和,CR2,等具有同源性。能够与,C3b,和,C4b,结合并使之被,I,因子降解。,Regulation of Complement Activation,(Terminal pathway),C5b-8,C9,CD59,Inhibition of C9 binding,由于补体调节机制具有,同源限制性,（,homologous restriction,），,猪组织细胞表面的补体调节和补体抑制因子难以对人体内的补体发挥作用。,表达人膜型补体抑制因子,（,CD46,、,CD55,和,CD59,等）的,转基因猪,。,表达于猪组织细胞表面的,人,补体调节蛋白,能够有效地抑制人补体的活化，从而阻断,HAR,的发生。,受精卵,DNA,敲除,a-1,3,半乳糖苷转移酶基因,表达人,CD46,、,CD55,和,CD59,等* *,“基因工程猪”的制备,移植技术取得突破 数千病人等着换猪器官,(,图,),曾经因培育出世界第一头,克隆,羊“多利”而闻名的英国苏格兰罗斯林研究中心又爆出新闻：该中心的子公司,PPL,医疗公司培育出了,5,只转基因小猪,，它们的一个能引发人体排斥的基因被,关闭,，从而使异种器官移植技术向前迈出重大的一步。,2000,年,3,月,PPL,公司宣布成功培育只克隆猪,1,敲除,a-1,3,半乳糖苷转移酶基因,基因敲除,( knock out ),半乳糖苷转移酶基因,mutation,transfection,Homo-recombination,半乳糖苷转移酶基因,缺陷细胞株,screening,胚胎干细胞（,Embryonic stem cells,ES,）,表达人,CD46,、,CD55,和,CD59,转,基因动物,半乳糖苷转移酶基因,缺陷细胞株,*,Engineering animals,Transgenic pig,CD46,(CD55,CD59),ovum,Transgenic pig (animals),半乳糖苷转移酶基因,人,CD46,、,CD55,和,CD59,基因,+,Transgenic pig (animals),四 胚胎工程,体外,自体,胚胎定向诱导干细胞,干细胞的基本概念,1,、定义,：具有自我复制的能力，在一定条件下能够分化成各种功能细胞。,2,、分类：,（,1,）全能干细胞,（,totipotent,）,：,包括：胚胎干细胞（,embryonic stem cells, ES,细胞）,生殖干细胞（,embryonic germ cells, EG,细胞）,具有全能性，能够分化成全身,200,多种细胞类型，,进一步形成机体的任何组织和器官。,（,2,）多能干细胞,（,pluripotent,）,：,具有分化成多种细胞和组织的潜能，但却失去了发,育成完整个体的能力。,（,3,）专能干细胞,：只能向一种或密切相关的两种类型的细胞分化。,胚胎干细胞（,embryonic stem cells, ES,细胞）,Hematopoietic,Stem Cell,Hematopoietic,and,Stromal,stem cell differentiation,For more than 30 years, bone marrow stem cells have been used to treat cancer patients with conditions like leukemia and lymphoma. During chemotherapy, most of the leukemia cells are killed as are the bone marrow stem cells needed as a patient recovers. However, if stem cells are removed before chemotherapy, and then re-injected after treatment is completed, the stem cells in the bone marrow are able to produce large amounts of red and white blood cells, to keep the body healthy and to help fight infections.,胚胎工程,体外,自体,胚胎定向诱导干细胞,患有糖尿病、进行性老年性痴呆、严重的心力衰竭或其他疾病，如果从他身上任何部位取下一些,体细胞,，通过,核移植技术,，将其体细胞的细胞核显微注射至,去核的人卵细胞,中，这种包含与病人,完全相同的遗传物质,的杂合卵细胞在,体外培养,发育成,囊胚,，从获得的囊胚中分离并扩增所谓的“,人胚胎干细胞,”,(ES),，,并,体外诱导,它们,分化,成胰岛细胞、神经元、心肌细胞等，将这些细胞移植至发病部位，则能够修复病人的组织或器官。,由于移植细胞与病人的,基因完全相同,，不会产生通常器官移植中的,免疫排斥反应,，修复的组织或器官将良好地履行职责，无需使用,免疫抑制剂,。,Somatic cells,Exsuction,of chromosome,ovum,Nucleolus Transplant Technique,Injection of the DNA to the ovum,The cell grows, proliferates , divide, and forms the gastrula,Exsuction,of chromosome,体外成熟卵子,科学家首次利用克隆技术获得人类胚胎干细胞,科学家首次利用克隆技术获得人类胚胎干细胞，这是显微镜下未分化的人类胚胎干细胞。,(2). Derivation of Human,Pluripotent,Stem Cells,Establishment and derivation of human embryonic stem cell line,The success of the,spermatogonial,stem cell culture is demonstrated by the GFP marker gene, which causes the mouse to glow green under ultraviolet light.,1,天,3,天,4,天,5,天,6,天,7-9,天,囊胚,2,天,7-9,天,囊胚,打开,取出内细胞团,建立胚胎干细胞系,定向分化,受精卵（桑実胚）,造血干细胞的分化途径,建立胚胎干细胞系,定向分化,各种干细胞,(,血细胞,骨细胞,),定向分化,克隆组织和器官,胚胎干细胞在体外具有,无限增殖能力,，可以发育为成体的各种组织细胞，因此，以胚胎干细胞作为,“种子”细胞,，将其在体外大量扩增并,诱导分化,为特定的组织细胞，如造血细胞、神经细胞、心肌细胞、肝细胞、胰岛素分泌细胞等，或,直接发育,为某种组织,器官,，可以广泛用于器官移植、组织工程、细胞替代和基因治疗。,Stem Cell Transplant Using a Patients Own Cells,日本物理化學研究所近日宣佈，該所研究人員在世界上首次用,猴胚胎幹細胞,生成屬於,末稍神經,的知覺神經和自律神經獲得成功，這一最新成果大大拓寬了,再生醫療,的前景。,把在猴子胎兒期對形成腦內神經組織起作用的蛋白質和猴胚胎幹細胞放在一起培養，結果有的胚胎幹細胞分化成知覺神經，把蛋白質濃度提高到至倍後，胚胎幹細胞又分化成自律神經。,將對神經形成起作用的蛋白質“”和猴胚胎幹細胞放在一起培養，結果的幹細胞分化成了屬於中樞神經的運動神經，蛋白質濃度提高倍後，又分化出組成神經網路的細胞。,醫學界普遍認為，,神經細胞移植,可治療因缺少多巴胺引起的,帕金森氏症,，如果能利用這一新成果造出特定神經細胞的話，可用於治療,肌萎縮性側索硬化症,等中樞與末稍神經疾病。,