第21章MHC与HLA检测及应用doc-《医学免疫学》教案首页.pdf

1 安徽理工大学医学院安徽理工大学医学院 S c h o o l o f M e d i c i n e 医学免疫学教案首页 第 次课 授课时间 年 月 日 教案完成时间 年 月 日 课程名称 年 级 级 专业、层次 医学检验本科 教 师 张荣波 专业技术 职 务 教授 授课方式（大、小）大班 学时 2 学时 授课题目（章、节）第第 21 章章 MHC 与与 HLA 检测及应用检测及应用 基本教材或主要参考书 医学免疫学（第 4 版）陈慰峰 教学目的和要求：教学目的和要求：1、掌握：、掌握：MHC 的概念、功能 2、熟悉：、熟悉：HLA 的基因结构、HLA 抗原的结构与分布特点及 MHC 限制性 3、了解：、了解：HLA 与抗原肽的结合特点、HLA 复合体遗传特征 大体内容与时间安排，教学方法：大体内容与时间安排，教学方法：课堂讲授 辅以启发式提问，配以多媒体投影 1、MHC 结构及其多基因特性。（1 学时）2、MHC 的多态性。（0.5 学时）3、MHC 分子和抗原肽的相互作用。（0.5 学时）教学重点、难点：教学重点、难点：重点：MHC 的概念、功能 难点：HLA 的基因结构、HLA 抗原的结构与分布特点及 MHC 限制性 教研室审阅意见：_（教学组长签名）_（教研室主任签名）2004 年 月 日 2 （教案续页）（教案续页）基 本 内 容 辅助手段和时间 分 配 20 世纪中叶证实，机体参与排斥反应的抗原系统多达 20 个以上,其中凡能引起强而迅速排斥反应的抗原被称为主要(major)组织相容性抗原,引起较弱排斥反应的抗原被称为次要（minor）组织相容性抗原,它们都是体细胞的基因产物。主要组织相容性抗原包括多个系列,组成复杂的抗原系统。编码这一系统的基因位于同一染色体片段上,是一组紧密连锁的基因群,称为主要组织相容性复合体(major histocompatibility complex,MHC)。在不同种属的哺乳类动物中,MHC 编码的抗原系统有不同的命名,但它们的组成、结构、分布和功能等相似。免疫学现代理论认为，MHC 分子的免疫生物学意义在于：一方面，MHC 分子直接参与 APC 对抗原的处理和加工；另一方面，在 TCR 特异性识别 APC 所提呈的抗原肽过程中，必须同时识别与抗原肽结合成复合物的MHC 分子，才能够产生 T 细胞激活的信号。因此，MHC 编码产物的主要生物学功能是参与抗原提呈和 T 细胞激活，从而在免疫应答的启动和免疫调节中发挥重要作用。实验发现：在同系小鼠间进行皮肤组织移植，不排斥，即组织相容；在不同近交系小鼠间进行皮肤组织移植，则发生排斥。用同类系小鼠（两个品系之间仅有一个或一群基因不同）的实验证实，第 17 号染色体编码小鼠血型抗原的基因与移植排斥有关，该基因命名为组织相容性-2（histocompatibility-2，H-2）。小鼠的 MHC 称为 H-2 复合体。第一节 MHC 的结构及其多基因特性 人类主要组织相容性抗原分布在人体所有有核细胞表面。由于该抗原首先在白细胞表面被发现,并且白细胞是进行此类抗原研究的最适宜材料来源,故人类主要组织相容性抗原称为人白细胞抗原(human leucocyte antigen,HLA)。编码 HLA 的基因群被称为 HLA 复合体，即人类的 MHC。HLA 复合体位于人第 6 号染色体短臂,占人体整个基因组的 1/3000。一、经典的 MHC I 类和 II 类基因 所谓经典HLA基因乃指其编码产物直接参与抗原提呈并决定个体组织相容性，本章除特别注明外，一般所指即为经典 HLA。（1）经典 HLA-I 类基因：I 类基因区含数十个 I 类基因座位,其中HLA-A、-B、-C 为经典的 HLA-I 类基因，又称为 HLA-Ia 基因。（2）经典 HLA-II 类基因：类基因区也含数十个基因座位，其中HLA-DR、-DP 和-DQ 为经典的 HLA-II 类基因。某些 HLA-II 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。二、HLA 分子 HLA-类分子的结构：HLA-类分子是由由链和2m 组成经非共价键连接成的异二聚体。分为多肽结合区、免疫球蛋白样区、跨膜区和胞内区：3 （教案续页）（教案续页）基 本 内 容 辅助手段和时间分配 4 肽结合区（1、2 区）：容纳 8-10aa 组成的短肽，具有多态性，是 T 细胞识别部位 免疫球蛋白样区（3）：与 Tc 细胞表面 CD8 分子结合 2m：增强 I 类抗原的表达和稳定性 跨膜区：锚定 HLA-类分子 胞内区：参与跨膜信号的传递 HLA-类分子的结构：HLA-类分子是由链、链以非共价键连接的异二聚体。分为 肽结合区（1、1 区）：容纳 10-15aa 组成的短肽，具有多态性 免疫球蛋白样区（2 区）：与 Th 细胞表面 CD4 分子结合 跨膜区及胞内区 三、免疫功能相关基因 此类基因包括 3 类,其产物均参与免疫应答和非特异性免疫调节。（1）血清补体成分编码基因：由编码 C2、C4A、C4B、Bf（B factor）4 种补体成分的基因座位组成，它们均位于 HLA-III 类基因区。此类基因产物不参与抗原提呈,亦非膜结合分子。图 7-3 HLA-类基因区结构示意图 （2）抗原加工提呈相关基因：包括位于 HLA-类基因区的 3 组基因。1)抗原肽加工相关转运体(transporter associated with antigen processing,TAP)或抗原肽转运肽(transporter of antigen peptide)基因：包括 TAP1 和TAP2 两个基因座位，其产物参与内源性抗原肽向内质网腔的转运。2)巨大多功能蛋白酶体(large multifunctional proteasome)或低分子量多肽(low molecular weight polypeptide,LMP)基因：包括 LMP2/LMP7 两个基因座位，其产物存在于胞质溶胶中，参与对内源性抗原的酶解。此外，存在于 HLA-II 类基因区的 HLA-DM 基因（包括 DMA 和 DMB基因）、HLA-DO 基因（包括 DOA 和 DOB）、TAP 相关蛋白基因等也属于此类基因。（3）非经典 I 类基因：I 类基因区的 HLA-E、F、G、X 等被称为非经典 HLA-I类基因，或 HLA-Ib 基因。其功能尚未完全清楚。（4）炎症相关基因：此类基因均位于 HLA-III 类基因区内接近 I 类基因区的一侧，包括肿瘤坏死因子(TNF)基因家族（TNF-、TNF-）和热休克蛋白(heat shock protein,HSP)基因家族。前者属于细胞因子，后者在进化上高度保守，其产物参与炎症和应激反应，并在内源性抗原的加工提呈中发挥作用。第二节 MHC 的多态性 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。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。换言之，多态性从群体中各基因座位等位基因（及其产物）的数量构成上，反映 HLA 复合体的高度多样性。（教案续页）（教案续页）基 本 内 容 辅助手段和时间分配 5 HLA 复合体的多态性现象主要由于复等位基因所致(multiple allele)。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,同一座位所可能出现的基因系列称为复等位基因。HLA 复合体的每一座位均存在为数众多的复等位基因，例如：HLA-A 座位有 151 个复等位基因；HLA-B 有 301 个；HLA-C 有 83 个；HLA-DRA1 有 2 个；HLA-DRB1有 227 个；HLA-DQA1 有 20 个；HLA-DQB1 有 43 个；HLA-DPA1 有 18个；HLA-DPB1 有 87 个。即使仅以 HLA-I 和 II 类 12 个主要的功能基因计算，在随机组合的情况下人群中可能出现 10810个 HLA 基因型。另外，HLA 复合体中每一对等位基因均为共显性(codominance)，即在杂合子状态下，同源染色体上的等位基因均表达出相应的产物，从而进一步增加了人群中 HLA 表型的多态性。目前，A 座位可检出的抗原特异性为27 个、B 座位为 59 个、C 座位为 10 个、DR 为 24 个、DQ 为 9 个、DP 为6 个。一般认为，HLA 多态性的形成涉及基因突变、基因重组、基因转换等机制导致的变异，继而通过自然选择，将不断产生的大量变异以等位基因的形式保留下来。换言之，若某一新出现的 HLA 等位基因产物有助于提呈特定抗原肽，且其介导的效应有利于个体存活，则携带该等位基因的个体将有较多机会将其传递给后代，从而使新等位基因在群体中得以积累，形成 HLA 多态性库的组成成分之一。HLA 的高度多态性和多基因性共同决定了 HLA 遗传背景的高度多样性，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）抗原肽提呈和产生应答的范围。这可能是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。但另一方面，HLA 高度多态性也给临床上选择组织型别合适的移植物供者造成很大困难。HLA 复合体的遗传特点：1）单元型遗传 2）共显性遗传+复等位基因高度多态性 3）连锁不平衡 第三节 MHC 分子和抗原肽的相互作用 MHC基因及其产物的极端多样性，造成不同MHC分子结构上的差异，这些差异主要集中于MHC分子的肽结合槽，从而决定了特定型别的MHC分子和抗原肽的结合具有一定的选择性。MHC分子高亲和力与抗原肽结合成为复合物，这是保证MHC分子有效提呈抗原的重要前提。MHCI分子的肽槽由MHC-Ia链的 a1和 a2结构域组成，而MHCII分子的肽槽由MHC-IIa 链的 a1和MHC-IIb 链的 b1结构域组成。前者的两端处于封闭状，而后者的两端则较为开放。MHC-I分子只能接纳9肽，而MHC-II分子则能接纳较长的肽段。MHC分子-抗原肽复合物的特征 1）MHC分子抗原结合凹槽与抗原肽结合的特点 与MHC结合成复合物的抗原肽往往带有两个或两个以上的关键氨基酸（锚着残基，anchor residue)专司和MHC分子肽结合槽中的多肽结合基序相结合，二者具有一定的特异性。（教案续页）（教案续页）基 本 内 容 辅助手段和时间分配 6 2）MHC分子提呈抗原肽的相对选择性 3）MHC 分子对抗原肽识别和递呈的包容性 MHC 分子对抗原肽的识别并非严格的专一性，而是一种 MHC 分子可识别并结合带有特定共同基序的一群肽段，由此显示二者相互作用中的包容性。第四节 HLA 与临床医学 1、HLA 与疾病的关系 2、HLA 与器官移植的关系 3、HLA 与输血反应的关系 4、HLA 与母胎关系 5、HLA 在法医学上的应用 （教案末页）（教案末页）7 小小 结结 掌握概念：MHC、HLA、MHC 限制性、MHC 多态性、连锁不平衡 掌握经典 HLA-类、类基因定位和分区 掌握经典 HLA-类、HLA-类分子 结构、分布、功能特点 熟悉 HLA 与临床的关系、MHC 分子生物学功能 了解 MHC 分子和抗原肽结合的特点 复习思考题，复习思考题，作作 业业 题题 情况反映及情况反映及分分 析析 1 授课内容熟练，条例清楚，重点突出。2 授课时结合典型病例，吸引学生们得注意力，提高学生的兴趣，加深印象。3 按时完成教学任务，收到学生好评。4 多媒体教学以其新颖、直观、内容丰富及灵活的特点深受学生欢迎，教学效果良好。5 课堂手法演示很重要，为学生在课后的互练中打下良好基础。6 由于课堂时间较短，因此教学中务必做到重点突出，层次分明，讲解生动明了。