免疫学11-主要组织相容性复合体.ppt

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,抗原,免疫系统 抗原肽MHC/分子复合物,免疫应答 CD4,+,/CD8,+,T细胞,（细胞免疫、体液免疫）,抗原性异物排除,MHC分子为T细胞分化发育所必需,MHC分子为免疫应答的启动和调节所必需,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。,各种哺乳动物都拥有主要组织相容性复合体（major histocompatibility complex,MHC)，,人的MHC统称为HLA,。,MHC在启动特异性免疫应答中起重要作用。,移植物的排斥反应,概 述,一、组织相容性抗原,(histocompatibility antigen),通过移植鉴定与组织相容性有关的抗原。,二、主要组织相容性抗原系统,(MHS),能引起较强移植排斥反应的抗原。,三、主要组织相容性复合体(MHC),编码主要组织相容性抗原的具有高度多样性的基因群。,四、人类白细胞抗原(human leukocyte antigen,HLA),人类主要组织相容性抗原系统。编码该抗原,的基因也称HLA。,第一节 MHC的基因组成及特点,一、小鼠MHC H-2复合,（一）定位,定位于第,17,号染色体短臂,（二）构成,K、I、S、L、D,等基因,（三）根据编码分子不同分成三类,1.类基因,K、D、L位点-编码类分子的链,2.类基因,3.类基因,S区（I区与D区之间）-,编码C4、C2、B因子及TNF等,Ir,基因（免疫应答基因，,immune response,gene,）,Ia,抗原（,I,区相关抗原，,I region associated,antigen,）：,Ir,基因编码产物,I位点,I-A亚区编码类分子A和A链,I-E亚区编码类分子E和E链,二、人类MHCHLA复合体,定位于第6号染色体短臂（6p21,3）,（一）HLA复合体的结构,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,2.免疫功能相关基因,血清补体成分编码基因：编码,C2,、,C4A,、,C4B,、,Bf,，位于,HLA,类基因,抗原加工提呈相关基因：,位于,HLA,类基因区域,非经典,类基因：,位于经典,HLA I,类基因,炎症相关基因：,位于,HLA,类基因区内,3.,免疫无关基因,HLA结构特点：,1.免疫功能相关基因最集中、最多的一个,区域，128基因中39.8基因产物均具,有免疫功能；,2.基因密度最高的一个区域，平均每1.6kb,就有一个基因；,3.多态性最丰富的一个区域；,4.与疾病关联最为密切的一个区域。,（二）HLA复合体的遗传特征,1.多基因性:,指MHC是由一组位置相邻(或紧密连锁)的基因座位(locus)组成,2.单元型遗传:,连锁在,同一条染色体上 HLA不同基因座位 等位基因的 特定组合,3.多态性现象:,群体中同一基因座位上存在,两个以上等位基因,4.连锁不平衡:,两个或两个以上基因座位上的某些等位基因 同时出现于同一染色体上的几率高于随机出现的频率，此现象称为连锁不平衡,A24,B12,DRB6,DQ3,allele,A24,24 A,2,A2,B12,12 B,32,B32,DRB6,6 DRB,DQ3,3 DQ,8,DQ8,16,DRB16,phenotype,(表型),a b,北欧白人具特征性的单元型:A1-B8,汉族人特征性的单元型：,A2-B46-Cw3-DR9-DQ9-Dw23（南方人）,A33-B17-Cw2-DR3-DQ2-Dw3(北方人),（1）复等位基因（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，不同群体中位于同一位点的不同特异基因系列称为复等位基因。HLA复合体的每一座位存在为数众多的复等位基因，而且各个座位基因是随机组合的，故人群中的,基因型,可达10,8,10,10,之多。,A5,A10,B40,B16,A1,A2,B8,B35,甲（6#）,乙（6#）,（二）HLA复合体的遗传特征,MHC,类基因,MHC,类基因,类别,家族,基因座,复等位基因,编码产物,第,I,区,Ia,类,Ib,类,A,B,C,E,G,A*0101-A*8001（已发现59个复等位基因）,B*0702-B*8201（已发现118个复等位基因）,C*0102-C*1702（已发现36个复等位基因）,E*0101-E*0104 （共4个复等位基因）,G*0101-G*0104 （共4个复等位基因）,HLA-A,a 链,HLA-B,a 链,HLA-C,a 链,HLA-E,a 链,HLA-G,a 链,第,II,区,DR,DP,DQ,DM,DRA,DRB1,DRB3,DRB4,DRB5,DPA1,DPB1,DQA1,DQB1,DMA,DMB,A1 （无多态性）,B1*0101 B1*1605（已发现160余个复等位基因）,B3*0101 B1*0301（已发现7个复等位基因）,B4*0101 B1*01011（已发现5个复等位基因）,B5*0101 B1*0203（已发现5个复等位基因）,A1*0103 A1*0401（已发现6个复等位基因）,B1*0101 B1*6501（已发现73个复等位基因）,A1*0101 A1*0601（已发现19个复等位基因）,B1*0201 B1*0611（已发现30个复等位基因）,（无多态性）,（无多态性）,HLA DR,a 链,HLA DR,b 链,HLA DR,b 链,HLA DR,b 链,HLA DR,b 链,HLA DP,a 链,HLA DP,b 链,HLADQ,a 链,HLA DQ,b 链,HLADM,a 链,HLADM,b 链,HLA基因的分类、命名及编码产物,（,2）,连锁不平衡,HLA复合体等位基因在人群中有各自的基因频率。,由于HLA复合体各座位的等位基因紧密连锁，使得,某些等位基因经常（或很少）连锁在一起,，从而出现连锁不平衡。,假设两个基因座的两个等位基因，其频率分别是,p1,和,p2,，若它们之间的重组是随机的，其联合的频率，即单元型频率,h,是,p1Xp2,，这样的结果即为,连锁平衡,。,如果h与预期的随机重组值不一致，说明两个基因座存在,连锁不平衡,HLA不同基因座位的各等位基因在人群中以一定的频率出现。如HLA-DRB1 0901和DQB1 0701在北方汉人中出现的频率分别是15.6%和21.9%，按随机分配的规律，这两个等位基因同时出现在一条染色体上的几率应是两个频率的乘积3.4%然而实际上两者同时出现的频率是11.3%为理论的3.3倍，此现象称为连锁不平衡。处于连锁不平衡状态的等位基因往往经常连在一起组成一个单元型。,连锁不平衡现象,连锁不平衡现象,（3）单元型,单元型(haplotype)是指紧密连锁在同一条染色体上的HLA诸位点上等位基因的组合。由分别来源于父和母的两个同源单元型构成。,通常作为一个完整的遗传单位由亲代传给子代。HLA这一遗传特点在器官移植供者的选择具有重要意义。,A1,A2,B8,B35,A2,A10,B40,B16,父亲,母亲,a b c d,A2,B35,A2,B40,A1,B8,A2,B40,A1,B8,A2,B35,A10,B16,A10,B16,a d b d c b c a,1 2 3 4,单元型遗传,(a)Illustration of inheritance of MHC haplotypes in inbred mouse strains.The letters,b/b,designate a mouse homozygous for the H-,2,b,MHC haplotype,k/k,homozygous for the H-,2,k,haplotype,and,b/k,a,heterozygote.Because the MHC loci are closely linked and inherited as a set,the MHC haplotype of F,1,progeny from the mating of two,different inbred strains can be predicted easily.,(b)Acceptance or rejection of skin grafts is controlled by the MHC type,of the inbred mice.The progeny of the cross between two inbred strains,with different MHC haplotypes(H-,2,b,and H-,2,k,)will express both,haplotypes(H-,2,b/k,)and will accept grafts from either parent and from,one another.Neither parent strain will accept grafts from the offspring.,粗略估计，人群中的单元型数目超过5,10,8,，,而由两个单元型所决定的表型更是不计其数人类细胞内的两个同源染色体分别来自父母，,故比较两个同胞间单元型型别，存在三种可,能性：两个单元型均相同，几率为25%；两,个单元型均不同，几率为25%；有一个单元,型相同几率为50%。此遗传规律在器官移植,供者的选择及法医亲子鉴定中得到应用。,HLA 家系遗传示意图,a c a d b c b d,完全配合,（25%）,部分配,合(50%),完全不配合,（25%）,a b c d,父,母,HLA多态性形成的原因主要有：,HLA基因结构变异,复等位基因,共显性表达,HLA共显性表达,MHC多态性意义,1、赋予种群适应多变的环境条件；,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；,4、增加了寻找合适同种器官移植供者的难度。,1、赋予种群适应多变的环境条件,MHC多态性是长期自然选择的结果，使种群具有极大的基因储备，造就了对特定抗原如病原体应答能力不同的个体，保证在群体水平能应付多变的环境条件及各种病原体的侵袭，从而有利于种群的生存和延续。,2、实现对机体免疫应答的遗传控制,MHC基因多态性使其编码产物分子结构（主要是抗原结合槽）各异，从而决定其与特定抗原结合的选择及亲和力。,3、使MHC成为个体的终身遗传标志,由于MHC的高度多态性，无亲缘关系的个体间出现MHC型别全相同者的几率极低，故MHC型别可视为个体的终身标志。这一特征被用于疾病研究和法医学的个体识别。,4、增加了寻找合适同种器官移植供者难度,由于MHC基因型和表型均具有极为复杂的多态性，故在无血缘关系的人群中一般难以找到MHC型别完全相同的个体，从而极大的增加了临床上寻找合适器官供者的难度。为此，目前国内外均着手建立造血干细胞捐献者资料库，以有助于在人群中筛选出MHC全相同的无关供者。,第二节 MHC分子结构与功能,一、类和类 基因的表达产物HLA分子,HLA-,类分子由重链（,链）和,2m 组成，分布于所有,有核细胞,(含血小板和网织红细胞)表面。,膜结合：不同的组织细胞表达类分子量不同，如：淋巴细胞(最多)，肾、肝脏及心脏(其次)，神经组织(很少)。,可溶性：存在于血清、初乳和尿液等体液中。,HLA-,类分子,由,链和,链 组成，即仅,分布于,淋巴样组织中的各种细胞表面,，如抗原提呈细胞,（APC）,-B细胞、单核/巨噬细胞、树突状细 胞；以及激活的T细胞，精子和血管内皮细胞、胸腺上皮细胞等。,HLA,-I,与,分子的组成、结构与分布,MHC-I,MHC-II,肽链,a,b,2m,a,b,分子量,（,kDa,）,44,11.5,31-34,26-29,分子式,a/b,2m,（,a/b,）,2,胞外区结构域,a 1,、,a2,、,a3,b2,m,a 1,、,a2,b1,、,b2,肽结合单位,a 1/a2,a1/b1,CD4/CD8,结合部位,a3,b2,HLA,编码基因座,A,、,B,、,C,DRA,、,DPA,、,DQA,DRB,、,DPB,、,DQB,组织分布,所有有核细胞,巨噬细胞、树突细胞、胸腺上皮细,胞、,B,细胞和活化,T,T细胞,HLA-,分子结构,HLA-,I,类分子,HLA-,II,类分子,肽结合区,1+2 1+1,（多态区）封闭槽 开放槽,（容纳,8-10AA,）（,容纳,13-17AA,）,Ig,样区,3+2m 2+2,组织分布,有核,C,（,淋巴,C,）,B,、,M,、,DC,等,APC,（,细胞膜）除神经,C,、,腺上皮,C,、,活化,T,滋养层,C,外 血管内皮,C,、,功能,识别内源性抗原肽 识别外源性抗原肽,（辅助受体）,CD8,-3,CD4,-2,限制,CTL,的识别*限制,TH,的识别*,HLA,-I,结构：,二条多肽链(非共价键连接的糖蛋白,Ig超家族成员)：,链（重链）：,340个氨基酸残基，分子量44kDa，MHC-类基因编码，具有高度多态性。,胞外区-,1、,2功能区，抗原结合部位；,3功能区，CD8分子结合部位；,跨膜区,胞内区,2-微球蛋白（,2m）：,分子量12kDa，由15号染色体基因编码。,3、,2m为Ig超家族结构域,小鼠2微球蛋白基因在2号染色体,MHC类分子及其编码基因的结构,L:前导序列,Tm：跨膜序列,C：胞浆序列,生物学功能：,（1）参与内源性抗原的递呈（诱导对病毒感染细胞和肿瘤细胞的杀伤和溶解）；,（2）作为CD8,+,T细胞的识别分子；,（3）参与胸腺内T 细胞的分化、发育；,（4）参与NK 细胞的活化或抑制；,（5）诱导同种移植排斥反应。,HLA-类分子,结构：,两条异质多肽链(非共价键连接的糖蛋白，Ig超家族成员)：,链：,1和,2功能区,链：,1和,2功能区,1和,1-抗原肽结合部位，决定类分子的多态性；,2-CD4分子结合部位。,2、,2 为Ig超家族结构域,MHC,类分子及其编码基因的结构,L:前导序列,Tm：跨膜序列,C：胞浆序列,生物学功能：,（1）参与外源性抗原的递呈；,（2）作为CD4,+,T细胞的识别分子；,（3）参与胸腺内T 细胞的分化、发育4）参与免疫应答调节,（5）诱导同种移植排斥反应。,二、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,属经典的HLA III类基因：,S区（I区与D区之间）-编码C4B、C4A、C2、B因子,三、抗原加工提呈相关基因,位于类基因区,1.低分子量多肽,（low molecular weight peptide,LMP）,或,巨大多功能蛋白酶体（,l,arge,m,ultifunctional,p,roteasome）,基因：编码蛋白酶LMP2和LMP7，是,免疫蛋白酶体,的组成成分，参与内源性抗原的加工,2.抗原加工相关转运体,（transporter associated with antigen processing,TAP),基因：TAP参与对内源性抗原肽的转运，使其从胞质溶胶进入内质网腔，并与,MHC,I,类分子结合。,3.,HLADM,基因：,HLA-DMA/DMB-正调作用,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。,基因产物参与对外源性抗原的加工提呈，帮助溶酶体中的抗原片段进入MHC,类分子的抗原结合槽。,4.,HLADO,基因：,HLA-DOA/DOB-负调作用,其产物分别为DO分子的和链，参与对DM功能的负调节。,DO分子是,DM分子的负向调节蛋白。,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），参与内源性抗原的加工和提呈，主要对HLA类分子在内质网中的装配起关键作用。,四、非经典,I类基因,非经典,I类基因：,（non-classical classgene）又称HLAb基因，,即b型,I类基因，,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,(HLA-C、-A座位之间),编码HLA-E分子,（结构与经典I类分子相似）,。,已正式命名6个等位基因其产物抑制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。,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）,2.HLA G,(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）,。,已正式命名15个等位基因。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。,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,）。,五、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。,2.转录调节基因或类转录因子基因家族,3.MHC,I类相关基因（MIC）家族,4.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。,六、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。,第三节 抗原肽-MHC分子的相互作用,抗原肽的锚定残基,(anchor residue),在抗原肽,-MHC,复合物中,抗原肽的两个或两个以上专司与,MHC,分子结合的氨基酸残基,称为锚定残基,;MHC,分子抗原结合糟中与抗原肽锚定残基相对应的氨基酸残基称为锚定位,MHC,的包容性,(flexibility),特定,MHC,分子可提呈或识别带有特定共同基序的一群抗原肽,抗原肽(810aa),锚定残基,抗原肽(1317aa),锚定残基,锚定位,锚定位,小袋与相应的锚定残基侧链互补结合，将抗原肽锚定在,/,类分子的肽结合槽内，部分非锚定残基可向上拱起，其侧链供,T,细胞识别。,H-2K,d,H-2K,b,Y:酪氨酸 I:异亮氨酸 V:缬氨酸 L:亮氨酸 F:苯丙氨酸,F:苯丙氨酸,以上表明:与同一MHC分子结合的不同抗原肽,其锚定残基往往相同或相似(均显示一个特征性的共同基序),共同基序,xY*xxxxxV/I*,xxxxY/F*xxL,*,一、,抗原肽与,MHC,分子相互作用的,特点与意义,（1）,MHC分子提呈抗原肽的,相对选择性,特定型别的,MHC,分子和抗原肽的结合具有一定的选择性，不同个体（不同,MHC,等位基因）对同一抗原的应答在强度上有差异。,小袋可选择性结合抗原肽（锚定残基）,。,这种选择性可导致,不同个体对同一抗原出现免疫应答强弱的差异。,（2）,MHC分子对抗原肽识别和提呈的,包容性,一种,MHC,分子可识别并结合带有特定共同基序的一群肽段，由此显示两者相互作用的,包容性,。,不同,MHC,分子接纳的抗原肽也可以拥有相同的共同基序,这种,包容性,可导致,某一个体对不同抗原均出现免疫应答。,（3）,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。,第三节 HLA分型,（一）分型方法,1.血清学,2.细胞学,3.分子生物学,血清学,细胞学,分子生物学,实验方法,补体介导的微量细胞毒试验,混合淋巴细胞培养法（MLC),分子生物学技术,原理,抗体(HLA分型)+淋巴细胞(受者)+补体,淋巴细胞受损,判定结果（细胞死亡百分率）,单向法,双向法,比较供、受者编码HLA抗原基因的 DNA序列，判定供、受者间的相似程度。,主要应用,检测HLA-A、B、C抗原,检测DR抗原,（二）HLA分型法原,理及应用,一、MHC与免疫应答及T细胞的分化,（一）参与抗原提呈与MHC限制性,MHC限制性（MHC restriction）,：TCR对抗原肽和与其形成复合物的MHC分子进行双重识别。即在识别APC或靶细胞表面抗原肽的同时，还需识别与抗原肽结合成复合物的自身MHC分子。,（二）参与对免疫应答的遗传控制,免疫应答基因,（Ir）：HLA类基因区,（三）参与免疫细胞分化,1.MHC抗原参与早期T细胞在胸腺的分化,2.建立T细胞对自身抗原的中枢性耐受,第四节,HLA在,医学上的意义,2,受MHC-类分子限制,受MHC-类分子限制,CD4,+,T细胞,APC,靶细胞,MHC分子参与,T,细胞限制性识别,A.CD8,+,T 细胞的TCR识别抗原肽的同时,需识别MHC-类分子,B,A,B.CD4,+,T 细胞的TCR识别抗原肽的同时,需识别MHC-类分子,Ag肽,CD8,+,T细胞,24,MHC限制性:指TCR在识别APC或靶细胞表面抗原肽的同时,还须识别与抗原肽结合成复合物的MHC分子的现象,T 细胞,二、,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。在肾脏移植中，各HLA座位配合的重要性依次为HLA-DR、HLA-B、HLA-A。,三、HLA与疾病的关系,（一）R.R(relative risk，相对危险率),R.R值越大相关性越强。,（二）举例,1.强直性脊柱炎与B27,2.胰岛素依赖性糖尿病（IDDM）与DR3、DR4,病人（Ag+/Ag-）,对照（Ag+/Ag-）,四、HLA与肿瘤,恶性肿瘤细胞 HLA-类分子表达减少或缺乏,肿瘤细胞逃逸免疫监视IFN-,促进肿瘤细胞HLA-类分子表达,增强CD8,+,CTL细胞的特异性杀伤。,五、HLA与法医,HLA具有高度多态性以及单元型遗传的特点，使HLA分型成为鉴定亲子关系的重要手段。,MHC的生物学功能,作为抗原提呈分子参与,适应性免疫应答,作为调节分子参与固有免疫应答,对抗原肽和MHC分子的双重识别MHC限制性,诱导T细胞的成熟-功能性T细胞库的形成（T细胞在胸腺内的分化成熟）,MHC是疾病易感性个体差异的主要决定者,参与构成种群基因结构的异质性,抗原呈递作用,无论外源性抗原还是内源性抗原都必须经APC加工处理后形成抗原肽，与MHC-I、II类分子结合形成MHC-抗原肽复合物，该复合物经转运表达于APC表面，才能被具有相应抗原受体的T细胞所识别，从而启动免疫应答。具体来说，MHC-I类分子作为Tc细胞识别标志之一，参与内源性抗原的递呈；MHC-II类分子作为Th细胞识别标志之一，参与外源性抗原的递呈。,1 抗原定义及用途,2 什么是抗体，其主要功能,3 固有免疫细胞、获得性免疫细胞有哪些,4 什么是补体，其活化路径,5 什么是淋巴细胞的阳性选择及阴性选择,思考题,1MHC、HLA的概念,2HLA复合体的定位结构及其编码的产物。,3比较MHC I类分子和II类分子在结构、组织分布和抗原肽相互作用等方面的特点。,4.选择同种肾移植合适的供体来源及其依据。,5.HLA在医学上的意义。,HLA I类分子,返回,HLA II 类分子,返回,