第八章主要組織相容性復(fù)合體 majorhistocompatibilitycomplex MHC 超強(qiáng)抗原識別 自我 與 非我 的關(guān)鍵分子理解免疫應(yīng)答 自身耐受 移植排斥的鑰匙 主要內(nèi)容 概述MHC復(fù)合體的基因結(jié)構(gòu)MHC復(fù)合體的遺傳特點(diǎn)MHC分子結(jié)構(gòu)及其分布MHC分子與抗原肽的相互作用MHC的生物學(xué)功能MHC與醫(yī)學(xué) 第一節(jié)MHC的發(fā)現(xiàn)與概述 1901年Landsteiner發(fā)現(xiàn)ABO血型系統(tǒng)1930年獲得諾貝爾醫(yī)學(xué)或生理學(xué)獎 誰能給誰輸血呢 一 由血型研究到尋找移植排斥抗原 引發(fā)的思考 移植排斥的本質(zhì)是什么 1 排斥反應(yīng)的本質(zhì)是什么 2 導(dǎo)致排斥反應(yīng)發(fā)生的物質(zhì)是什么 3 排斥反應(yīng)與遺傳背景 多態(tài)性 的關(guān)系 一 由血型研究到尋找移植排斥抗原 血液凝集的本質(zhì) 抗原抗體反應(yīng)血型不同凝血反應(yīng)的抗原 ABO抗原 一 由血型研究到尋找移植排斥抗原 血型抗原與抗體 1 天然抗體 ABO血型 1 出生后2 8個月開始產(chǎn)生 8 10歲時達(dá)高峰 食物或消化道微生物誘導(dǎo)產(chǎn)生 2 IgM抗體 分子量大 不能通過胎盤2 免疫抗體 Rh血型 1 機(jī)體接受非自身紅細(xì)胞抗原的刺激后產(chǎn)生 2 IgG抗體 分子量小 可以通過胎盤 一 由血型研究到尋找移植排斥抗原 Question 移植抗原多態(tài)性 多態(tài)性低 ABO血型抗原4種 不同血型輸血產(chǎn)生凝集反應(yīng) 同型血可以方便的輸血多態(tài)性高 器官移植為何很難找到與受體配型完全相同的供體 MHC分子 理論上除同卵雙生 每個人都不一樣 一 由血型研究到尋找移植排斥抗原 實(shí)驗(yàn)?zāi)I移植 異種移植 失敗1909年Unger將猴腎移植到人 臨床腎移植 同種異型移植 一直失敗1936年Voronoy進(jìn)行尸腎移植首例成功的腎移植 同種同型移植 1954年Murry首次成功完成同卵雙生子間的腎移植 獲1990年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎 WeareTWINSWeareidealfortissueexchange 二 移植排斥與發(fā)現(xiàn)MHC 自體移植 同種同型移植 同種異型移植 異種移植 同種異型移植 最有實(shí)用價值同一種屬不同個體所攜帶的基因有99 9 一致性 因此絕大多數(shù)組織抗原是相同的 其余差異的抗原稱為多態(tài)性抗原 宿主的免疫系統(tǒng)將他人特異性的組織抗原作為外來抗原進(jìn)行識別 導(dǎo)致移植排斥 二 移植排斥與發(fā)現(xiàn)MHC Gorer實(shí)驗(yàn) 鑒定純系小鼠血型抗原時曾發(fā)現(xiàn)4組紅細(xì)胞抗原 I II III IV Snell實(shí)驗(yàn) 1 抗原II H 2 陽性小鼠的腫瘤只在陽性小鼠體內(nèi)生長 而在陰性小鼠則被排斥 H 2某型陽性小鼠的皮膚只在陽性小鼠體內(nèi)生長 而在H 2陰性小鼠則被排斥 結(jié)論 H 2抗原與移植排斥相關(guān) 二 移植排斥與發(fā)現(xiàn)MHC 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?獲得這樣一種小鼠 其H 2基因來源于A近交系 其他基因來源于B近交系 然后以這種小鼠作為器官移植中的受體 分別接受兩個近交系來源的皮片 觀察其移植排斥反應(yīng) 如何獲得 近交系小鼠 inbredmice 又稱純系小鼠 通過連續(xù)20代以上同胞兄弟姊妹交配而育成 同一系內(nèi)各個體的遺傳背景完全相同 同類系小鼠 congenicmice 應(yīng)用兩純系小鼠不斷雜交和回交篩選而育成 同一系內(nèi)各個體的MHC結(jié)構(gòu)有所不同 其他遺傳背景完全一致 Snell實(shí)驗(yàn) 2 實(shí)驗(yàn)步驟 近交A系小鼠 MHC基因型 a a 與B系 b b 進(jìn)行交配 F1子代全是a b雜合狀子F1代 a b 與親本A系 a a 回交 其F2子代一半為a a 另一半為a b 通過皮片移植排斥反應(yīng)的方法鑒定出F2 a b 將其與A系 a a 回交連續(xù)20代后 a b雜合子b等位基因仍然保留 但原B品系小鼠中其它的遺傳座位都消失了將F20 a b 近交 得到b b純合子小鼠 其余遺傳背景為A系 命名A b b Snell實(shí)驗(yàn) 2 連續(xù)20次 原理 連續(xù)稀釋 F1小鼠保留了B品系基因的50 回交后子代保留了25 這樣經(jīng)過20次回交后除了保留B品系的MHC等位基因 b 以外 其余B品系的基因 非MHC基因 都消失 實(shí)驗(yàn)結(jié)果A b b 與A a a 互相移植皮片 排斥A b b 與B b b 互相移植皮片 不排斥 排斥減弱 Snell實(shí)驗(yàn) 2 實(shí)驗(yàn)結(jié)論 H 2配型不合是發(fā)生排斥反應(yīng)的關(guān)鍵性因素 即小鼠的主要組織相容性抗原 小鼠MHC H 2人MHC HLA BarujBenacerrafJeanDaussetGeorgeD Snell JointNobelPrizewinnerin1980 fortheirdiscoveriesconcerninggeneticallydeterminedstructuresonthecellsurfacethatregulateimmunologicalreactions 二 移植排斥與發(fā)現(xiàn)MHC 組織相容性 histocompatibility 是指進(jìn)行同種異體組織器官移植時 受體和供體雙方相互接受的程度 組織相容性抗原 histocompatibilityantigen 代表個體特異性的引起排斥反應(yīng)的同種異型抗原 是決定組織相容性的物質(zhì)基礎(chǔ) 也稱移植抗原 主要組織相容性抗原 majorhistocompatibilityantigen 引起強(qiáng)而迅速排斥反應(yīng) 在移植排斥反應(yīng)中起決定性作用的抗原 三 MHC概述 引起的排斥反應(yīng)快 強(qiáng) 引起的排斥反應(yīng)慢 弱 三 MHC概述 主要組織相容性復(fù)合體 majorhistocompatibilitycomplex MHC 染色體上的一組緊密連鎖的基因群 編碼主要組織相容性抗原 并與免疫應(yīng)答 免疫調(diào)節(jié)有關(guān) 各種脊椎動物都擁有結(jié)構(gòu)和功能相似的MHC小鼠的MHC稱為H 2人的MHC稱為人類白細(xì)胞抗原 HumanLeukocyteAntigen HLA 概念的區(qū)別 基因 MHC基因 MHC基因復(fù)合體編碼產(chǎn)物 MHC分子 MHC抗原 三 MHC概述 需要注意的是 MHC的生物學(xué)功能并非主宰移植物排斥 主要是其產(chǎn)物提呈抗原肽而激活T細(xì)胞 在啟動特異性免疫應(yīng)答中起重要作用 三 MHC概述 第二節(jié)MHC的基因結(jié)構(gòu)及多基因特征 HLA為例 MHC結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 多基因性 多態(tài)性多基因性 是指MHC由多個位置相鄰的基因座位組成 編碼產(chǎn)物具有相同或相似的功能 組成MHC的基因傳統(tǒng)上分為 類 I和II類基因 編碼產(chǎn)物具有抗原提呈功能 直接涉及T細(xì)胞的激活和分化 參與調(diào)控特異性免疫應(yīng)答 類基因 編碼固有免疫相關(guān)基因 如補(bǔ)體分子和炎癥相關(guān)分子 HLA基因復(fù)合體位于6號染色體短臂6p21 31 全長3600kb 共有224個基因座位 128個功能性基因 96個假基因 從著絲粒一側(cè)起依次為II I類基因區(qū)所在位置 HLA復(fù)合體的基因結(jié)構(gòu) 經(jīng)典I類基因區(qū) 包括B C A三個座位 產(chǎn)物是HLA I類分子的 鏈 它們具有明顯的多態(tài)性 而且表達(dá)產(chǎn)物出現(xiàn)于幾乎所有有核細(xì)胞的表面 非經(jīng)典I類基因區(qū) HLA F G H E HLA I類基因區(qū) 經(jīng)典II類基因區(qū) 包括DQ DR DP三個基因家族 每個家族包括A和B兩類基因座 分別編碼HLA II類分子 和 鏈 非經(jīng)典II類基因區(qū) LMP TAP HLA DM HLA DO 抗原加工提呈相關(guān)基因 HLA II類基因區(qū) 主要包括幾個與免疫功能相關(guān)的基因 如補(bǔ)體C4 C2和B因子以及TNF a和TNF b 淋巴毒素 的基因等 HLA 類基因區(qū) 了解 了解 了解 了解 第三節(jié)MHC復(fù)合體的遺傳特點(diǎn) HLA為例 HLA復(fù)合體的遺傳特點(diǎn) 高度多態(tài)性共顯性表達(dá)單元型遺傳連鎖不平衡 重點(diǎn) 多態(tài)性 polymorphism 群體概念 指在一隨機(jī)婚配的群體中 染色體同一基因座位有兩種以上基因型 即可能編碼二種以上的產(chǎn)物 原因 1 復(fù)等位基因 multiplealleles MHC的每一個基因座位都存在為數(shù)眾多的復(fù)等位基因 由于各個基因座位組合是隨機(jī)的 因此MHC基因型高度多態(tài) 這是MHC多態(tài)性的主要的原因 2 共顯性表達(dá) 一對等位基因同為顯性稱為共顯性 每個細(xì)胞表達(dá)父系和母系兩種HLA分子 注意 每個基因座都會表達(dá) 3 其他因素 三類MHC分子 多基因座 共表達(dá) 一 高度多態(tài)性 MHC是脊椎動物多態(tài)性程度最高的基因系統(tǒng) 等位基因 allele 和復(fù)等位基因 multiplealleles 位于一對同源染色體上對應(yīng)位置的一對基因稱為等位基因 allele 由于群體中的突變 同一座的基因系列稱為復(fù)等位基因 甲 6 乙 6 在體細(xì)胞兩條染色體上的組合稱為基因型 其表達(dá)的HLA抗原特異性型別稱為表型 一 高度多態(tài)性 略講 HLA I類和II類等位基因多態(tài)性統(tǒng)計 截止2007年 月 一 高度多態(tài)性 超強(qiáng)同種異型抗原 除了同卵雙生外 無關(guān)個體間HLA型別全相同的可能性極小 對比ABO血型 共顯性表達(dá) 同源染色體上對應(yīng)座位上的兩個基因都表達(dá) 下圖顯示每個細(xì)胞表達(dá)6種HLA 1類分子 父母各一套 一 高度多態(tài)性 多態(tài)性是一個群體的概念 指一個基因座位存在兩種以上等位基因 在群體中可以編碼多種抗原分子 多態(tài)性主要為經(jīng)典的 類基因和 類基因 其產(chǎn)物主要與抗原提呈有關(guān) 多基因性是指復(fù)合體由多個位置相鄰的基因座位所組成 編碼產(chǎn)物具有相同或相似的功能 多態(tài)性和多基因性的區(qū)別 多態(tài)性 著重于群體中各座位等位基因的變化多基因性 著重于同一個體中MHC基因座位的變化 一 高度多態(tài)性 對比ABO血型 MHC多態(tài)性的產(chǎn)生是變異和自然選擇的共同結(jié)果 多態(tài)性的意義 賦于種群適應(yīng)多變環(huán)境的能力 抵御各種病原體侵襲的適應(yīng)性表現(xiàn) 維持種群的生存和延續(xù) 調(diào)控機(jī)體免疫應(yīng)答的能力 MHC控制機(jī)體對特定抗原是否應(yīng)答以及應(yīng)答的強(qiáng)度 個體的終身遺傳標(biāo)志 確保人類精確地識別自己和非已 顯示了遺傳背景的多樣性 無親緣個體間出現(xiàn)MHC型別完全相同的機(jī)率極低 尋找同種器官移植供體的依據(jù) 根據(jù)HLA配型結(jié)果篩選適宜供體 是尋找器官移植供體的唯一方法 一 高度多態(tài)性 Why 了解 了解 單元型 haplotype HLA復(fù)合體是一組緊密連鎖的基因群 這些連鎖在一條染色體上的等位基因很少發(fā)生同源染色體間的交換 構(gòu)成了一個單體型 二 單元型遺傳方式 HLA以單元型為單位遺傳 基因頻率 群體中某一特定等位基因在該基因座中所有等位基因總數(shù)中所占的比率 連鎖不平衡 linkagedisequilibrium 分屬兩個或兩個以上基因座位的等位基因 同時出現(xiàn)在同一染色體上的幾率高于隨機(jī)出現(xiàn)的頻率 MHC的個基因中 某些緊密連鎖 另一些不完全連鎖在一起 三 連鎖不平衡 單元型遺傳有利于在家庭成員或者近親家系中尋找HLA型別匹配的器官移植供者連鎖不平衡的存在有助于從無血緣關(guān)系的人群中尋找HLA匹配的器官移植供者 第四節(jié)MHC分子結(jié)構(gòu)及其分布 HLA為例 類分子分布 廣泛分布于體內(nèi)各種有核細(xì)胞表面成熟紅細(xì)胞 神經(jīng)細(xì)胞 成熟的滋養(yǎng)層細(xì)胞不表達(dá) 類分子分布 抗原提呈細(xì)胞 APC B細(xì)胞 單核 M 樹突狀細(xì)胞等活化T細(xì)胞血管內(nèi)皮細(xì)胞 一 MHC分子的組織分布 46 46 46 I和II類MHC分子均由一條 和一條 鏈非共價結(jié)合而成 鏈均為跨膜蛋白 MHC I的 鏈?zhǔn)强扇苄缘?2m 2微球蛋白 15號染色體編碼 II類分子的 鏈為跨膜蛋白 從功能上可以將MHC分子分為抗原肽結(jié)合單位 Ig樣單位 跨膜單位和胞內(nèi)單位 二 MHC分子結(jié)構(gòu) 1 HLA 類分子 同內(nèi)源性抗原肽結(jié)合 同T細(xì)胞表面CD8結(jié)合 參與信號轉(zhuǎn)導(dǎo) 有兩條肽鏈 一為 鏈 重鏈 另一為 2微球蛋白 形成異二聚體 2 HLA 類分子 同外源性抗原肽結(jié)合 與T細(xì)胞表面CD4結(jié)合 參與信號轉(zhuǎn)導(dǎo) 由 鏈和 鏈組成異二聚體 50 HLA 分子與HLA 分子的比較 三 總結(jié) 重點(diǎn) MHC分子的基本功能是將抗原呈遞給T淋巴細(xì)胞 Figure2MHC 1分子 鏈不同部位氨基酸的大部分差異 variability 主要見于 1和 2區(qū)域 最大的多態(tài)性發(fā)生在與肽結(jié)合的溝槽 groove 的外周 wall 和底部 floor 的氨基酸 abTCR CD8 抗原肽 MHC I CD4 abTCR 抗原肽 MHC II TCRCo receptor CD4和CD8 抗原遞呈細(xì)胞 T細(xì)胞 3 2 1 2m b1 b2 a1 a2 第五節(jié)MHC分子與抗原肽的相互作用 HLA為例 一種MHCI類分子可與幾種多肽結(jié)合 一種MHCII類分子可與幾種多肽結(jié)合 有限的MHC分子如何結(jié)合不計其數(shù)的抗原肽 1 抗原肽結(jié)合槽 類分子 凹槽兩端封閉 接納的Ag肽短 8 10aa 類分子 凹槽兩端開放 接納的Ag肽長 13 17個aa 一 抗原肽和MHC分子結(jié)合的分子基礎(chǔ) MHCI類分子結(jié)合的多肽長度約為8 10氨基酸 MHCI和MHCII類分子的抗原結(jié)合槽 MHCII類分子結(jié)合的多肽長度為13 17以上氨基酸 2 錨定位與錨定殘基 錨定位 肽結(jié)合槽內(nèi)與抗原肽特定氨基酸殘基結(jié)合的部位 錨定殘基 能與HLA分子肽結(jié)合槽內(nèi)錨定位結(jié)合的抗原肽特定氨基酸殘基 一 抗原肽和MHC分子結(jié)合的分子基礎(chǔ) 不同的MHC分子的肽槽錨定位差別很大 不同抗原肽的錨定殘基的也不同 因此特定的MHC分子可以選擇結(jié)合合適的抗原肽 3 共同基序 Consensusmotifs 共同基序 一種MHC分子所能結(jié)合的不同抗原肽 往往帶有相同或相似的錨定位和錨定殘基 后者即為不同抗原肽的共同基序特異性 不同的MHC分子結(jié)合具不同特性的肽基序?qū)挿盒?錨定殘基不一定相同 但一定相關(guān) 錨定殘基之間的肽序列和長度可變 一 抗原肽和MHC分子結(jié)合的分子基礎(chǔ) 相對特異性 MHC分子識別抗原肽的共同基序而非抗原表位 一種MHC分子可以與具有共同基序的多種抗原肽結(jié)合 包容性 一種MHC分子可識別并結(jié)合帶有特定共同基序的一群肽段 特異性不高 有限的MHC分子結(jié)合遞呈多樣性的抗原肽個體差異性 不同MHC分子可選擇性地結(jié)合具有不同錨定殘基和共同基序的肽段 造成不同個體對同一抗原的應(yīng)答在強(qiáng)度上出現(xiàn)差異 也即對疾病的易感性不同 二 抗原肽與MHC分子結(jié)合的特點(diǎn) 意義一種MHC分子可結(jié)合多種抗原肽 活化多個抗原特異性T細(xì)胞 不同MHC分子所結(jié)合提呈同一抗原表位 不同個體對同一Ag的應(yīng)答強(qiáng)弱不等 MHC多態(tài)性參與調(diào)控免疫應(yīng)答多肽疫苗 T細(xì)胞疫苗的重要理論基礎(chǔ) 二 抗原肽與MHC分子結(jié)合的特點(diǎn) 第六節(jié)MHC的生物學(xué)功能 HLA為例 2 介導(dǎo)T細(xì)胞在胸腺中的分化 成熟 3 個體疾病易感性的主要決定者 4 參與構(gòu)成種群基因結(jié)構(gòu)的異質(zhì)性 調(diào)控機(jī)體免疫功能 一 提呈抗原 參與適應(yīng)性免疫應(yīng)答 1 提呈抗原供T細(xì)胞識別 啟動特異性免疫應(yīng)答 CD4 Th MHC 類分子提呈的外源性抗原肽 CD8 CTL MHC 類分子提呈的內(nèi)源性抗原肽 形成MHC 抗原肽 TCR免疫三分子復(fù)合體 啟動特異性免疫應(yīng)答MHC限制性 MHCrestriction T細(xì)胞識別抗原肽的同時還要識別特定類別的自身MHC分子而發(fā)揮免疫學(xué)效應(yīng) MHC中免疫功能相關(guān)基因參與對非特異性免疫應(yīng)答的調(diào)控 主要表現(xiàn)在以下三方面 經(jīng)典的 類基因編碼補(bǔ)體成分 參與補(bǔ)體反應(yīng)和免疫性疾病的發(fā)生 非經(jīng)典 類基因產(chǎn)物調(diào)節(jié)NK細(xì)胞和殺傷性細(xì)胞的活性 參與母胎耐受等生物學(xué)活動 炎癥相關(guān)基因參與炎癥反應(yīng)和應(yīng)激反應(yīng) 二 作為調(diào)節(jié)分子參與固有免疫應(yīng)答 滋養(yǎng)層細(xì)胞高表達(dá)非經(jīng)典HLA E HLA F HLA G分子不表達(dá)經(jīng)典HLA A HLA BI類分子及II類分子 DR DQ DP 了解 舉例 舉例 HLA E 在羊膜和滋養(yǎng)層細(xì)胞表面高表達(dá) NK細(xì)胞C型凝集素受體家族 CD94 NKG2 的專一性配體 使NK細(xì)胞處于抑制狀態(tài) 在病毒逃避免疫監(jiān)視和母胎耐受中起重要作用 HLA G 主要分布于母胎界面絨毛外滋養(yǎng)層細(xì)胞表面 受體為殺傷細(xì)胞表面抑制性受體 在母胎耐受中起重要作用 了解 第七節(jié)MHC與醫(yī)學(xué) HLA為例 了解 一 HLA與器官移植 供受體間HLA的相似性越強(qiáng) 器官移植的成活率越高 通常最佳的移植物配對關(guān)系順序?yàn)橥央p生 同胞兄妹 近親 遠(yuǎn)親 無親緣者 在腎移植中 各位點(diǎn)座位配合的重要性依次為HLA DR HLA B HLA A 1009080706050403020100 1年2年 同卵雙生子 N 12 HLA一致的同胞 N 765 尸體捐獻(xiàn)者 N 3974 HLA不一致的同胞 N 951 移植物存活率 目前公認(rèn)的規(guī)律 供者與受者在HLA A和HLA B相配的位點(diǎn)數(shù)越多 移植物存活率越高 HLA DR是否匹配十分重要 如果HLA DR匹配 HLA DQ多能匹配 因?yàn)镠LA DR和HLA DQ有很強(qiáng)的連鎖不平衡 通