1、第八章 主要组织相容性复合体,major histocompatibility complex, MHC,超强抗原 识别“自我”与“非我”的关键分子 理解免疫应答、自身耐受、移植排斥的钥匙,主要内容,概述 MHC复合体的基因结构 MHC复合体的遗传特点 MHC分子结构及其分布 MHC分子与抗原肽的相互作用 MHC的生物学功能 MHC与医学,第一节 MHC的发现与概述,1901年Landsteiner 发现ABO血型系统 1930年获得诺贝尔医学或生理学奖,谁能给谁输血呢？,一、由血型研究到寻找移植排斥抗原,引发的思考： 移植排斥的本质是什么？,1、排斥反应的本质是什么？ 2、导致排斥反应发生的
2、物质是什么？ 3、排斥反应与遗传背景（多态性）的关系？,一、由血型研究到寻找移植排斥抗原,血液凝集的本质：抗原抗体反应 血型不同凝血反应的抗原：ABO抗原,一、由血型研究到寻找移植排斥抗原,血型抗原与抗体,1.天然抗体：ABO血型 （1）出生后2-8个月开始产生，8-10岁时达高峰。食物或消化道微生物诱导产生 （2）IgM抗体，分子量大，不能通过胎盘2.免疫抗体：Rh血型 （1）机体接受非自身红细胞抗原的刺激后产生 （2）IgG抗体，分子量小，可以通过胎盘,一、由血型研究到寻找移植排斥抗原,Question：移植抗原多态性,多态性低：ABO血型抗原4种，不同血型输血产生凝集反应。同型血可以方便
3、的输血 多态性高：器官移植为何很难找到与受体配型完全相同的供体,MHC分子，理论上除同卵双生，每个人都不一样,一、由血型研究到寻找移植排斥抗原,实验肾移植（异种移植）：失败 1909年Unger将猴肾移植到人， 临床肾移植（同种异型移植）：一直失败 1936年Voronoy进行尸肾移植 首例成功的肾移植（同种同型移植）： 1954年Murry首次成功完成同卵双生子间的肾移植，获1990年诺贝尔生理学或医学奖,We are TWINS We are ideal for tissue exchange,二、移植排斥与发现MHC,自体移植,同种同型移植,同种异型移植,异种移植,同种异型移植最有实用价
4、值 同一种属不同个体所携带的基因有99.9%一致性，因此绝大多数组织抗原是相同的。 其余差异的抗原称为多态性抗原。 宿主的免疫系统将他人特异性的组织抗原作为外来抗原进行识别，导致移植排斥。,二、移植排斥与发现MHC,Gorer实验：鉴定纯系小鼠血型抗原时曾发现4组红细胞抗原，I，II，III，IV。 Snell实验-1：抗原II（H-2）阳性小鼠的肿瘤只在阳性小鼠体内生长, 而在阴性小鼠则被排斥； H-2某型阳性小鼠的皮肤只在阳性小鼠体内生长, 而在H-2阴性小鼠则被排斥。结论：H-2抗原与移植排斥相关。,二、移植排斥与发现MHC,实验目的：获得这样一种小鼠, 其H-2基因来源于A近交系, 其
5、他基因来源于B近交系. 然后以这种小鼠作为器官移植中的受体, 分别接受两个近交系来源的皮片. 观察其移植排斥反应.如何获得： 近交系小鼠(inbredmice)：又称纯系小鼠，通过连续20代以上同胞兄弟姊妹交配而育成，同一系内各个体的遗传背景完全相同。 同类系小鼠(congenicmice)：应用两纯系小鼠不断杂交和回交筛选而育成，同一系内各个体的MHC结构有所不同，其他遗传背景完全一致。,Snell实验-2,实验步骤： 近交A系小鼠(MHC基因型：a/a)与B系 (b/b)进行交配， F1子代全是a/b杂合状子 F1代(a/b)与亲本A系(a/a) 回交，其F2子代一半为a/a，另一半为a/
6、b。通过皮片移植排斥反应的方法鉴定出F2(a/b)，将其与A系(a/a)回交 连续20代后，a/b杂合子b等位基因仍然保留，但原B品系小鼠中其它的遗传座位都消失了 将F20(a/b)近交，得到b/b纯合子小鼠（其余遗传背景为A系）。命名A(b/b),Snell实验-2,连续20次,原理：连续稀释，F1小鼠保留了B品系基因的50%，回交后子代保留了25%，这样经过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。,实验结果 A(b/b)与A (a/a)互相移植皮片，排斥 A(b/b)与B(b/b)互相移植皮片，不排斥（排斥减弱）,Snell实验-2,实
7、验结论：H-2配型不合是发生排斥反应的关键性因素，即小鼠的主要组织相容性抗原。,小鼠 MHC = H-2 人 MHC = HLA,Baruj Benacerraf Jean Dausset George D. Snell,Joint Nobel Prize winner in 1980“for their discoveries concerning genetically determined structures on the cell surface that regulate immunological reactions”.,二、移植排斥与发现MHC,组织相容性（histocompa
8、tibility）：是指进行同种异体组织器官移植时，受体和供体双方相互接受的程度。组织相容性抗原（histocompatibility antigen）：代表个体特异性的引起排斥反应的同种异型抗原，是决定组织相容性的物质基础，也称移植抗原。主要组织相容性抗原（major histocompatibility antigen）: 引起强而迅速排斥反应，在移植排斥反应中起决定性作用的抗原。,三、MHC概述,（引起的排斥反应快、强）,（引起的排斥反应慢、弱）,三、MHC概述,主要组织相容性复合体(major histocompatibility complex, MHC):染色体上的一组紧密连锁的基
9、因群，编码主要组织相容性抗原，并与免疫应答、免疫调节有关。各种脊椎动物都拥有结构和功能相似的MHC 小鼠的MHC称为H-2 人的MHC称为人类白细胞抗原（Human Leukocyte Antigen, HLA ）概念的区别：基因MHC基因/ MHC基因复合体编码产物MHC分子/ MHC抗原,三、MHC概述,需要注意的是： MHC的生物学功能并非主宰移植物排斥，主要是其产物提呈抗原肽而激活T细胞，在启动特异性免疫应答中起重要作用。,三、MHC概述,第二节 MHC的基因结构及多基因特征 （HLA为例）,MHC结构特点：多基因性、多态性 多基因性：是指MHC由多个位置相邻的基因座位组成，编码产物具
10、有相同或相似的功能。组成MHC的基因传统上分为、类。 I和II类基因：编码产物具有抗原提呈功能，直接涉及T细胞的激活和分化，参与调控特异性免疫应答。 类基因：编码固有免疫相关基因，如补体分子和炎症相关分子。,HLA基因复合体位于6号染色体短臂6p21.31，全长3600kb。 共有224个基因座位，128个功能性基因，96个假基因。 从着丝粒一侧起依次为II、I类基因区所在位置。,HLA复合体的基因结构,经典I类基因区：包括B、C、A三个座位，产物是HLA-I类分子的链。它们具有明显的多态性，而且表达产物出现于几乎所有有核细胞的表面。非经典I 类基因区： HLA-F、G、H、E,HLA-I 类
11、基因区,经典II类基因区：包括DQ、DR、DP三个基因家族，每个家族包括 A 和 B 两类基因座，分别编码 HLA-II类分子 和 链。非经典II类基因区：LMP、TAP、HLA-DM、HLA-DO（抗原加工提呈相关基因）,HLA-II 类基因区,主要包括几个与免疫功能相关的基因，如补体C4、C2和B因子以及TNF-a 和TNF-b（淋巴毒素）的基因等。,HLA-类基因区,了解,了解,了解,了解,第三节 MHC复合体的遗传特点 （HLA为例）,HLA复合体的遗传特点,高度多态性 共显性表达 单元型遗传 连锁不平衡,重点,多态性（polymorphism）：群体概念，指在一随机婚配的群体中，染色
12、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。原因： 1、复等位基因(multiple alleles)：MHC的每一个基因座位都存在为数众多的复等位基因，由于各个基因座位组合是随机的，因此MHC基因型高度多态 ，这是MHC多态性的主要的原因。 2、共显性表达：一对等位基因同为显性称为共显性，每个细胞表达父系和母系两种HLA分子。（注意：每个基因座都会表达） 3、其他因素：三类MHC分子，多基因座（共表达）,一、高度多态性,MHC是脊椎动物多态性程度最高的基因系统,等位基因（allele）和复等位基因 (multiple alleles ),位于一对同源染色体上对应位置的一对基因称
13、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。,甲 （6#）,乙 （6#）,在体细胞两条染色体上的组合称为基因型，其表达的HLA抗原特异性型别称为表型。,一、高度多态性,略讲,HLA-I类和II 类等位基因 多态性统计（截止2007年月）,一、高度多态性,超强同种异型抗原：除了同卵双生外，无关个体间HLA型别全相同的可能性极小。,对比ABO血型,共显性表达：同源染色体上对应座位上的两个基因都表达（下图显示每个细胞表达6种HLA-1类分子，父母各一套）,一、高度多态性,多态性是一个群体的概念，指一个基因座位存在两种以上等位基因，在群体中可以编码多种抗原分子。多态
14、性主要为经典的类基因和类基因，其产物主要与抗原提呈有关。多基因性是指 复合体由多个位置相邻的基因座位所组成,编码产物具有相同或相似的功能。,多态性和多基因性的区别：,多态性：着重于群体中各座位等位基因的变化多基因性：着重于同一个体中MHC基因座位的变化。,一、高度多态性,对比ABO血型,MHC多态性的产生是变异和自然选择的共同结果。多态性的意义： 赋于种群适应多变环境的能力：抵御各种病原体侵袭的适应性表现，维持种群的生存和延续。 调控机体免疫应答的能力：MHC控制机体对特定抗原是否应答以及应答的强度。 个体的终身遗传标志：确保人类精确地识别自己和非已，显示了遗传背景的多样性。无亲缘个体间出现M
15、HC型别完全相同的机率极低。 寻找同种器官移植供体的依据：根据HLA配型结果筛选适宜供体，是寻找器官移植供体的唯一方法。,一、高度多态性,Why?,了解,了解,单元型(haplotype)：HLA复合体是一组紧密连锁的基因群。这些连锁在一条染色体上的等位基因很少发生同源染色体间的交换，构成了一个单体型。,二、单元型遗传方式,HLA以单元型为单位遗传。,基因频率：群体中某一特定等位基因在该基因座中所有等位基因总数中所占的比率。 连锁不平衡（linkage disequilibrium） ：分属两个或两个以上基因座位的等位基因，同时出现在同一染色体上的几率高于随机出现的频率。MHC的个基因中，某些
16、紧密连锁，另一些不完全连锁在一起。,三、连锁不平衡,单元型遗传有利于在家庭成员或者近亲家系中寻找HLA型别匹配的器官移植供者连锁不平衡的存在有助于从无血缘关系的人群中寻找HLA匹配的器官移植供者,第四节 MHC分子结构及其分布 （HLA为例）,类分子分布： 广泛分布于体内各种有核细胞表面 成熟红细胞、神经细胞、成熟的滋养层细胞不表达类分子分布： 抗原提呈细胞（APC）：B细胞、单核/M 、树突状细胞等 活化 T细胞 血管内皮细胞,一、MHC分子的组织分布,46,46,46,I和II类MHC分子均由一条和一条链非共价结合而成。 链均为跨膜蛋白，MHC-I的链是可溶性的2m(2微球蛋白，15号染色
17、体编码)，II类分子的链为跨膜蛋白。 从功能上可以将MHC分子分为抗原肽结合单位、Ig样单位、跨膜单位和胞内单位。,二、MHC分子结构,1、HLA-类分子,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。,2、HLA-类分子,同外源性抗原肽结合,与T细胞表面CD4结合,参与信号转导,由链和链组成异二聚体。,50,HLA-分子与 HLA-分子的比较,三、总结,重点,MHC分子的基本功能是将抗原呈递给T淋巴细胞,Figure 2 MHC-1分子链不同部位氨基酸的大部分差异（ variability）主要见于1和2区域。最大的多态
18、性发生在与肽结合的沟槽（groove）的外周（wall）和底部（ floor）的氨基酸 。,ab TCR,CD 8,抗原肽,MHC- I,CD4,ab TCR,抗原肽,MHC- II,TCR Co-receptor - CD4 和 CD8,抗原递呈细胞,T 细胞,3,2,1,2m,b1,b2,a1,a2,第五节 MHC分子与抗原肽的相互作用 （HLA为例）,一种MHC I类分子可与几种多肽结合？ 一种MHC II类分子可与几种多肽结合？ 有限的MHC分子如何结合不计其数的抗原肽？,1、抗原肽结合槽,类分子：凹槽两端封闭，接纳的Ag肽短,8-10aa； 类分子：凹槽两端开放，接纳的Ag肽长，13
19、-17个aa,一、抗原肽和MHC分子结合的分子基础,MHC I类分子结合的多肽长度约为8-10 氨基酸,MHC I和MHC II类分子的抗原结合槽,MHC II类分子结合的多肽长度为13-17以上氨基酸,2、锚定位与锚定残基,锚定位: 肽结合槽内与抗原肽特定氨基酸残基结合的部位。 锚定残基: 能与HLA分子肽结合槽内锚定位结合的抗原肽特定氨基酸残基。,一、抗原肽和MHC分子结合的分子基础,不同的MHC分子的肽槽锚定位差别很大，不同抗原肽的锚定残基的也不同，因此特定的MHC分子可以选择结合合适的抗原肽。,3、共同基序（Consensus motifs）,共同基序：一种MHC分子所能结合的不同抗原
20、肽，往往带有相同或相似的锚定位和锚定残基，后者即为不同抗原肽的共同基序 特异性：不同的MHC分子结合具不同特性的肽基序 宽泛性：锚定残基不一定相同，但一定相关；锚定残基之间的肽序列和长度可变,一、抗原肽和MHC分子结合的分子基础,相对特异性：MHC分子识别抗原肽的共同基序而非抗原表位。一种MHC分子可以与具有共同基序的多种抗原肽结合。 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，特异性不高。有限的MHC分子结合递呈多样性的抗原肽 个体差异性：不同MHC分子可选择性地结合具有不同锚定残基和共同基序的肽段，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。,二
21、、抗原肽与MHC分子结合的特点,意义 一种MHC分子可结合多种抗原肽，活化多个抗原特异性T细胞。 不同MHC分子所结合提呈同一抗原表位。 不同个体对同一Ag的应答强弱不等MHC多态性参与调控免疫应答 多肽疫苗，T细胞疫苗的重要理论基础,二、抗原肽与MHC分子结合的特点,第六节 MHC的生物学功能 （HLA为例）,（2）介导T细胞在胸腺中的分化、成熟； （3）个体疾病易感性的主要决定者； （4）参与构成种群基因结构的异质性，调控机体免疫功能。,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；,CD4+Th-MHC类分子提呈的外源性抗原肽； CD8+CTL-MHC
22、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限制性（MHC restriction）：T细胞识别抗原肽的同时还要识别特定类别的自身MHC分子而发挥免疫学效应。,MHC中免疫功能相关基因参与对非特异性免疫应答的调控，主要表现在以下三方面： 经典的类基因编码补体成分，参与补体反应和免疫性疾病的发生。 非经典类基因产物调节NK细胞和杀伤性细胞的活性，参与母胎耐受等生物学活动。 炎症相关基因参与炎症反应和应激反应。,二、作为调节分子参与固有免疫应答,滋养层细胞高表达非经典HLA-E、HLA-F、HLA-G分子不表达经典HLA-A、HLA-B I类分子及
23、II类分子(DR、DQ、DP),了解,举例,举例,HLA-E：在羊膜和滋养层细胞表面高表达；NK细胞C型凝集素受体家族（CD94/NKG2)的专一性配体，使NK细胞处于抑制状态；在病毒逃避免疫监视和母胎耐受中起重要作用。HLA-G：主要分布于母胎界面绒毛外滋养层细胞表面；受体为杀伤细胞表面抑制性受体；在母胎耐受中起重要作用。,了解,第七节 MHC与医学 （HLA为例）,了解,一、HLA与器官移植,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。 在肾移植中，各位点座位配合的重要性依次为HLA-DR、HLA-B、HLA-A,10
24、0 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0,1年 2年,同卵双生子（N=12）,HLA一致的同胞（N=765）,尸体捐献者（N=3974）,HLA不一致的同胞（N=951）,移植物存活率,目前公认的规律：供者与受者在HLA-A和HLA-B相配的位点数越多，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，因为HLA-DR和HLA-DQ有很强的连锁不平衡。通常不作HLA-DQ配型.受者的HLA-DR类型对移植物存活影响较大，其原因在于HLA-DR是免疫应答基因，此基因编码分子在诱导细胞应答中很重要；在欧洲HLA匹配的程度比美国要高得多，
25、其原因美国人群的杂交程度较高 。,二、HLA表达异常与疾病的关系,（1）HLA-I类抗原表达异常：如肿瘤细胞HLA一I类分子表达量减少或消失。,实际应用：INF- 促进肿瘤细胞HLA-类分表达 增强CD8+CTL细胞的特异性杀伤。,（2）HLA-II类抗原表达异常：许多自身免疫病中,原先不表达HLA II分子的上皮细胞,可被诱导表达HLA-II分子。如Graves病患者的甲状腺上皮细胞、I型糖尿病的胰岛细胞等。,MHC,定义：带有某种特定型别HLA的个体易患某一疾病或对该疾病具有较强的抵抗力，称为HLA和疾病关联。,三 HLA和疾病关联,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HL
26、A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。强直性脊柱炎与HLA-B27 RA与HLA-DR4,带有某种HLA型别不代表一定会患病。,(HLA-B27),强直性脊柱炎,竹节样改变,55376,四、HLA与亲子鉴定和法医学在基因和所编码产物二个水平同时检测HLA基因型，可进行亲子关系及死亡者身份等方面的法医学鉴定。,五、HLA与输血反应多次输血后发生非溶血性输血反应，表现为发热、白细胞减少及荨麻疹等，是由于HLA型别不合引起的。,何谓HLA基因复合体的多基因和多态性 比较HLA和HLA类分子在结构、组织分布与抗原肽相互作用等方面的特点。 为什么MHC的主要生物学功能体现在结合与提呈抗原肽？HLA与临床医学有什么关系。,思考题,
