1、第六章 主要组织相容性复合体主讲 王文君免疫研究室分子生物学技术实验室n1.组织相容性抗原（histocompatibility antigen）：导致移植排斥反应的抗原，称。即移植抗原。引起移植排斥反应，代表个体特异性的同种抗原。n2.主要组织相容性抗原：major histocompati-bility antigen，其中凡能引起强烈的排斥反应的抗原，称，是由多个系列组成的复杂抗原系统（MHS，major histocompatibility antigen system）。n3.次要组织相容性抗原：引起较弱的排斥反应的抗原，称。概念n是编码移植抗原（MHS或MHC抗原），控制调节免疫应
2、答、免疫识别和支配免疫细胞各亚群的协同作用的一个基因复合体。n目前已知MHC是由常染色体上功能、结构相异的三类基因组成，紧密连锁并作为一个遗传单位从亲代遗传给后代。、类基因编码的抗原分布于不同的细胞表面，作为细胞间的免疫识别标记并调节细胞间的相互作用。类基因编码血清中的某些蛋白成分（如补体等）。n小鼠的主要组织相容性复合体称为H-2复合体。人的主要组织相容性复合体则称为人类白细胞抗原复合体（human leucocyte antigen，HLA）。主要组织相容性复合体n（MHC，major histocompatibility complex）n一.小鼠H-2复合体n二.人类HLA复合体MHC
3、的基因构成第二节 MHC的基因构成nMHC通常代表基因，而MHC分子或主要组织相容性抗原是基因编码产物。但专指某一动物时，MHC可同时代表基因和抗原，如小鼠MHC又称为H-2，既可代表鼠的MHC，也可指其编码分子。n一.小鼠H-2复合体n小鼠的MHC定位于第17号染色体，称为H-2复合体，是一组紧密连锁的基因群，包括K、I、S、D/L等基因。根据各基因编码分子的不同特性又将其分成三类基因组：n1.类基因位点：K、D、L位点，编码单一肽链构成的类分子。2.类基因位点：即I区位点，可分为I-A、I-E亚区，编码A/A异源二聚体和E/E异源二聚体构成的类分子。近年发现的免疫应答基因(immune r
4、esponse gene，Ir)也位于区，Ir基因编码产物称I区相关抗原（I region associated antigen，Ia抗原）。3.III类基因位点：I区与D区之间为S区，属III类基因位点所在部位，编码补体C4、C2、B因子及肿瘤坏死因子（TNF、TNF）等。第二节 MHC的基因构成n3.类基因：位于HLA基因复合体的中部，主要包括免疫相关基因。n编码补体C4、C2、B因子、肿瘤坏死因子（TNF、TNF）、热休克蛋白(heat shock protein70、HSP70)以及免疫非相关基因类固醇21羟化酶基因等。着丝点 类位点DPDR类位点B C类位点图2 人类MHC（HLA）
5、基因结构示意图补体 细胞因子A第三节 HLA分子结构与功能n一.HLA类分子的分布、结构和功能nHLA类分子是由经典HLA类基因（HLA-A、B、C）编码的分子产物，也称类抗原，广泛分布于体内各种有核细胞膜表面，以及血小板和网织红细胞，成熟红细胞一般不表达类分子。n不同的组织细胞表达类分子的情况不同，其中淋巴细胞表面表达的类抗原密度最大，其次是肾、肝脏及心脏，神经组织和成熟的滋养细胞很少表达类分子。类分子除以膜结合形式存在以外，也以可溶形式出现在血清、初乳和尿液等体液内。nHLA类分子是由二条多肽链以非共价键连接的糖蛋白。n一条重链称链，分子量44kDa；n另一条轻链是分子量12kDa的2-微
6、球蛋白（2m）。n2m并非HLA基因编码产物，人类2m是由15号染色体基因编码的产物，2m无同种异型抗原决定簇，仅有种属特异性。2m与免疫球蛋白恒定区具有高度同源性，属免疫球蛋白超家族成员，其作用在于稳定HLA类分子结构和表达。结构nHLA类分子链由340个氨基酸残基构成，分胞外区、跨膜区和胞内区三部分，具有高度多态性。n胞外区根据分子内S-S结合位置，形成三个各约90个氨基酸残基组成的功能区(domain)，从氨基末端开始称为1、2与3。1和2区决定了链多态性，共同构成抗原结合部位。n1和2各从其N端开始均先经4次折叠，然后形成一条螺旋。这二条螺旋构成类分子抗原结合槽的两个侧面，8条折叠肽段
7、构成抗原结合部位的底面，类分子抗原结合槽可容纳810个氨基酸长度的抗原肽片段。图3 人类HLA类分子化学结构示意图链图4 人类HLA类分子立体结构示意图功能nHLA类分子的生物学功能主要包括：n诱导同种移植排斥反应（详见移植免疫）作为杀伤性CD8+T（Tc）细胞的识别标志之一，参与内源性抗原的呈递（参见免疫应答），诱导对病毒感染细胞和肿瘤细胞的杀伤和溶解。n近年来新发现两种蛋白参与 MHC类分子对细胞内抗原的提呈，即巨大多功能蛋白酶体（或称低相对分子量多肽LMP)和抗原肽转运物(TAP)。n这两种蛋白的编码基因均位于 MHC类基因区。nLMP存在于胞浆中，由许多低分子蛋白聚合而成，具有蛋白水解
8、酶的性质，能参与各种蛋白质的降解。LMP分子团中有多个催化位点，可使同一基质蛋白同步产生多种适合MHC类分子结合的肽段。nTAP是存在于内质网上的异源性二聚体，其功能是将胞浆中LMP加工过的抗原片段转运至内质网，并在内质网腔中组装免疫原性多肽MHC类分子复合体。nLMP及TAP均具多态性，在不同个体中LMP蛋白结合催化水解蛋白的部位不同，产生的肽段及抗原决定簇亦不同。因此，不同个体的MHC类分子对同一抗原提呈的抗原片段可不同，从而使不同机体对同一抗原的免疫应答可表现出个体差异，或产生免疫应答，或产生免疫耐受，或有自身免疫倾向，或表现出MHC相关疾病。n二.HLA类分子的分布、结构和功能nHLA
9、类分子是由经典HLA类基因HLA-DR、DQ、DP位点编码的分子产物，也称类抗原。n主要表达在某些免疫细胞表面，如B细胞、单核/巨噬细胞、树突状细胞、激活的T细胞，在精子和血管内皮细胞表面也有一定水平的表达。结构nHLA类分子是两条非共价键连接的异源多肽链即链与链组成的糖蛋白。n链分子量约2534kDa，链分子量约2429kDa。类分子二条链的细胞膜外侧部分含有二个功能区即1、2和1、2。n1和1共同决定了类分子的多态性，构成抗原肽结合部位。类分子抗原结合槽不像类分子抗原结合槽的两端有封闭氨基酸残基，这种非封闭式结构使得类分子可结合较长的抗原肽段，约为1415个氨基酸。类分子的1因其更具多态性
10、，所以在抗原提呈中更为重要。图5 人类HLA类分子化学结构示意图链链胞外区跨膜区胞浆区图6 人类HLA类分子立体结构示意图功能nHLA类分子的功能主要包括：n诱导同种移植排斥反应，包括宿主抗移植物与移植物抗宿主反应（详见移植免疫）。作为辅助性CD4+T细胞（Th细胞）的识别标志之一，参与外源性抗原的递呈（参见免疫应答），但在一定条件下也能提呈某些内源性抗原。n参与免疫应答调节。HLA类分子 HLA类分子 基因位点 HLA-BCA（100）HLA-DRDQDP(50)产物分布 所有有核细胞表面 APC，B 细胞，活化的 T 细胞 化学结构 4445KD链 2m 3234KD链 2932KD链 生
11、物学功能 T 细胞选择和分化 T 细胞选择和分化 内源性抗原结合部位 外源性抗原结合部位 CD8 细胞识别（CTL）CD4 细胞识别（Th）参与免疫调节 诱导移植排斥反应 诱导移植排斥反应 表1 HLA、类分子的特性比较n三.非经典HLA分子n非经典HLA类抗原又称HLAb，主要有HLA-E、HLA-F以及HLA-G等抗原分子组成。HLA-G是非经典HLA类抗原中最先证实存在于细胞膜表面的蛋白分子，HLA-G的分子结构与经典HLA类似，但分子量小于HLA-A、B、C，约37-39kD，等电点4.5-5.5，其中37kD的同种型不表达在细胞膜表面，只以可溶性形式存在。nHLA-G 与典型MHC类
12、分子不同：n缺乏多态性，至今只发现4种基因型，以两种表达形式：膜结合形式和溶解形式存在。nHLA-G表达具有组织特异性，主要存在于HLA-A、B、C等典型基因不存在的滋养层细胞上。n四.HLA分子的表达的特点n作为组织细胞表面标志，存在于不同分化、成熟阶段的免疫细胞表面。HLA类分子仅存在于激活的T细胞表面，而处于静止期的T细胞表面不表达HLA-类分子。n某些疾病，如传染性疾病、免疫性疾病以及肿瘤等均可影响细胞表达HLA分子。在AIDS患者的单核细胞表面HLA-类分子表达明显减少，某些肿瘤细胞表面HLA-类分子表达缺失或减少也较常见。n受生物活性物质的诱导。如细胞因子TNF和INF等均可增强H
13、LA-类分子表达，而INF-、IL-6以及GM-CSF等具有诱导HLA-类分子表达能力。第四节 HLA多态性的遗传基础nHLA是人类最丰富的多态性基因系统。n多态性（polymorphism）：是指群体中不同个体HLA基因型（表型）存在差别。在随机婚配的群体中，存在两种以上的等位基因，在群体中可以编码多种抗原分子，因此群体中不同个体在等位基因拥有状态上存在差别。群体中HLA表型具多样性，在人群中HLA表型可达到107数量级。在无关人群中，HLA表现型完全相同的可能性极小。nHLA分子的多态性由其编码基因的遗传特点所决定。n1.等位基因（allele）：位于同源染色体上对应位置的一对基因，称等位
14、基因。n2.复等位基因：在群体中，位于同一位点的基因系列，称复等位基因。n各编码产物名称首位字母为抗原编码基因位点。nHLA等位基因总数已达554个（1996年）。一.复等位基因DPW68DQ916DR53137CW1040B77148A7471DPW5DQ4DR3CW4B8A3DPW3DPW4DQ3DR2CW3B703A210DPW2DQ2DR103CW2B7A2DPW1DQ1DR1CW1B5A1DPDQDRCBA表2 人类HLA、类基因位点二.共显性表达n共显性遗传是决定HLA分子多态性的一个重要的遗传基础，即每一对等位基因位点的两个基因同是显性，其各自编码的特异性抗原分子可同时表达于细胞
15、膜表面，称为共显性遗传。HLA复合体中每一个等位基因均为共显性。n单元型（haplotype）：即单倍型，连锁在一条染色体上的HLA各位点的基因组合，称。即HLA基因在一条染色体上的组合。n分别来源于亲代父和母的两个同源单元型构成一个HLA基因型(genotype)，其编码产物称表现型（phenotype）。三.单元型遗传图7 HLA的表型、基因型与单体型图8 HLA单体型遗传示意图abcd四.连锁不平衡n连锁不平衡（linkage disequilibrium）：在群体中，某些等位基因组合呈现比期望值高得多或低得多的频率，称。即某两个或两个以上的等位基因同时在一条染色体上出现的几率高于随机出
16、现的频率。n我国较常见的HLA基因连锁不平衡的单元型，华北汉族群体为B17-CW2、B46-CW1、A32-CW2等第五节 HLA分型nHLA分型是研究HLA基因及其编码产物的分布、功能及其生物学、医学意义的必要手段。n主要包括经典的血清学方法、细胞学方法及近年发展较为迅速的分子生物学方法。第六节 HLA在医学上的意义n一、器官移植n二、免疫应答n1.抗原提呈与MHC的限制性n无论外源还是内源性抗原都需经细胞加工处理后形成抗原肽段，再与HLA、类分子结合，HLA-抗原肽段复合物共同表达于细胞膜表面，才能被CD8+T细胞或CD4+T细胞所识别。n特定T细胞识别特定类别的自身MHC分子而发挥免疫学
17、效应的现象称为MHC限制性或称限制性识别。n2.决定免疫应答能力n针对各种自然抗原的免疫应答能力与HLA相关性的统计学分析表明，HLA某些位点与免疫应答性存在明显的连锁不平衡，提示机体免疫应答能力受遗传基因调控。这些基因被相应地称作免疫应答基因(immune response gene,Ir)。nHLA是目前已知人类具有最复杂多态性的基因系统，免疫应答基因(Ir)也位于HLA复合体内，因此人们首先考虑的是HLA与某些免疫性疾病的相关性。nHLA与疾病的相关性，是通过人类患病人群和正常人群表达某一类HLA基因型的流行病学统计分析，以患病的相对危险率(relative risk，R.R)来表示基因
18、与疾病易感性间的关系。三、HLA与疾病的关系nR.R值即带有某种 HLA抗原位点的人群发病率是无此抗原人群发病率的倍数，数值越大其相关性越强，R.R值在3以上表示有明显相关性。n最典型的病例是人类强直性脊柱炎与B27之间具有高度相关性，在强直性脊柱炎患者中HLA-B27抗原阳性检出率为90%左右，而健康人群HLA-B27抗原阳性检出率为3%左右，经流行病学的统计分析，其相对危险率高达87。发生频率 相对危险性 疾 病 HLA 病人 对照（R.R）特发性血色素沉着症 A3 76 28.2 8.2 先天性肾上腺皮质增生 B47 9 0.6 15.4 关节强直性脊柱炎 B27 90 9.4 87.4
19、 亚急性甲状腺炎 B35 70 14.6 13.7 系统性红斑狼疮（SLE）DR3 70 28.2 5.8 多发性硬化 DR2 59 25.8 4.1 类风湿性关节炎 DR4 50 19.4 4.2 天疱疮 DR4 87 3.2 14.4 恶性贫血 DR5 25 5.8 5.4 表3 HLA抗原与某些疾病的相关性n大量的研究表明HLA类分子表达不良与恶性肿瘤的形成有关，在恶性肿瘤细胞表面的HLA类分子表达减少或缺乏，不能诱导CD8+CTL细胞有效地识别和杀伤肿瘤细胞，最终导致肿瘤细胞逃逸免疫监视。四、HLA与肿瘤的关系n由于HLA复等位基因的多态性是个体的终生遗传标记，也就表示两个没有亲缘关系
20、的个体之间，其全部HLA基因位点完全相同的几率几乎是零，因此可在基因和基因产物水平同时检测HLA基因型，用来进行亲子关系以及死亡者身份等方面的法医学鉴定。五、HLA检测在法医学上的应用nHLA单元型的基因位点组成及频率由于基因遗传的连锁不平衡等原因，导致不同人种、民族或不同地域的人群，其HLA单元型基因表达特点不同。n如中国人和日本人中A1极少，而在白种人则极多；黑种人独具AW43，却无A11及B27。因此，HLA分型也倍受人类学家的重视。六、HLA分型在人类学研究方面的应用nMHC是目前所知人类最复杂的遗传多态性系统，也是决定人类个体间免疫应答能力差异的决定因素，同时也是决定机体易感疾病的相关基因。nMHC的研究涉及免疫学、生物学、遗传学、分子生物学、医学等多个学科，有关研究已经达到相当深入的水平，并在诸多方面取得显著进展。n迄今为止，对人类MHC研究不仅使器官移植成为一种极有价值的治疗手段，并极大地推动了基础与临床免疫学的发展。
