主要組織相容性復(fù)合體及其編碼分子

1、第八章 主要組織相容性復(fù)合體及其編碼分子（ Major Histocompatibility Complex and molecules encoded by it ）有關(guān)概念：1. histocompatibility antigen)存在于哺乳動物有核細(xì)胞和血小板上，能引起迅速而強烈移植排斥反應(yīng)，代表個體特異性的抗原。人類的又稱為人類白細(xì)胞抗原（Human Leukocyte Antigen ，。小鼠的稱為H-2（既表示抗原，又表示基因）。是組織不相容性的主要決定者。2.主要組織相容性復(fù)合體(major histocompatibility complex, MHC )編碼主要組織相容性抗

2、原等功能蛋白的一組緊密連鎖的基因群，其編碼的蛋白質(zhì)主要參與抗原提呈和調(diào)控固有免疫應(yīng)答。MHC是位于哺乳動物中某一染色體區(qū)域的一組基因群，其產(chǎn)物是參與抗原提呈和T細(xì)胞激活的關(guān)鍵分子，在適應(yīng)性免疫應(yīng)答啟動和調(diào)節(jié)以及調(diào)控固有免疫應(yīng)答中具有重要作用。引起移植排斥反應(yīng)并不是其存在的主要意義。注：注意基因和基因產(chǎn)物的表達(dá)區(qū)分！以往MHC既代表基因又代表其表達(dá)產(chǎn)物。為了講解方便，我們規(guī)定：基因表示：MHC、MHC基因、 HLA基因編碼分子：MHC分子、 HLA（分子）、MHC-類分子、 HLA-類分子MHC-類分子、 HLA-類分子主要組織相容性抗原、人類白細(xì)胞抗原第一節(jié) MHC結(jié)構(gòu)及其多基因特性( str

3、ucture of MHC and its polygenic characteristics ) MHC結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，具有多樣性( diversity)。包括：多基因性(polygenic)指MHC的產(chǎn)物具有相同或相似的功能。多態(tài)性(polymorphism)指在(同一種群中)一個基因座位上存在多個等位基因 。 根據(jù)編碼分子的結(jié)構(gòu)和功能，本教材將MHC歸并成兩種類型：1.經(jīng)典的MHC類、類基因它們的產(chǎn)物具有抗原提呈功能，顯示出極為豐富的多樣性，直接參與T細(xì)胞的激活和分化，調(diào)控特異性免疫應(yīng)答。（為本章學(xué)習(xí)之重點?。?.免疫功能相關(guān)基因包括MHC 類基因 + 多種免疫功能相關(guān)基因不顯示或僅顯示有

4、限的多態(tài)性。一、經(jīng)典的MHC 類、類基因( classical MHC type and type genes )（一）小鼠H-2定位與結(jié)構(gòu)：位于小鼠染色體，長約1500kb，由多個亞區(qū)組成，按其編碼產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)與功能，分為3類：類（K、D、L）、類（I-A、 I- A和I-E、 I-E ） 類（主要編碼血清補體成分）H-2基因編碼產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)與功能特點：1. H-2 類基因：H-2K、H-2D、H-2L，編碼MHC-I類分子的重鏈(鏈)，輕鏈(-2m)由的其他基因編碼。2. H-2 類基因：也稱I （Immunity ）區(qū)，主要有I-A、I-E基因，編碼MHC-分子的重鏈（）和輕（）鏈。3. H

5、-2 類基因（也稱S區(qū)），為非經(jīng)典的MHC基因，主要是補體成分C2、C4a、C4b、Bf 的編碼基因。2個HSP、2個TNF的編碼基因。（二） 人類MHC（HLA 基因復(fù)合體 ）( human MHC , HLA genic complex )1. HLA復(fù)合體的結(jié)構(gòu) ：（1）定位于第六號染色體短臂6p21.31區(qū)，長3600kb。已知HLA復(fù)合體有224個基因座位，其中128個為功能性基因，96個為假基因。（2）根據(jù)其編碼分子的分布與功能不同分三個區(qū)：MHC-區(qū)有 B、C 、A 三個經(jīng)典基因座位，編碼類分子重鏈（鏈）。（另一輕鏈由2-m）MHC-區(qū)有DP、DQ、DR三個經(jīng)典基因座位，每個座位

6、又有A、B兩種基因，分別編碼類 分子的鏈、鏈。在群體中，DR亞區(qū)實際上有5個功能性基因，1個為編碼DR鏈的DRA基因，4個為編碼DR鏈的DRB座位，但每條染色體上最多有2個功能性基因。不同的DRB座位參與構(gòu)成不同的單體型，并表達(dá)不同的DR抗原特異性。（參見圖8-4）MHC-區(qū)為非經(jīng)典的MHC基因。有補體、TNF等編碼基因。二、類和類基因的表達(dá)產(chǎn)物HLA分子（一）HLA-I 類分子鏈（重鏈）由MHC-A、B、C基因編碼。鏈（又稱2-微球蛋白，2-m）由15號 染色體的基因編碼，無跨膜區(qū)。鏈胞外區(qū)有三個結(jié)構(gòu)域：1、2、3。1、2構(gòu)成抗原結(jié)合凹槽(多態(tài)區(qū)) ，各折疊成一個螺旋（凹槽壁）及4條片層（凹

7、槽底）。3(非多態(tài)區(qū))屬IgSF輕鏈的基本結(jié)構(gòu)：2-微球蛋白，可溶性，無跨膜區(qū)，序列高度保守，作用為穩(wěn)定類分子，使其有效地表達(dá)在細(xì)胞膜表面。（二）HLA-II類分子結(jié)構(gòu)與HLA-分子極為相似，也為重鏈()、輕鏈()構(gòu)成，不同之處在于： ( 1 )鏈、鏈均為經(jīng)典HLA-基因編碼。（2）鏈、鏈各有2個結(jié)構(gòu)域：1、21 、2 1/1（多態(tài)區(qū)） 構(gòu)成 HLA-II 抗原結(jié)合凹槽。2是與 T 細(xì)胞膜表面CD4分子結(jié)合的部位。（三）HLA分子的組織分布1、HLA-I類分子：有核細(xì)胞表面（如白細(xì)胞、淋巴細(xì)胞、肝、腎、肌肉細(xì)胞）和血小板。（但有的神經(jīng)細(xì)胞、胎盤滋養(yǎng)層細(xì)胞不表達(dá)。）2、HLA-II類分子：專職A

8、PC激活的T細(xì)胞胸腺上皮細(xì)胞。（四）MHC分子的基本功能1.MHC-I類分子：識別和提呈抗原肽，與輔助受體CD8結(jié)合，對CTL的識別起限制作用。2.MHC-II類分子：識別和提呈抗原肽，與輔助受體CD4結(jié)合，對Th的識別起限制作用。（五）經(jīng)典MHC等位基因的共顯性表達(dá)：MHC類和類等位基因產(chǎn)物的表達(dá)具有共顯性特點，即同源染色體對應(yīng)座位上的兩個等位基因皆能表達(dá)。故一個APC的表面通?？梢詸z測到分別來自父母雙方6對共12種MHC類和類等位基因分子即HLA抗原。三、免疫功能相關(guān)基因(genes associated with immune fuction)MHC中的免疫功能相關(guān)基因不顯示或僅顯示有限

9、的多態(tài)性。其產(chǎn)物一般不直接提呈抗原，但參與抗原的加工處理，且在固有免疫和免疫調(diào)節(jié)中發(fā)揮重要作用。（一）血清補體成分編碼基因位于MHC中部，為類基因，有編碼C4A、C4B、Bf 和C2的4種成分的基因。（二）Ag加工提呈相關(guān)基因(genes associated with antigen processing)1. 蛋白酶體亞單位(proteasome subunit beta type, PSMB)基因 包括PSMB8和PSMB9。編碼胞質(zhì)溶膠中蛋白酶體亞單位成分（proteosome源性Ag的酶解。2. Ag加工相關(guān)轉(zhuǎn)運物 (transporter associated with antig

10、en processing, TAP )基因 TAP為內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上的一個異二聚體分子，分別由TAP1和TAP2性抗原肽從胞質(zhì)溶膠運入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)。3. HLA-DM基因 有DMA、DMB兩個座位，編碼、鏈），參與外源性抗原的加工遞呈（幫助溶酶體中的Ag肽進(jìn)入MHC類分子的抗原結(jié)合槽）。4. HLA-DO 基因 有DOA、DOB兩個座位，分別編碼DO分子的、鏈，是DM分子的負(fù)向調(diào)節(jié)蛋白。5.TAP相關(guān)蛋白( TAP-associated protein )基因產(chǎn)物稱為tapsin,參與類分子在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中裝配和內(nèi)源性Ag的加工提呈。（三）非經(jīng)典類基因 ( non-classical typegenes )非

11、經(jīng)典(non-classical)類基因又稱HLA- b，即b型類基因，現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)的有HLA-E、F、G、H等。他們也編碼（非經(jīng)典的）類分子，但顯示較少的多樣性，一般不參與外來Ag的提呈。其中研究較多的是 HLA-E和HLA-G。1. HLA-E產(chǎn)物也由鏈和2-m組成，已檢出9種等位基因。HLA-E分子可表達(dá)于各種組織細(xì)胞，在羊膜和滋養(yǎng)層細(xì)胞胞和部分CTL的抑制性受體CD94/NKG2提呈自身抗原肽（HLA-a分子和HLA-G分子信號肽的十分保守的9肽），抑制NK的殺傷活性。在母胎耐受形成中起重要作用，可能也與病毒逃避免疫攻擊有關(guān)。2. HLA-G其產(chǎn)物也是由鏈和2-m組成，重鏈已檢出23種等位

12、基因。HLA-G分子主要分布于母胎界面絨毛外滋養(yǎng)層細(xì)胞，在母胎耐受中發(fā)揮功能。專一性受體屬于殺傷細(xì)胞 Ig 樣受體（為抑制性受體）家族中的某些成員。（四）炎癥相關(guān)基因在HLA類基因區(qū)靠類基因一側(cè)，有多個涉及炎癥反應(yīng)的基因座位：（1） TNF基因家族 包括TNF(TNF)、LTA（TNF）和LTB（LT）三個座位，參與炎癥、抗病毒、抗腫瘤免疫。（2） 轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)基因或轉(zhuǎn)錄因子基因家族 包括類 IB(IBL)等基因，可參與調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄因子NF-B的活性。該家族還有B144基因、鋅指基因ZNF等。（3）MHC類相關(guān)基因（MIC）家族包括MIC A和MIC B等基因，MICA座位已檢測到61個等位基因。MI

13、C是NK細(xì)胞激活性受體NKG2D的配體。MICA和MICB主要表達(dá)在某些腫瘤細(xì)胞膜上。（4）熱休克蛋白（HSP）基因家族 包括HSP70基因，其產(chǎn)物參與炎癥與應(yīng)激反應(yīng)，并作為分子伴侶在內(nèi)源性抗原的加工、提呈中起作用。第二節(jié) MHC的多態(tài)性一、多態(tài)性(polymorphism )的基本概念1. polymorphism（多態(tài)性）指一個基因座位上存在多個等位基因(allele) 。（如同血型A、B、O型基因） MHC是人體多態(tài)性最豐富的基因系統(tǒng)。多態(tài)性是一個群體概念，指群體中不同個體在等位基因擁有狀態(tài)上存在差別。MHC基因是截至2006年7月，已確定的MHC等位基因總數(shù)達(dá)到2641個。等位基因數(shù)最

14、多的MHC B座位有805個，而DRB1有527個。于一個個體，每個基因座位上都有兩個分別來自父母的等位基因（一對同源染色體），這種組合是隨機的，并且為共顯性表達(dá)（表型）。故非親緣關(guān)系個體擁有的兩個B座位等位基因如果是從包含805個基因的多態(tài)性中隨機取樣，則相同的機會必然不高。同樣，同一個體同一細(xì)胞上的兩個B座位基因及其產(chǎn)物也很難相同。2. HLA等位基因及抗原的分類與命名（1）統(tǒng)一命名原則：以*為界，*之前為，*之后為。如HLA-A*0103、HLA-DRB1*1102等。（2）不同等位基因及其產(chǎn)物在結(jié)構(gòu)上存在差異，主要表現(xiàn)在抗原結(jié)合槽的氨基酸殘基的組成和序列不同，故類分子的1和2，類分子的

15、1和1是其多態(tài)區(qū)。（3）采用PCR技術(shù)針對性地擴增相應(yīng)的基因片段后，通過測序或特異性探針雜交，確定不同個體的等位基因特異性，找出屬于某個體的12種、類分子的編碼基因，稱為HLA基因分型（genotyping）。這對尋找合適的器官移植供、受體，分析疾病易感基因、法醫(yī)學(xué)親子等身份鑒定是十分重要的。二、連鎖不平衡和單體型（1）連鎖不平衡現(xiàn)象：HLA不同基因座位的各種等位基因在人群中以一定的頻率出現(xiàn)。按照隨機分配的規(guī)律，兩個特定等位基因型別同時出現(xiàn)在一條染色體上的頻率應(yīng)為各等位基因頻率之乘積。 但實際并非如此，已發(fā)現(xiàn)某些基因比其他基因更多（或更少）地連鎖在一起，HLA-DRB1*0901和DQB1*0

16、701在北方漢族人群中的頻率分別為15.6%和21.9%，這兩個基因同時出現(xiàn)在一條染色體上的幾率應(yīng)為二者的乘積(0.156×0.219=0.034)，即3 .4%，而實際上它們在一個單體型中出現(xiàn)的頻率為11.3%。這就是連鎖不平衡。即： 分屬兩個或兩個以上基因座位的等位基因同時出現(xiàn)在一條染色體上的幾率高于隨機出現(xiàn)的頻率。（2）由此引出單體型（haplotype）的概念染色體上MHC不同座位等位基因的特定組合。連鎖不平衡使某些單體型在群體中可呈現(xiàn)較高的頻率，能顯示group)的群體基因特點。如：中國漢族人中具有特征性的HLA單體型有A2-B46-Cw3-DR9-DQ9-Dw23、A33

17、-B17-Cw2-DR3-DQ2-Dw3等。連鎖不平衡有助于從無血緣關(guān)系的人群中尋找HLA相匹配的器官移植供者。 附：單體型遺傳方式連鎖在一條染色體上的等位基因的組合構(gòu)成一個單體型（相當(dāng)于單倍型）。在遺傳過程中，HLA單體型作為一個完整的遺傳單位由親代傳到子代。 親代與子代同一父母的兄弟姐妹，比較其單體型只會有三種可能性：完全相同，機率25%完全不同，機率25%一個單體型相同，機率50%無關(guān)人群中兩個單體型所有等位基因完全相同的概率極小（同卵雙生者相同）。這些特征使得HLA系統(tǒng)成為人體中多態(tài)性最豐富的系統(tǒng)。也使每個個體所具有的HLA成為其特有的生物學(xué)身份證，即個體性標(biāo)志。（3）HLA多態(tài)性的產(chǎn)

18、生及其意義多態(tài)性主要為經(jīng)典的類基因和類基因所有，這與它們的產(chǎn)物參與Ag提呈有關(guān)。由于不同的MHC等位基因的產(chǎn)物可以提呈不同的Ag肽，誘發(fā)出特異性和強度不同的免疫應(yīng)答，MHC的多態(tài)性從基因儲備上造成了對Ag（病原體）入侵反應(yīng)性和易感性不同的個體。這一現(xiàn)象的群體效應(yīng)，是賦予物種極大地應(yīng)變能力。使之能對付多變的環(huán)境條件及各種病原體的侵襲。這是MHC高度多態(tài)性具有強大生命力的體現(xiàn)，是長期自然選擇的結(jié)果。第三節(jié) MHC分子和抗原肽的相互作用HLA分子的最基本功能：與抗原肽結(jié)合并遞呈抗原肽給T淋巴細(xì)胞供其識別。HLA-類分子主要遞呈經(jīng)加工處理過的內(nèi)源性抗原（如自身Ag、腫瘤Ag、病毒Ag），為CD8T淋巴

19、細(xì)胞識別；HLA-類分子主要遞呈經(jīng)加工處理的外源性抗原，并遞呈給CD4 T細(xì)胞。 MHC分子以抗原結(jié)合槽接納Ag肽。類分子凹槽兩端封閉，接納810個氨基酸殘基的肽段；類分子凹槽兩端開放，接納13 17個氨基酸殘基（或更多）的Ag肽。一、抗原肽和HLA分子相互作用的分子基礎(chǔ)研究發(fā)現(xiàn)某一特定HLA分子凹槽中洗脫下來的各種天然Ag肽的某兩個或兩個以上位置的氨基酸殘基是相同的，它們是抗原肽與MHC分子抗原結(jié)合槽結(jié)合的部位。錨定位Ag肽與HLA分子凹槽相結(jié)合的特定部位（從氨基末端數(shù)第幾位氨基酸）。 錨定殘基（anchor residue）Ag肽錨定位的氨基酸殘基類別。共用模體（motif，基序）抗原肽分

20、子的錨定殘基與MHC分子抗原結(jié)合凹槽結(jié)合。與同一型別MHC分子結(jié)合的不同抗原肽，其錨定位的錨定殘基相同或相似，即其所接納的抗原肽有一個共用模體。類分子結(jié)合的Ag肽長度變化于1417個氨基酸之間，但中段仍有對應(yīng)于類分子的9肽核心序列。HLA-II類分子結(jié)合抗原肽的情況比較復(fù)雜，一是（往往有4個錨定位），二是錨定殘基的氨基酸種類的變化較大。如HLA-DRB1*0405接納的抗原肽有P1、P4、P6、P9四個錨定位，每個錨定位的氨基酸殘基可以是25種。（二、抗原肽和MHC分子相互作用的特點具有一定的專一性是指MHC提呈抗原的相對特異性（選擇性）的共同模體選擇性地結(jié)合抗原肽。由此推知，不同MHC等位基

21、因產(chǎn)物有可能提呈同一抗原分子的不同表位，造成不同個體對同一抗原應(yīng)答強度的差異，這實際上是MHC以其多態(tài)性參與和調(diào)控免疫應(yīng)答的一種重要機制。具有一定的包容性（flexibility）MHC與抗原分子的結(jié)合并不象抗體與抗原結(jié)合那樣高度專一，二者并不是一對一的關(guān)系。故，一種MHC分子可以結(jié)合多種抗原肽，活化多個抗原特異T細(xì)胞克隆；不同MHC分子接納的抗原肽，也可以擁有相同的共同基序。例如：在HLA-I類分子中確認(rèn)了A2、A3、B4、B44四個家族的成員可選擇性地共同識別擁有相同或相似錨定殘基的抗原肽。這意味著，能夠被某一HLA分子識別和提呈的抗原肽，也可被該家族其他分子所提呈。這種包容性對應(yīng)用肽疫苗

22、進(jìn)行免疫預(yù)防和免疫治療提供了便利。第四節(jié) MHC的生物學(xué)功能一、作為抗原提呈分子參與適應(yīng)性免疫應(yīng)答1T細(xì)胞以其TCR實現(xiàn)對抗原肽和MHC分子的雙重識別TCR在識別抗原肽的同時也識別APC細(xì)胞的MHC分子是否與自身相同。 CD4+Th細(xì)胞識別CD8+CTL識別的內(nèi)源性抗原肽。因此形成T細(xì)胞在抗原識別和發(fā)揮效應(yīng)功能中的MHC restriction）。2被MHC分子結(jié)合并提呈的成分，可以是自身抗原，甚至是MHC分子本身。因此， MHC參與構(gòu)成自身免疫性、 參與對非己抗原的應(yīng)答、 建立）。3MHC是疾病易感性個體差異的主要決定者已確認(rèn)MHC中存在調(diào)控適應(yīng)性免疫應(yīng)答的免疫應(yīng)答基因（Ir基因）和免疫抑制

23、基因（Is基因），以及近代確認(rèn)的疾病關(guān)聯(lián)原發(fā)成分，都證明是特定的MHC等位基因（或與之緊密連鎖的疾病易感基因）或其產(chǎn)物。其作用機制和MHC分子的抗原提呈功能密切相關(guān)。 4. MHC參與構(gòu)成種群基因結(jié)構(gòu)的異質(zhì)性由于不同MHC分子加工提呈的抗原肽往往不同，這一特點賦予不同個體抗病能力的差異，在群體水平有助于增強物種的適應(yīng)能力，推動生命的進(jìn)化。二、作為調(diào)節(jié)分子參與固有免疫應(yīng)答免疫功能相關(guān)基因參與調(diào)控固有免疫應(yīng)答：1. MHC 類基因編碼補體成分，參與炎癥反應(yīng)、對病原體的殺傷、免疫性疾病的發(fā)生。2. 非經(jīng)典的I類和MICA基因體，調(diào)節(jié)NK細(xì)胞和部分殺傷細(xì)胞的活性。3.炎癥相關(guān)基因參與啟動和調(diào)控炎癥反應(yīng)，并在應(yīng)激反應(yīng)中發(fā)揮作用。第五節(jié) HLA與臨床醫(yī)學(xué)一、HLA與器官移植HLA等位基因的匹配程度（一致性）是器官移植成敗的最關(guān)鍵因素。組織相容性程度的確定，需對供、受者作HLA分型和進(jìn)行交叉配合試驗