1、第12章 免疫遺傳學(xué)(Immunogenetics) 免疫學(xué)起源于拉丁文 “immune”， 意為“安全”。是人體的一種生理防御功能。 人體依靠這種功能識別“自己”和“非己”成分，從而破壞和排斥進(jìn)入人體的抗原物質(zhì)，或人體本身產(chǎn)生的損傷細(xì)胞和腫瘤細(xì)胞等，以便維持人體內(nèi)部環(huán)境的平衡和穩(wěn)定。機(jī)體的免疫應(yīng)答途徑：體液免疫 APC、MHC-和輔助T細(xì)胞的作用 漿細(xì)胞分泌抗體攻擊特異性抗原細(xì)胞免疫 MHC-I的抗原遞呈作用 細(xì)胞毒性T細(xì)胞的直接殺傷和凋亡效應(yīng)體液免疫應(yīng)答抗原抗原遞呈細(xì)胞(APC)MHC-IITH細(xì)胞細(xì)胞因子B細(xì)胞漿細(xì)胞抗體病毒MHC-I細(xì)胞毒性T細(xì)胞直接殺傷誘導(dǎo)凋亡攜帶內(nèi)源性抗原的靶細(xì)胞抗

2、原誘導(dǎo)細(xì)胞免疫應(yīng)答Immunogenetics is the study of genetics of theimmune system， specially focuses on the genesunderlying our capacity to defend against a highly Diverse array of pathogens.免疫遺傳學(xué) 是醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)的一個分支主要研究人體免疫系統(tǒng)抵抗變化萬千的病原體入侵的基因?qū)W基礎(chǔ)。1901年奧地利科學(xué)家Landesteiner經(jīng)過研究，將人的血液分為A型、B型、AB型、O型四種，也就是ABO血型。除ABO血型系統(tǒng)外，人類還有一些其

3、它的血型系統(tǒng)，如Rh、MN血型系統(tǒng)等。一、ABO 血型系統(tǒng)輸血和器官移植中重要的血型系統(tǒng) 供體與受體不適配，可引起輸血或排斥反應(yīng)由三組基因所編碼： IA、IB 和i 基因定位于9q34.1-9q34.2 H和h 基因定位于19號染色體 Se和se 基因定位于19號染色體Se基因產(chǎn)物為L-巖藻糖轉(zhuǎn)移酶，在分泌腺中發(fā)揮作用 基因型為Se/Se或Se/se的個體為分泌型（體液存在抗原） 基因型se/se為非分泌型緊密連鎖ABO基因型與血型的關(guān)系基因型血型抗體基因活性IAIAAAnti-BN-Ac-gal transferaseIAiAAnti-BIBIBBAnti-AGal transferaseI

4、BiBAnti-AIAIBABNoneN-Ac-gal &Gal-transferaseiiOAnti-A & Anti-BNoneABO血型遺傳A型標(biāo)準(zhǔn)血清（抗B）B型標(biāo)準(zhǔn)血清（抗A）模擬血型鑒定血型ABOAB習(xí)題演練父親為A血型，母親為B血型，所生育一個女兒為A血型，另一個女兒為B血型，如果再生育，孩子的血型可能有：答案：A、B、AB和O三、血型不相容1、輸血反應(yīng)輸血原則：同型輸血，交叉配血2、新生兒溶血癥(hemolytic disease of the newborn,HDN)機(jī)制:胎兒細(xì)胞進(jìn)入母體引起免疫應(yīng)答,母體產(chǎn)生的IgG進(jìn)入胎兒血循環(huán),引起免疫性溶血臨床癥狀: 輕：輕度貧血、黃

5、疸； 重：死胎、流產(chǎn)；或貧血水腫腹水，易夭折類別總例數(shù)抗A 抗體抗B 抗體32 6432 641 次妊娠311031172 次妊娠2939314表1 “O”型血孕婦不同孕次IgG抗A(B)效價比較類別總例數(shù)抗A 抗體抗B 抗體32 6432 64孕早期3284911孕晚期3284713產(chǎn)后(13d)3293713表2 “O”型血孕婦1 次妊娠不同孕期IgG抗A(B)效價比較研究實(shí)例Rh溶血(14.6%) ：Rh-的母親初次被Rh+抗原致敏后，妊娠Rh+的胎兒時，“再次免疫”，產(chǎn)生IgG抗體，透過胎盤，使新生兒溶血，嚴(yán)重者致死。初次致敏原因：第一胎妊娠Rh+胎兒，接受過Rh+血液輸入，當(dāng)年母親出

6、生，其Rh+母親血液進(jìn)入（外祖母學(xué)說）。臨床上較少見，但癥狀較重。Rh incompatibility兩種新生兒溶血癥比較第2節(jié) 主要組織相容性復(fù)合體 MHC分類：按血清學(xué)和生化特點(diǎn)，分為、和分子結(jié)構(gòu)：均由一條和鏈非共價結(jié)合而成MHC (Major Histocompatibility Complex)是位于哺乳動物某一染色體上的一組緊密連鎖的基因群(gene complex)，其編碼的產(chǎn)物稱為MHC分子或MHC抗原，是移植排斥反應(yīng)的主要決定簇，在組織相容性的決定中起著主要作用。小鼠的MHC稱為H-2系統(tǒng)人的MHC即HLA系統(tǒng)基因定位：6p21.31分類：、類一、HLA系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與組成II類基

7、因區(qū)III類基因區(qū)I類基因區(qū)編碼編碼HLA-II類分子HLA-I類分子補(bǔ)體成分等MHC-I類分子表達(dá)于除成熟紅細(xì)胞、滋養(yǎng)層細(xì)胞和神經(jīng)細(xì)胞之外的各種有核細(xì)胞、血小板和網(wǎng)織紅細(xì)胞表面。MHC-II類分子主要表達(dá)于B細(xì)胞、樹突狀細(xì)胞、單核/巨噬細(xì)胞和活化的T細(xì)胞表面。MHC分子的分布：MHC-III類分子主要是一些存在于血清及其他體液中的可溶性分子。HLA類分子的結(jié)構(gòu)鏈和2m非共價結(jié)合的異二聚體分子。鏈由胞外區(qū)、跨膜區(qū)和胞內(nèi)區(qū)組成。 胞外區(qū)： 1、 2 和 3 封閉的肽結(jié)合槽 非共價結(jié)合2m （容納812個aa） 結(jié)合CD8分子（Tc） 多態(tài)性的基礎(chǔ) 跨膜區(qū)(TM)、胞內(nèi)區(qū)(CY)： 穿胞膜入胞內(nèi)，

8、錨定類分子2m無種屬特異性，有助于維持類分子天然構(gòu)象的穩(wěn)定性.MHC-類分子的結(jié)構(gòu)異二聚體分子（鏈和鏈）胞外區(qū) 1、 1 2、2 開放的肽結(jié)合槽 Ig超家族 （容1317個aa） 結(jié)合CD4分子（Th） 多態(tài)性的基礎(chǔ) 槽外側(cè)可結(jié)合超抗原跨膜區(qū) 、胞內(nèi)區(qū) 作用似類分子。 抗原肽結(jié)合單位： 負(fù)責(zé)接納抗原肽，也是被TCR識別的部位；Ig樣單位： 包括MHC-3和2m以及MHC-的2和2，除了維持MHC分子的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定之外，還分別與T細(xì)胞表面的CD4和CD8分子結(jié)合；跨膜單位： 由連接肽，穿膜區(qū)和胞漿區(qū)組成，具有一定的信號傳導(dǎo)功能。MHC分子包括三個功能單位HLA復(fù)合體的遺傳特征：1.共顯性遺傳 增加H

9、LA抗原的復(fù)雜性和多態(tài)性2.單倍型(haplotype)遺傳單倍型：連鎖于一條染色體上的等位基因組合。分別來自父母的兩個同源單倍型構(gòu)成HLA的基因型，其編碼產(chǎn)物為表現(xiàn)型。3. 基因位點(diǎn)的高度遺傳多態(tài)性增加了移植配型的難度，但賦予物種極大的應(yīng)變能力。4. 連鎖不平衡（linkage disequilibrium）HLA的基因緊密連鎖，不發(fā)生同源染色體交換。二、HLA與疾病的關(guān)聯(lián) 很多自身免疫性疾病的發(fā)生都與遺傳有關(guān)。迄今已發(fā)現(xiàn)70多種疾病與HLA基因多態(tài)性相關(guān)聯(lián)，其中大多數(shù)的自身免疫性疾病與HLAII類基因關(guān)聯(lián)。1. 攜帶HLA-DR4的人罹患類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎的風(fēng)險比正常人高6倍。2. I型糖尿?。?/p>

10、胰島素依賴性糖尿病）攜帶HLA-DR3和-DR4基因的白人發(fā)病率是正常人的20倍。HLA與疾病的相關(guān)性 強(qiáng)直性脊柱炎患者類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎導(dǎo)致關(guān)節(jié)變形系統(tǒng)性紅斑狼瘡約40面頰部蝴蝶形紅斑或盤狀紅斑三、HLA配型與器官移植組織器官移植的排斥反應(yīng)組織不相容性：供受體抗原差異，受體免疫系統(tǒng)識別異已引發(fā)的排斥反應(yīng)排斥反應(yīng)的主要原因：HLA抗原（尤其是HLA-A、HLA-B、HLA-DR）和ABO抗原的差異器官移植配型： 1.ABO抗原配型 2.HLA抗原配型 HLA配型與腎移植：HLA-A、B、DR、（DQ）無錯配者5年存活率為70%。HLA型別的匹配程度- 配型 決定了移植物存活率的高低 HLA為單元型

11、遺傳，親子之間一定有一個單元型相同，同胞之間一個單元型相同幾率有50%，兩個單元型相同幾率為25%，兩個單元型不同幾率為25% 因此，器官移植時盡可能選擇有血緣關(guān)系的供體。進(jìn)行組織器官移植時，往往因供受者之間的HLA型別不同而發(fā)生移植排斥反應(yīng)，其排斥反應(yīng)的強(qiáng)弱依次為無親緣關(guān)系者親屬同胞同卵孿生兒PCR-SSP分型:使用序列特異性引物(SSP)特異性地擴(kuò)增HLA基因,然后通過凝膠電泳檢測PCR產(chǎn)物,根據(jù)是否得到PCR產(chǎn)物,以及產(chǎn)物的片段大小來指定HLA基因型PCR-SSOP分型:首先使用PCR 擴(kuò)增某一段HLA 基因,然后通過與序列特異性寡核苷酸探針(SSOP)雜交來鑒定HLA型 SBT分型:以

12、測定DNA序列為基礎(chǔ)的HLA基因分型 傳統(tǒng)HLA配型方法血清學(xué)、細(xì)胞學(xué)方法：交叉反應(yīng)、分辨率低、錯誤率高、受抗體來源限制，只是表型匹配分子生物學(xué)方法DNA分型:分辨率高、快速、準(zhǔn)確，基因型匹配HLA的DNA分型第3節(jié) 抗體的基因結(jié)構(gòu) 及其基因重排四條對稱的多肽鏈2重鏈 2輕鏈通過二硫鍵連接構(gòu)成Ig單體 “T”/“Y”形 一、免疫球蛋白(immunoglobulin,Ig)的基本結(jié)構(gòu)NCN重鏈與輕鏈重鏈（heavy chain，H鏈） 450550個 氨基酸殘基 分子量 約5575kD根據(jù)Ig重鏈抗原性的差異分五類： - IgG - IgM - IgA - IgD - IgE輕鏈（light c

13、hain，L鏈） 重鏈的1/2 214個氨基酸殘基 兩型:、 正常人血清Ig := 2:1天然的Ig單體 兩條重鏈同類 兩條輕鏈同型可變區(qū)和恒定區(qū)可變區(qū)(variable region, V區(qū)） 近N端 1/2 L鏈（VL） 1/4（或1/5） H鏈（VH） NC氨基酸組成及序列變化大二、Ig基因的結(jié)構(gòu)及其多樣性的發(fā)生 Ig基因主要包括:L、V、D、J、C五類基因片段L（leader）：信號肽，肽鏈通過其向內(nèi)質(zhì)網(wǎng)外運(yùn)輸V（variable）：可變區(qū)，編碼Ig可變區(qū)肽鏈D（diversity）：多變區(qū)，編碼Ig多變區(qū)肽鏈J（joining）：連接區(qū)，V區(qū)肽段的一部分C（constent）：恒定區(qū)

14、，編碼Ig恒定區(qū)肽鏈編碼的肽鏈基因符號基因定位和基因庫染色體基因結(jié)構(gòu)輕鏈鏈IGK2p11L-V-J-C 四個基因節(jié)段組成鏈IGL22q11L-V-J-C 四個基因節(jié)段組成重鏈： H 鏈IGH14q32L-V-D-J-C 五個基因節(jié)段組成免疫球蛋白基因定位基因重排產(chǎn)生抗體的多樣性 B細(xì)胞胚系DNA上有許多組成Ig分子的基因，這些基因在受到不同抗原刺激后發(fā)生重排，隨機(jī)重排翻譯成大量的具有不同特異性的Ig。 抗體多樣性的發(fā)生原因利根川進(jìn)獲1987年諾貝爾醫(yī)學(xué)獎重鏈基因家族V/D/J重排: 分為兩個階段,首先D-JH基因節(jié)段重組;然后VH與DJH基因節(jié)段重組。由于V/D/J重排和V/D、D/J接頭處的

15、靈活性,約計(jì)能夠產(chǎn)生5.0106(300306910)種重鏈活性基因。體細(xì)胞水平V-D-J重組，可產(chǎn)生240萬種重鏈 輕鏈基因重排： 首先進(jìn)行V與J連接，VJ再與C區(qū)基因連接聯(lián)結(jié)時V和J不同節(jié)段的組合,加上V/J接頭處的靈活性,可產(chǎn)生至少7500(150 x5x10)(假定V/J接頭處的靈活性提供10種組合)種不同的輕鏈活性基因。L鏈和H鏈組合起來能夠產(chǎn)生4.01010 種不同的Ig分子。 等位排斥 (allelic exclusion) 等位排斥是指在同一個細(xì)胞內(nèi)一對同源染色體上的兩個等位基因中,只有一個基因發(fā)生重排,其等位基因則不能表達(dá)。 同型排斥是和 基因家族中只有一個家族處于活性狀態(tài)，

16、另一種家族活性被排斥抑制。 DNA重組產(chǎn)生的類轉(zhuǎn)換 （class switching） 抗原刺激后，B細(xì)胞在分泌IgM和（或）IgD的同時，發(fā)生重鏈VDJ基因與CH基因的轉(zhuǎn)換性重排，即VDJ從與C基因連接轉(zhuǎn)換到與C或C、C基因連接，從而使B細(xì)胞能夠產(chǎn)生具有同樣抗原特異性但恒定區(qū)不同的其他類型的抗體，此過程即類轉(zhuǎn)換。體細(xì)胞突變 體細(xì)胞在發(fā)育過程中可發(fā)生基因突變，這種突變主要發(fā)生在V基因。體細(xì)胞突變擴(kuò)展了原有胚系基因片段的多樣性?；蚬?jié)段連接的不精確性又增加了Ig的多樣性抗體分子多樣性的遺傳基礎(chǔ)多個胚系基因片段的隨機(jī)組合 體細(xì)胞水平 V-J 和 V-D-J 重組多樣性 連接點(diǎn)插入額外核苷酸, DH

17、兩側(cè) 體細(xì)胞高突變, V基因 輕鏈和重鏈的隨機(jī)組合綜合起來可產(chǎn)生：幾百億種免疫球蛋白分子三、遺傳性抗體缺乏癥1.嬰兒無丙種球蛋白血癥（Bruton型） * X連鎖隱性遺傳，女性為攜帶者，男性發(fā)??； * B細(xì)胞發(fā)育停滯于前B細(xì)胞階段 *血清中各類Ig 水平明顯降低或缺失（IgG2g/L） *反復(fù)化膿性細(xì)菌感染2.先天性低丙種球蛋白血癥 * X連鎖隱性遺傳 *患兒胸腺和全身淋巴樣組織皆發(fā)育不全 *免疫球蛋白低于正常水平 第4節(jié) T細(xì)胞受體的遺傳 T淋巴細(xì)胞在免疫應(yīng)答中起著關(guān)鍵的作用。 T淋巴細(xì)胞表面有一種識別分子,可以像抗體一樣進(jìn)行識別,為區(qū)別于抗體, 把它稱為T細(xì)胞受體(T cell recep

18、tor, TCR)。 TCR與抗體的主要差別是,抗體是以細(xì)胞表面分子或者可溶性分泌分子兩種形式產(chǎn)生,而TCR僅存在于細(xì)胞表面。內(nèi)源性或外源性抗原肽和MHC結(jié)合形成MHC-肽復(fù)合物，被TCR所識別，從而啟動免疫反應(yīng)。 TCR具有高度多樣性，根據(jù)推算，一個個體帶有不同TCR分子的T細(xì)胞數(shù)可達(dá)10151018。 一、T細(xì)胞和TCR的結(jié)構(gòu)及其類型 TCR是T細(xì)胞的一種表面標(biāo)志。TCR與CD3呈復(fù)合物的形式存在于抗原特異性T細(xì)胞表面。 TCR的多肽鏈?zhǔn)钱愘|(zhì)性的,根據(jù)抗原結(jié)構(gòu)和編碼基因不同,已經(jīng)發(fā)現(xiàn)有、4種多肽鏈,根據(jù)其組成不同分為兩種類型: TCR（II型，占95%，廣泛分布） TCR（I型，占5%，局限分布） 組成TCR分子的、四條肽鏈可分為胞外段、穿膜段（TM）、和細(xì)胞質(zhì)（CY）三部分。肽鏈羧基端在細(xì)胞質(zhì)內(nèi)，氨基端在細(xì)胞外。 胞外段根據(jù)氨基酸順序變化、大小分為可變區(qū)（V）及恒定區(qū)（C）。 鏈可變區(qū)又分為3個超變區(qū)也稱互補(bǔ)決定區(qū)（complementarity determing regions，CDR）即CDR1、CDR2、CDR3。 CDR3：變異性最大，結(jié)合外來抗原肽，決定TCR的抗原特異性。 CDR1、CDR2：識別和結(jié)合MHC分子，參與細(xì)胞識別中的MHC限制性。二、TCR基因結(jié)構(gòu)、重排與表達(dá)1. TCR 的基因結(jié)構(gòu) 鏈(14號染色體): V,