1、1,主要組織相容性復(fù)合體(MHC),北京大學(xué)醫(yī)學(xué)部免疫學(xué)系 2014年11月,2,MHC的發(fā)現(xiàn),20世紀(jì)40年代，小鼠近交系之間皮膚移植物的排斥由分布在染色體不同位置的多個(gè)基因決定，編碼其中發(fā)揮主要排斥作用抗原的基因緊密連鎖在一起稱為主要組織相容性復(fù)合體 （major histocompatibility complex, MHC) 。,3,MHC是一組決定移植組織是否相容,與免疫應(yīng)答密切相關(guān)、緊密連鎖的基因群。 哺乳動(dòng)物都擁有MHC，人的MHC統(tǒng)稱為人類白細(xì)胞抗原（human leukocyte antigen, HLA）基因復(fù)合體(HLA complex) ，小鼠的MHC稱為H-2基因復(fù)合

2、體(H-2 complex) 。 人MHC或MHC分子：HLA抗原、HLA分子,4,第一節(jié) 人類MHC結(jié)構(gòu)及其遺傳特性,5,MHC基因,傳統(tǒng)上分類：I類、II類和III類 現(xiàn)代： 經(jīng)典的I類和II類基因 編碼產(chǎn)物具有抗原提呈功能，顯示極為豐富的多態(tài)性，直接參與T細(xì)胞激活和分化，參與調(diào)控適應(yīng)性免疫應(yīng)答 免疫功能相關(guān)基因 無或有限多態(tài)性，參與抗原加工或免疫應(yīng)答的調(diào)節(jié) 部分補(bǔ)體成分的編碼基因 抗原加工相關(guān)基因 非經(jīng)典I類基因 炎癥相關(guān)基因,6,HLA基因,HLA基因復(fù)合體位于第6號染色體短臂（6p21.31），全長3600 kb，共有224個(gè)基因，其中128個(gè)為功能性基因，96個(gè)為假基因，多數(shù)基因的

3、功能仍不很清楚。,7,經(jīng)典的HLA-I類及II類基因,HLA-I類基因：包括A、B、C三個(gè)基因座，編碼I類分子異二聚體中的重鏈；輕鏈2微球蛋白（2 m）的編碼基因位于15號染色體 HLA-II類基因：包括DP、DQ、DR三個(gè)亞區(qū)，各亞區(qū)又包括A、B兩種功能基因座位，包括9個(gè)基因，分別編碼HLA-II類分子的和鏈，形成異二聚體蛋白（ DP / DP、 DQ / DQ和DR/ DR）,8,HLA-II類基因：HLA-DRA、HLA-DRB1、HLA-DRB3、HLA-DRB4、HLA-DRB5、HLA-DQA1、HLA-DQB1、HLA-DPA1、HLA-DPB1,9,免疫功能相關(guān)基因,10,免疫

4、功能相關(guān)基因,（一）血清補(bǔ)體成份編碼基因：包括C2、C4A、C4B、CFB（complement factor B），其編碼產(chǎn)物分別為C2、C4A、C4B、Bf（B因子）,11,（二）抗原加工相關(guān)基因, 蛋白酶體亞單位(proteasome subunit beta type, PSMB)基因，或低分子量多肽（low molecular-weight polypeptide，LMP）基因：包括LMP2（PSMB9）和LMP7（PSMB8）兩個(gè)基因，編碼胞質(zhì)溶膠中蛋白酶體的相關(guān)成分。蛋白酶體在抗原遞呈細(xì)胞中參與對內(nèi)源性抗原的酶解。 抗原加工相關(guān)轉(zhuǎn)運(yùn)體（transporter associated

5、 with antigen processing，TAP）基因: TAP為內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上的一個(gè)異二聚體分子，分別由TAP1和TAP2兩個(gè)基因編碼。TAP參與對內(nèi)源性抗原肽的轉(zhuǎn)運(yùn)，使其從胞質(zhì)溶膠進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔，并與MHC I類分子結(jié)合。 HLA-DM基因 包括HLA-DMA和HLA-DMB兩個(gè)基因，其產(chǎn)物參與APC對外源性抗原的加工遞呈，幫助溶酶體中的抗原片段進(jìn)入MHC類分子的抗原結(jié)合槽。 HLA-DO基因: 包括HLA-DOA和HLA-DOB兩個(gè)基因，分別編碼DO分子的鏈和鏈。DO分子是DM功能的負(fù)向調(diào)節(jié)蛋白。 TAPBP（TAP Binding Protein）基因: TAP結(jié)合蛋白，又稱TAP相

6、關(guān)蛋白（TAP-Associated Protein），對I類分子在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中的裝配起作用，參與內(nèi)源性抗原的加工和遞呈。,上述免疫功能相關(guān)基因全部位于HLA系統(tǒng)的類基因區(qū),12,（三）非經(jīng)典HLA-I類基因,非經(jīng)典類基因又稱HLAb/MHC Ib，即b型類基因（與之相對應(yīng)，經(jīng)典HLA I類基因又稱HLA Ia/MHC Ia，或a型類基因），包括HLA-E、HLA-F、HLA-G等。,HLA-E分子與NK細(xì)胞表面的抑制性受體（異源二聚體）CD94/NKG2A或CD94/NKG2B識別，抑制NK對自身細(xì)胞的殺傷作用。因其在羊膜和滋養(yǎng)層細(xì)胞表面高表達(dá)，故在母胎耐受形成中可能起十分重要的作用。 HLA-

7、G分子主要分布于母胎界面絨毛外滋養(yǎng)層細(xì)胞，能被NK細(xì)胞的抑制受體KIR2DL4識別，可能在母胎耐受中發(fā)揮重要作用。,13,（四）炎癥相關(guān)基因,腫瘤壞死因子基因家族包括TNF（產(chǎn)物為TNF）、LTA（產(chǎn)物為LT）和LTB（產(chǎn)物為LT）三個(gè)基因，與炎癥，抗病毒、抗腫瘤免疫，以及免疫器官發(fā)育等過程有關(guān)。 轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)基因或類轉(zhuǎn)錄因子基因家族：類I-B（IkBL）基因、ZNF173等，參與轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)過程。 MHC類鏈相關(guān)基因（MIC）家族 包括MICA和MICB基因，均具有較高水平的基因多態(tài)性。MIC是NK細(xì)胞激活性受體NKG2G的配體。 熱休克蛋白基因家族 包括HSP70基因，其產(chǎn)物參與炎癥和應(yīng)激反應(yīng)，并

8、作為分子伴侶在內(nèi)源性抗原的加工遞呈中發(fā)揮作用。,位于HLA 類基因區(qū),14,人類MHC的遺傳特點(diǎn),多基因性：多基因性指HLA基因復(fù)合體由多個(gè)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(polymorphism) ：指群體中單個(gè)基因座位上存在兩個(gè)以上等位基因 (allele)的現(xiàn)象。 單體型遺傳與連鎖不平衡 單體型（haplotype）指的是染色體上MHC不同座位等位基因的特定組合。 共顯性：一個(gè)個(gè)體的兩條同源染色體對應(yīng)座位上的兩個(gè)等位基因都能得到表達(dá)。,15,HLA等位基因,16,多態(tài)性(polymorphism),在蛋白質(zhì)水平，HLA多態(tài)性表現(xiàn)在各種等位基因產(chǎn)物在結(jié)構(gòu)上

9、存在差異，主要是構(gòu)成抗原結(jié)合槽的氨基酸殘基在組成和序列上不同。 參與構(gòu)成抗原結(jié)合槽的結(jié)構(gòu)域，在I類分子中是1和2；在II類分子中是1和1。 采用PCR技術(shù)針對性地?cái)U(kuò)增相應(yīng)的基因片段之后，可通過測序，或者用顯示等位基因特異性的探針與之雜交，確定不同個(gè)體的等位基因特異性，稱為HLA基因分型（genotyping）。這對于尋找合適的器官移植供受體、分析疾病易感基因和在法醫(yī)學(xué)上進(jìn)行親子鑒定都十分重要。,17,前兩組數(shù)字不完全相同提示等位基因之間至少包含一個(gè)能引起編碼氨基酸變化的核苷酸多態(tài)位點(diǎn)；反之，前兩組數(shù)字相同則提示其所編碼的蛋白質(zhì)序列完全相同。,等位基因命名,18,HLA多態(tài)性的意義,HLA多態(tài)性

10、是長期自然選擇的結(jié)果 HLA多態(tài)性擴(kuò)大個(gè)體應(yīng)答抗原的范圍和阻止感染在群體中擴(kuò)散 HLA基因多態(tài)性與某些疾病的易感性有關(guān) HLA基因的差異度是同種異體器官排斥的主要原因 HLA高度多態(tài)性有助于親子鑒定和罪犯鑒定,19,單體型遺傳與連鎖不平衡,單體型 等位基因的非隨機(jī)性表達(dá)：群體中各等位基因并不以相同的頻率出現(xiàn)，如HLA-DRB1*0901與DQB1*0701在我國北方漢族人群中的頻率分別為15.6%和21.9%,而不是1/1411、1/509 連鎖不平衡：例如，按隨機(jī)分配的規(guī)律，上述兩個(gè)等位基因同時(shí)出現(xiàn)在一條染色體上的機(jī)率應(yīng)是兩個(gè)頻率的乘積（0.1560.2190.034），即3.4%，然而實(shí)際

11、上兩者同時(shí)出現(xiàn)的頻率是11.3%，為理論值的 3.3 倍。此現(xiàn)象稱為連鎖不平衡 ( linkage disequilibrium) ，意指分屬兩個(gè)或兩個(gè)以上基因座位的等位基因，同時(shí)出現(xiàn)在一條染色體上的機(jī)率高于隨機(jī)出現(xiàn)的頻率。,連鎖不平衡現(xiàn)象在一定程度上減少了特定人群中HLA等位基因組合的總數(shù)，但在無關(guān)人群中找到HLA相同的器官移植的供體仍非常困難。,20,第二節(jié) 人類MHC產(chǎn)物-HLA分子,21,HLA-I、II類分子結(jié)構(gòu),HLA-I類分子為異源二聚體，由重鏈（鏈）和輕鏈（2微球蛋白，2-microglobin）組成，兩者均屬于Ig超家族（Ig superfamily）的成員。鏈胞外有3個(gè)結(jié)構(gòu)

12、域1、2、3，其中1和2組成抗原肽結(jié)合槽。,HLA-II類分子為異源二聚體，由分子量類似的鏈和 鏈組成，兩者均屬于Ig超家族成員。由1，1形成抗原肽結(jié)合槽。,22,HLA的細(xì)胞分布,I類分子：分布于大部分組織細(xì)胞，幾乎所有的有核細(xì)胞表面（神經(jīng)細(xì)胞、胰島外分泌細(xì)胞、心肌細(xì)胞和精細(xì)胞等例外）；識別和提呈內(nèi)源性抗原肽，與輔助性受體CD8結(jié)合，對CTL的識別起限制作用。I 類抗原結(jié)合槽兩端封閉，接納的抗原肽長度有限，為810個(gè)氨基酸殘基。 II類分子：專職APC（B細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、樹突狀細(xì)胞）、胸腺上皮細(xì)胞、活化的T細(xì)胞；識別和提呈外源性抗原肽，與輔助性受體CD4結(jié)合，對Th的識別起限制作用。II 類

13、抗原結(jié)合槽兩端開放，接納的抗原肽長度變化較大，為1317個(gè)氨基酸殘基。,23,24,25,26,HLA與抗原肽的相互作用,HLA分子結(jié)合并提呈抗原肽供TCR識別接納抗原肽的結(jié)構(gòu)為抗原肽結(jié)合槽 HLA抗原肽結(jié)合槽與抗原肽互補(bǔ)結(jié)合，其中有兩個(gè)或兩個(gè)以上與抗原肽結(jié)合的關(guān)鍵關(guān)鍵部位，稱為錨定位（anchor position） 錨定位抗原肽與HLA分子結(jié)合的氨基酸殘基稱為錨定殘基（anchor residue）,27,MHC分子的抗原肽結(jié)合單位,抗原肽結(jié)合槽 MHC I類分子：兩端封閉，容納的抗原肽為8-10個(gè)氨基酸殘基 MHC II類分子：兩端開放，容納的抗原肽為13-17個(gè)氨基酸殘基 MHC分子的

14、多態(tài)性集中在肽槽處，決定了呈遞抗原肽的多樣性,X射線晶體衍射的分析模擬,28,共同模體/共同基序 (consensus motif)：特定MHC分子接納的抗原肽中的共同錨定殘基，決定不同亞型MHC分子所結(jié)合的抗原肽的獨(dú)特特征。,I 類抗原結(jié)合槽兩端封閉，接納的抗原肽長度有限，為810個(gè)氨基酸殘基。,29,II 類抗原結(jié)合槽兩端開放，接納的抗原肽長度變化較大，為1317個(gè)氨基酸殘基。,30,31,特定MHC分子通過共同基序選擇性結(jié)合抗原肽，具有相對特異性（相對專一性） 一種MHC分子可以識別一群帶有特定共同基序的抗原肽，二者間的相互作用具有包容性（flexibility）；一種MHC分子可以結(jié)合

15、幾百至幾千種抗原肽，活化多個(gè)抗原特異性T細(xì)胞克隆 不同MHC分子所接納的抗原肽可以擁有相同的共用基序,32,相對專一性的意義,具有某類HLA等位基因的個(gè)體，可能由于抗原肽結(jié)合槽與錨定殘基不匹配，而對某種抗原不發(fā)生或僅發(fā)生低水平免疫應(yīng)答 不同HLA分子可能提呈同一抗原的不同表位，造成不同個(gè)體對同一抗原應(yīng)答強(qiáng)度的差異（HLA多態(tài)性參與免疫應(yīng)答調(diào)節(jié)的重要機(jī)制） HLA結(jié)合抗原肽的包容性意味著能夠被某一HLA分子識別和提呈的抗原肽也可以被該家族其他成員所提呈，為肽疫苗進(jìn)行免疫預(yù)防和治療提供了便利,33,HLA分子的功能,（一）作為抗原提呈分子參與適應(yīng)性免疫應(yīng)答（主要功能）,MHC限制性（MHC res

16、triction)：指T細(xì)胞的TCR對抗原肽和自身MHC分子進(jìn)行雙重識別，即T細(xì)胞只能識別自身MHC分子提呈的抗原肽。 參與T細(xì)胞在胸腺中的選擇和分化 決定疾病易感性的個(gè)體差異，MHC是疾病易感性個(gè)體差異的主要決定者 參與構(gòu)成種群基因結(jié)構(gòu)的異質(zhì)性；不同個(gè)體抗病能力不同，在群體水平有利于增強(qiáng)物種的適應(yīng)能力,34,35,陽性選擇(positive selection)：在胸腺皮質(zhì)中，DP T細(xì)胞與胸腺上皮細(xì)胞表面的MHC-抗原肽復(fù)合物以適當(dāng)親和力結(jié)合，獲得自身MHC限制性，得以發(fā)育為SP T細(xì)胞的過程。 陰性選擇(negative selection)：在胸腺皮髓質(zhì)交界處及髓質(zhì)區(qū)，SP T細(xì)胞與髓

17、質(zhì)上皮細(xì)胞，樹突細(xì)胞和巨噬細(xì)胞表面的MHC-自身抗原肽復(fù)合物發(fā)生高親和力結(jié)合而被刪除，獲得中樞免疫耐受的過程。,36,（二）作為調(diào)節(jié)分子參與固有免疫應(yīng)答 經(jīng)典的III類基因?yàn)檠a(bǔ)體成分編碼，參與炎癥反應(yīng)和對病原體的殺傷，與免疫性疾病的發(fā)生 炎癥相關(guān)基因參與啟動(dòng)和調(diào)控炎癥反應(yīng)，并在應(yīng)激反應(yīng)中發(fā)揮作用 非經(jīng)典I類基因和MICA基因產(chǎn)物可作為配體分子，以不同的親和力結(jié)合激活性和抑制性受體，調(diào)節(jié)NK細(xì)胞和部分殺傷細(xì)胞的活性,37,HLA與臨床醫(yī)學(xué),1. HLA與器官移植：供受體間HLA等位基因的匹配程度越強(qiáng)，器官移植的成活率越高。 2. HLA異常表達(dá)和臨床疾?。?腫瘤：HLA I類分子表達(dá)降低； 自身免疫病(如I型糖尿病、甲亢等)：HLA II類分子異常高表達(dá) 3. HLA和疾病關(guān)聯(lián)：HLA作為一種疾病發(fā)生的遺傳標(biāo)志可用于疾病的輔助診斷、預(yù)測、分類及預(yù)后判斷。如HLA-B27與強(qiáng)直性性脊柱炎；DR4與類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎，等。 4. HLA與親子鑒定和法醫(yī)學(xué)：HLA是終生不變是一種遺傳標(biāo)志。,38