1、1,MHC及其編碼分子,Section 1 概述 Section 2 MHC的基因組成及結(jié)構(gòu) Section 3 MHC的基因產(chǎn)物MHC分子 Section 4 MHC的功能,2,組織相容性（histocompatibility）是指在不同個(gè)體間進(jìn)行組織或器官移植時(shí)，受體和供體相互接受的程度。 20世紀(jì)初人們發(fā)現(xiàn)，在不同種屬或同種不同系的動(dòng)物個(gè)體間進(jìn)行正常組織或腫瘤移植會(huì)出現(xiàn)排斥，它是供者與受者組織不相容的反映。其后證明，排斥反應(yīng)本質(zhì)上是一種免疫反應(yīng)，它是由組織表面的同種異型抗原誘導(dǎo)的。這種代表個(gè)體特異性的同種抗原稱(chēng)為組織相容性抗原（histocompatibility antigen）或移植

2、抗原（transplantation antigen）。,Section 1 概述,3,動(dòng)物和人具有多種組織相容性抗原，機(jī)體內(nèi)與排斥反應(yīng)有關(guān)的抗原系統(tǒng)多達(dá)20種以上，根據(jù)引起排斥反應(yīng)的移植抗原的強(qiáng)度將組織相容性抗原分為: (1)主要組織相容性抗原系統(tǒng) 包括多個(gè)系列，組成復(fù)雜的抗原系統(tǒng)。編碼這一組抗原的基因位于同一染色體片段上，是一組緊密連鎖的基因群，稱(chēng)為主要組織相容性復(fù)合體(major histocompatibility complex，MHC)； (2)次要組織相容性抗原 由次要組織相容性復(fù)合體(minor histocompatibility complex) 所編碼。 MHC不僅與移植

3、排斥反應(yīng)有關(guān)，也廣泛參與免疫應(yīng)答的誘導(dǎo)與調(diào)節(jié)，現(xiàn)代免疫學(xué)理論認(rèn)為MHC是參與抗原遞呈和T細(xì)胞激活的關(guān)鍵分子，在免疫應(yīng)答的啟動(dòng)和免疫調(diào)節(jié)中發(fā)揮重要作用。,4,MHC是決定同種移植排斥的主要抗原,5,各種動(dòng)物主要組織相容性復(fù)合體的符號(hào),6,MHC是復(fù)等位基因系統(tǒng)，位于常染色體上的一個(gè)狹窄區(qū)段上。HLA系統(tǒng)位于人的第6對(duì)染色體短臂上，H-2復(fù)合體位于小鼠的第17對(duì)染色體上。MHC是由染色體的三類(lèi)基因組成，它們的基因結(jié)構(gòu)和功能各不相同，但是緊密連鎖，可作為一個(gè)遺傳單位或單元型（haplotype）而遺傳。,Section 2 MHC的基因組成及結(jié)構(gòu),7,單元型（haplotype）：指的是同一條染色體

4、上MHC等位 基因的組合。在遺傳過(guò)程中，MHC單元型作為一個(gè) 完整的遺傳單位由親代傳給子代。 基因型（genotype） ：MHC基因在體細(xì)胞兩條染色體上 的組合稱(chēng)為基因型。 表型（phenotype）：某一個(gè)體MHC抗原特異性型別稱(chēng)為 表型。,8,HLA單元型遺傳,9,一、MHC的基因組成 按其編碼抗原結(jié)構(gòu)和功能不同，MHC基因區(qū)可分為三類(lèi)，即類(lèi)基因、類(lèi)基因和類(lèi)基因，它們分別為于不同的位點(diǎn)（locus）上（表）。 目前對(duì)H-2(histocompatibility antigen-2,H-2) 系統(tǒng)研究得較為清楚，這是一組緊密連鎖的基因群，位于第17對(duì)染色體上的一個(gè)狹窄的區(qū)段內(nèi)，長(zhǎng)度約為2.

5、02.5Mb。 人MHC（又稱(chēng)為human leucocyte antigen, HLA) 基因位于第六對(duì)染色體的短臂上，利用分子生物學(xué)的手段已經(jīng)測(cè)得了該區(qū)全部DNA序列。,10,表1 MHC位點(diǎn),11,（一）H-2復(fù)合體的三類(lèi)基因 1.類(lèi)基因 位于K區(qū)、D區(qū)和L區(qū)，包括K、D和L基因座，編碼H-2 類(lèi)分子的重鏈； 2.類(lèi)基因 又稱(chēng)為免疫應(yīng)答基因。 近年來(lái)對(duì)免疫應(yīng)答的 遺傳控制進(jìn)行了系統(tǒng)研究，證明機(jī)體對(duì)許多抗原的免疫應(yīng) 答是受常染色體顯性基因控制，稱(chēng)此基因?yàn)槊庖邞?yīng)答基因 （ immune response gene, Ir基因）; 3.類(lèi)基因 位于S區(qū)，包括補(bǔ)體C4、C2、Bf、TNF和性限制

6、蛋白 (sex limited protein, Slp)等基因座，分別編碼補(bǔ)體成分C4、C2、Bf以及性限制蛋白(sex-limited protem,SLP) 和TNF等因子。,12,13,（二）HLA復(fù)合體基因 人MHC是迄今為止所知的人類(lèi)最復(fù)雜的基因族。HLA基因群定位于第6號(hào)染色體的短臂，長(zhǎng)約3600kb，占人體整個(gè)基因組的1/3000。在這個(gè)區(qū)域內(nèi)基因座非常密集且緊密連鎖，呈現(xiàn)高度多態(tài)性。這些基因分類(lèi)的方式主要有以下兩種。(1)傳統(tǒng)的分類(lèi)法，即把HLA分為與小鼠H-2相似的類(lèi)、類(lèi)和 類(lèi)基因，(2)1991年Bodmer建議將它重新劃分的三類(lèi): 第一類(lèi)經(jīng)典HLA基因，包括傳統(tǒng)分類(lèi)中的

7、HLA-類(lèi)和類(lèi)，還包括一對(duì)DMA和DMB；第二類(lèi)稱(chēng)為免疫功能相關(guān)基因，包括C4、Bf、C2、TNFA、TNFB、HSP70、TAP1、TAP2、LMP2和LMP7等；第三類(lèi)是一些與上述無(wú)關(guān)的基因。,14,1.HLA-類(lèi)基因 現(xiàn)知在HLA-類(lèi)基因區(qū)中，除已知的HLA-A、-B、-C座位外，還發(fā)現(xiàn)了-E、-F、-G，-H和MIC，新發(fā)現(xiàn)的這些類(lèi)基因座位大多數(shù)為偽基因?，F(xiàn)在A座位已發(fā)現(xiàn)等位基因41個(gè)，B座位61個(gè)， C座位18個(gè)，E座位4個(gè)。 HLA-A、B 和 C 是經(jīng)典的I 類(lèi) MHC基因，又稱(chēng) MHC-Ia 基因。它們具有明顯的多態(tài)性，而且表達(dá)于幾乎所有有核細(xì)胞的表面。HLA-E、-G 和 -

8、F 屬于非典型 MHC 基因，又稱(chēng) MHC-Ib 基因。,15,2.HLA-類(lèi)基因 共有9個(gè)免疫相關(guān)基因座，包括 HLA-DP、DN、DM(DO)、DQ 和 DR 等5 個(gè)基因家族，每個(gè)家族包括 A 和 B 兩類(lèi)基因座，分別編碼 HLA-II和 鏈。在HLA-類(lèi)基因中，已發(fā)現(xiàn)了近30個(gè)基因座位，等位基因更多。來(lái)自同一個(gè)HLA-D家族的MHC-II和鏈組成膜表面MHC-II分子，不同家族的和 鏈不能配對(duì)。,16,3.HLA類(lèi)基因 主要包括幾個(gè)與免疫功能相關(guān)的基因，如補(bǔ)體C2、C4、B因子、 21羥化酶A與B、熱休克蛋白70 (heat shock protein70, HSP70)和腫瘤壞死因子

9、、 （TNF- 、TNF-)基因。此區(qū)內(nèi)的其它基因（如類(lèi)固醇脫羧酶和熱休克蛋白的基因）的總數(shù)超過(guò)MHC基因的總和。,17,人MHC基因結(jié)構(gòu)示意圖,18,19,20,21,二、MHC的基因結(jié)構(gòu) 1.MHC-類(lèi)基因結(jié)構(gòu) 人類(lèi)和小鼠的MHC-類(lèi)基因具有 相似的基因結(jié)構(gòu)。編碼鏈的基因由8個(gè)外顯子組成，分別 編碼相應(yīng)的功能區(qū)，基因長(zhǎng)度約45kb，第1個(gè)外顯子含有 引導(dǎo)序列，編碼信號(hào)肽；第24個(gè)外顯子分別編碼1、 2、 3功能區(qū)；第5個(gè)外顯子編碼鏈的疏水性跨膜區(qū)；其余3個(gè) 外顯子編碼鏈的胞質(zhì)內(nèi)部分和3非翻譯區(qū)（3 untranslated region）。在外顯子之間插有不表達(dá)的內(nèi)含子。編碼2微球 蛋白（

10、 2-microglobulin， 2m）的基因并不位于MHC系統(tǒng) 內(nèi)，在人類(lèi)位于第15對(duì)染色體，在小鼠位于第2對(duì)染色體。 2m基因是一種單拷貝基因，含有4個(gè)外顯子，第1個(gè)外顯子 編碼引導(dǎo)多肽；第2個(gè)外顯子編碼2m的主要功能部分；第3、 第4外顯子與3非翻譯區(qū)有關(guān)。,22,2. MHC類(lèi)基因結(jié)構(gòu) 編碼MHC類(lèi)分子的鏈和鏈的基因均由5個(gè)外顯子構(gòu)成。第一個(gè)編碼信號(hào)肽，在生物合成中起引導(dǎo)多肽形成的作用，當(dāng)多肽鏈形成后，即脫落；第2個(gè)外顯子編碼細(xì)胞外N-末端功能區(qū)，即1和1；第3個(gè)外顯子編碼近細(xì)胞膜的2和2功能區(qū)；第4個(gè)外顯子編碼疏水跨膜區(qū)，編碼鏈基因的第4個(gè)外顯子還包括一部分編碼胞質(zhì)內(nèi)部分的核苷酸序

11、列，在鏈基因中，則由單一的第4外顯子編碼跨膜部分的氨基酸；第5個(gè)外顯子編碼鏈和鏈的3非翻譯區(qū)。,23,24,3.HLA的多態(tài)性(polymorphism)現(xiàn)象 多態(tài)性指在同一相互交配的群體中， 同一基因座可編兩種以上的基因產(chǎn)物。HLA的多態(tài)性主要是由于復(fù)等位基因和共顯性所致。 (1)復(fù)等位基因(multiple alleles) 位于一對(duì)同源染色體上對(duì)應(yīng)位置的一對(duì)基因叫等位基因。由于群體的突變，同一基因座的基因系列稱(chēng)為復(fù)等位基因，對(duì)某一個(gè)體來(lái)說(shuō)一個(gè)基因座只有一對(duì)等位基因，復(fù)等位基因是群體的概念。HLA存在為數(shù)眾多的復(fù)等位基因。 (2)共顯性(codominant) 共顯性狀態(tài)就是每一世代中無(wú)論

12、是純合狀態(tài)還是雜合狀態(tài)， 這一對(duì)等位基因所控制的性狀都能表現(xiàn)出來(lái)，HLA每個(gè)基因座上的等位基因都是共顯性的。,25,26,MHC的共顯性表達(dá),27,Section 3 MHC的基因產(chǎn)物MHC分子 MHC編碼的抗原是一類(lèi)同種異體抗原，即MHC分子。其中類(lèi)和類(lèi)抗原主要以細(xì)胞膜鑲嵌蛋白的形式存在，也可脫落成為可溶性的形式。類(lèi)抗原為補(bǔ)體成分C2、C4和B因子，主要分泌到血清等體液中。,28,29,表1 MHC-I 和MHC-II的比較,30,一、MHC-類(lèi)分子 1.結(jié)構(gòu) MHC-類(lèi)分子是由一條MHC-類(lèi)基因編碼的重鏈( 鏈) 和一條由非MHC基因編碼的輕鏈(2-microglobin, 2m) 通過(guò)二

13、硫鍵形成的異源二聚體。 重鏈 又稱(chēng)鏈，為穿膜結(jié)構(gòu)。根據(jù)各結(jié)構(gòu)域的功能以及與Ig同源性的比較， 鏈可分為胞外多肽結(jié)合區(qū)和胞外免疫球蛋白樣區(qū)，跨膜區(qū)以及胞漿區(qū)。 3和2m結(jié)構(gòu)域靠近細(xì)胞膜，位于分子的底部； 1 和2結(jié)構(gòu)域位于分子的頂部，所組成的空間結(jié)構(gòu)是與抗原結(jié)合的部位和TCR識(shí)別的部位，可結(jié)合810個(gè)氨基酸殘基，由1和2結(jié)構(gòu)域各1條螺旋和4條折疊所組成。 兩條螺旋位于抗原結(jié)合部位上部形成兩個(gè)側(cè)面，8條折疊位于下部形成底面。 MHC 類(lèi)抗原分子的多態(tài)性主要位于形成兩側(cè)面的螺旋結(jié)構(gòu)上，與類(lèi)抗原遞呈抗原的功能相關(guān)。,31,輕鏈 含99個(gè)氨基酸殘基，電泳位于2區(qū)，稱(chēng)2微球蛋白(2-microglobul

14、in, 2m)。 2m氨基酸排列與IgG CH2約有30序列同源，故2m有游離免疫球蛋白結(jié)構(gòu)域(free immunoglobulin domain)之稱(chēng)，屬免疫球蛋白超家族C1結(jié)構(gòu)。 2m不是跨膜蛋白，它以非共價(jià)鍵與鏈相連而游離于細(xì)胞之外。 2m與1、2、3片段的相互作用對(duì)維持類(lèi)分子天然構(gòu)型的穩(wěn)定性及其分子表達(dá)有重要意義。不同種動(dòng)物之間2m很少有區(qū)別。 2m本身與HLA-A、B、C抗原特異性無(wú)關(guān)，也不直接參與同抗原的結(jié)合，但對(duì)于重鏈在細(xì)胞膜表面的表達(dá)以及執(zhí)行其正常生理功能是必須的。,32,33,34,35,36,2.分布 類(lèi)抗原分布于幾乎所有的有核細(xì)胞及血小板表面。其中以外周血中白細(xì)胞、淋巴

15、結(jié)及脾細(xì)胞的含量最高，其次為肺、肝、腎、皮膚、主動(dòng)脈，肌肉和神經(jīng)細(xì)胞的含量最低。成熟的紅細(xì)胞上不含有MHC-類(lèi)分子。,37,二、MHC-類(lèi)分子 1.結(jié)構(gòu) 的MHC-類(lèi)分子均由是由、兩條鏈通過(guò)緊密結(jié)合的非共價(jià)鍵連接組成的異源雙體。鏈和鏈相似，但分別由不同的MHC基因編碼，且均具有多態(tài)性。、鏈各有2個(gè)結(jié)構(gòu)域1、2及1、2。每個(gè)結(jié)構(gòu)域約含90氨基酸殘基，除1區(qū)外，2、1、2每個(gè)區(qū)各含一個(gè)二硫鍵。 1和1與Ig結(jié)構(gòu)域無(wú)相似性，組成肽結(jié)合區(qū)。2和2區(qū)與Ig3和C4相似，屬免疫球蛋白超家族C1型結(jié)構(gòu)，非多態(tài)性。MHC-類(lèi)分子二條多肽鏈也可分為四個(gè)區(qū)：肽結(jié)合區(qū)、lg樣區(qū)、跨膜區(qū)和胞漿區(qū)。,38,MHC-類(lèi)分

16、子肽結(jié)合區(qū)包括1和1結(jié)構(gòu)域，是MHC-類(lèi)分子結(jié)合抗原肽段部位和高度多態(tài)性所在的部位。每個(gè)結(jié)構(gòu)域均由4條折疊和1個(gè)螺旋組成，兩個(gè)結(jié)構(gòu)域的片層共同組成肽結(jié)合槽的底部，兩個(gè)螺旋共同組成肽結(jié)合槽的側(cè)壁。與MHC-類(lèi)分子的肽結(jié)合槽相比，MHC-類(lèi)分子的肽結(jié)合槽兩端更開(kāi)放，可容納的肽段更長(zhǎng)(1420個(gè)氨基酸殘基) 。,39,40,41,MHC-I分子的肽槽由MHC-I 鏈的1和2結(jié)構(gòu)域組成，而MHC-II分子的肽槽由MHC-II 鏈的1和MHC-II 鏈的1結(jié)構(gòu)域組成。前者的兩端處于封閉狀，而后者的兩端則較為開(kāi)放。MHC-I分子只能接納9肽，而MHC-II分子則能接納較長(zhǎng)的肽段。,42,MHC分子的肽結(jié)合

17、槽,43,2.分布 MHC-類(lèi)分子的分布較為狹窄，僅限于若干類(lèi)型的細(xì)胞。一般而言，MHC-類(lèi)分子僅在抗原遞呈細(xì)胞上表達(dá)，包括巨噬細(xì)胞、樹(shù)突狀細(xì)胞、朗罕氏細(xì)胞和B細(xì)胞。MHC-類(lèi)分子的表達(dá)可因細(xì)胞因子的作用而誘導(dǎo)或表達(dá)水平增高，其中以INF-的作用最顯著。MHC-類(lèi)分子表達(dá)的誘生或增加多見(jiàn)于免疫應(yīng)答過(guò)程正在進(jìn)行之處的附近。,44,45,46,47,48,49,50,51,抗原肽的N和C末端均位于肽槽之外，抗原肽中部的鉚釘殘基側(cè)鏈嵌入肽槽的幾個(gè)“口袋”之內(nèi)，以維持抗原肽和MHC-II分子之間的結(jié)合。,52,抗原肽與MHC分子的結(jié)合,53,MHC-I分子肽槽及其所結(jié)合抗原肽：肽槽中共有6個(gè)深凹（以A

18、、B、C、D、E、F代表），抗原肽（九肽）中的第2、3、6、7和9位的氨基酸殘基側(cè)鏈分別嵌入B、D、C、E和F之內(nèi)，而第1、4、5和8位的殘基側(cè)鏈指向溶液面（與TCR接觸）。N末端的第1位殘基的氨基置于A口袋之內(nèi)。,54,55,56,57,58,59,1.介導(dǎo)T細(xì)胞的抗原識(shí)別 MHC I類(lèi)抗原介導(dǎo)內(nèi)源性抗原的呈遞 MHC II類(lèi)抗原介導(dǎo)外源性抗原的呈遞,60, MHC-多肽復(fù)合體的合成與裝配 1.MHC I類(lèi)分子 蛋白酶體對(duì)內(nèi)源性抗原的水解； 通過(guò)TAP復(fù)合物轉(zhuǎn)運(yùn)至內(nèi)質(zhì)網(wǎng)； 與MHC I類(lèi)分子裝配成復(fù)合物； 轉(zhuǎn)運(yùn)至高爾基體； 轉(zhuǎn)運(yùn)至細(xì)胞膜。,61,2.MHC II類(lèi)分子 外源性抗原被內(nèi)吞，在內(nèi)

19、質(zhì)體（Endosome）和溶酶體中被變性、水解成多肽； MHC II類(lèi)分子合成后與Ii分子形成3聚體，在內(nèi)質(zhì)體和溶酶體內(nèi)被蛋白酶水解形成MHC II和CLIP復(fù)合物； HLA-DM催化CLIP從MHC II 上解離，促進(jìn)MHC II類(lèi)分子與抗原多肽形成復(fù)合物； 轉(zhuǎn)運(yùn)至細(xì)胞膜。,62,63,64,65,66,2.MHC的調(diào)控NK細(xì)胞功能,67,3.T細(xì)胞在胸腺的分化,68,4.MHC對(duì)免疫應(yīng)答的遺傳控制 機(jī)體對(duì)某種抗原物質(zhì)是否產(chǎn)生應(yīng)答以及應(yīng)答的強(qiáng)弱是受遺傳控制的。將控制免疫應(yīng)答的基因稱(chēng)為免疫應(yīng)答基因（ immune response gene，Ir基因）。MHC具有高度多態(tài)性，群體中不同個(gè)體攜帶

20、的MHC型別不同，MHC抗原肽結(jié)合槽的結(jié)構(gòu)、結(jié)合槽與抗原肽錨著殘基的親和力也不同，由此決定了APC對(duì)特定抗原的遞呈能力以及機(jī)體的免疫應(yīng)答效應(yīng)也不同，從而實(shí)現(xiàn)Ir基因?qū)γ庖邞?yīng)答的遺傳控制。,69,5.MHC對(duì)免疫細(xì)胞相互作用的限制性 早期發(fā)現(xiàn)，細(xì)胞毒性T細(xì)胞在殺傷靶細(xì)胞的過(guò)程中，只能殺傷具有同一MHC表型的病毒感染的靶細(xì)胞。這意味著T細(xì)胞識(shí)別靶細(xì)胞表面抗原決定簇的同時(shí)，還須識(shí)別靶細(xì)胞上的MHC分子。以后證實(shí)，不僅CTL-靶細(xì)胞間，而且M-Th，Th-B以及Th-Tc間的相互作用也受MHC約束。這一現(xiàn)象，即具有同一MHC表型的免疫細(xì)胞才能有效地相互作用，稱(chēng)為MHC限制性（MHC restriction）。 CD8+ T細(xì)胞與APC或靶細(xì)胞之間的相互作用受MHC-類(lèi)分子的限制；CD4+ T細(xì)胞與AP