免疫学以及抗原呈递

1、关于免疫学及抗原呈递第1页，共69页，2022年，5月20日，9点46分，星期四The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1980for their discoveries concerning genetically determined structures on the cell surface that regulate immunological reactions第一节、 概述Baruj Benacerraf 1/3 of the prize USAHarvard Medical School Boston, MA, USA b. 1920

2、(in Caracas, Venezuela)Jean Dausset 1/3 of the prize France University de Paris, Laboratoire Paris, France b. 1916George D. Snell 1/3 of the prize USAJackson Laboratory Bar Harbor, ME, USA b. 1903 d. 1996第2页，共69页，2022年，5月20日，9点46分，星期四主要组织相容性抗原系统的发现：第3页，共69页，2022年，5月20日，9点46分，星期四 一、组织相容性抗原 (histocomp

3、atibility antigen) 代表个体特异性的引起排斥反应的同种异型抗原，叫，也称移植抗原。 二、主要组织相容性抗原系统(major histocompatibility antigen system, MHS) 在众多的组织相容性抗原系统中，能引起强烈而迅速排斥反应的抗原系统，称为，也叫主要组织相容性系统（major histocompatibility system,MHS)。第4页，共69页，2022年，5月20日，9点46分，星期四 三、主要组织相容性复合体(major histocompatibility complex, MHC) 编码MHS的基因在同一染色体上呈一组紧密连

4、锁且具有高度多态性的基因群，将这一连锁群统称为。 四、人类白细胞抗原(human leukocyte antigen, HLA) 人类主要组织相容性抗原系统。编码该抗原的基因也称HLA。第5页，共69页，2022年，5月20日，9点46分，星期四不同物种动物中MHS的名称不同第6页，共69页，2022年，5月20日，9点46分，星期四第二节、MHC基因及其编码的分子一、MHC基因分类及其多样性：（一）人和小鼠MHC复合体中的基因座第7页，共69页，2022年，5月20日，9点46分，星期四HLA复合体及其编码的产物HLA复合体位于6号染色体的短臂上，其分布范围大约36004000 kb，含有至

5、少10个基因位点；根据基因和编码产物的结构和功能的不同，将HLA复合体分为三个区域，即、类基因区。第和区内的多态基因分别编码HLA-和HLA-分子。第区内的基因仅有少数与免疫功能有关，其多编码血清补体成分和其它血清蛋白，参与免疫应答的不同阶段。第8页，共69页，2022年，5月20日，9点46分，星期四8 个 MHC-基因，即HLA-A、-B、-C、-E、-F、-G、MIC-A(MHC class chain-related）和MIC-B，散布于一些非免疫相关基因之间。HLA-A、B 和 C 是经典的类 MHC基因，又称 MHC-a 基因。它们具有明显的多态性，而且表达于几乎所有有核细胞的表面

6、。（二）MHC类分子的分类、结构和分布1、分类：第9页，共69页，2022年，5月20日，9点46分，星期四HLA-E、-G 和 -F 属于非典型 MHC 基因，又称 MHC-b 基因。 作为HLA-类分子的重链，与15号染色体上2微球蛋白基因编码产物，通过非共价键结合后，成为HLA-类抗原。第10页，共69页，2022年，5月20日，9点46分，星期四HLA-类分子的三维空间构型图第11页，共69页，2022年，5月20日，9点46分，星期四 2. 结构： 二条多肽链 (非共价键连接的糖蛋白, Ig超家族成员)： 链（重链）： 340个氨基酸残基，分子量44kDa，MHC-类基因编码，具有高

7、度多态性。 胞外区- 1、2功能区，抗原结合部位；是 分子多态性的基础。 3功能区，组成Ig样折叠，CD8分子结合部位； 跨膜区: 3结构域的C端侧有一段较短的连接区。 胞内区：约含30个氨基酸残基。第12页，共69页，2022年，5月20日，9点46分，星期四2-微球蛋白（ 2m ）： 含99个氨基酸残基，分子量12kDa，由15号染色体基因编码。与MHCI类分子的抗原性无关，也不直接参与和抗原肽段的结合，对于该分子重链在细胞膜表面的表达以及执行其正常生理功能是必须的。第13页，共69页，2022年，5月20日，9点46分，星期四板书第14页，共69页，2022年，5月20日，9点46分，星

8、期四第15页，共69页，2022年，5月20日，9点46分，星期四3、 HLA-类分子的分布： 分布：有核细胞(含血小板和网织红细胞)表面。 存在形式： 膜结合：不同的组织细胞表达类分子量不同， 如：淋巴细胞(最多)，肾、肝脏及心脏 (其次)，神经组织(很少) 。 可溶性：存在于血清、初乳和尿液等体液中。 第16页，共69页，2022年，5月20日，9点46分，星期四类基因区共包含9个免疫相关基因座：包括 HLA-DP、DN、DM(DO)、DQ 和 DR 等5个基因家族，每个家族包括 A 和 B 两类基因座，分别编码 HLA-IIa 和 b 链。 来自同一个HLA-D家族的MHC-II a 和

9、 b 链组成膜表面MHC-II分子，不同家族的 a 和 b 链不能配对。第II区内其它免疫相关基因：抗原加工提呈相关基因抗原肽转移物基因（TAP1、TAP2）；巨大多功能蛋白酶体基因（LMP）。（三）MHCII类分子的分类、结构和分布第17页，共69页，2022年，5月20日，9点46分，星期四 B2 B1 AB B B2 B3 B1 B1 B2 B3 B4 B5A2 A1 A A2 A1ADPDN DODQ DR人HLA复合体基因在染色体上的分布第18页，共69页，2022年，5月20日，9点46分，星期四HLA类分子的三维构型图第19页，共69页，2022年，5月20日，9点46分，星期四

10、 2. 结构： 两条异质多肽链(非共价键连接的糖蛋白，Ig超家族成员)： 链：1和 2功能区 链：1和 2功能区肽结合区：1和1 -抗原肽结合部位，决定类分子 的多态性；免疫球蛋白样区： 2 和2结构域与免疫球蛋白的Cg 3和Cm4相似，具有非多态性。 2 - CD4分子结合部位。跨膜区： 2 和2结构域C端侧各有一个短的连接区。胞浆区：第20页，共69页，2022年，5月20日，9点46分，星期四第21页，共69页，2022年，5月20日，9点46分，星期四第22页，共69页，2022年，5月20日，9点46分，星期四 3、 分布： （1）APC - B细胞、单核/巨噬细胞、树突状细 胞；

11、（2）激活的T细胞，精子和血管内皮细胞。 第23页，共69页，2022年，5月20日，9点46分，星期四I类抗原分子 II类抗原分子肽结合区：结合多肽免疫球蛋白样区：结合CD4或CD8跨膜区：锚定在细胞膜上胞内区：信号传递小结：第24页，共69页，2022年，5月20日，9点46分，星期四第25页，共69页，2022年，5月20日，9点46分，星期四组织MHC I类分子MHC II类分子T细胞B细胞巨噬细胞其他抗原提呈细胞胸腺上皮细胞中性粒细胞肝细胞肾脏细胞脑细胞红细胞+-+/-+-HLA-、类抗原的分布第26页，共69页，2022年，5月20日，9点46分，星期四（四） HLA复合体遗传特征

12、： 1、多态性： 第27页，共69页，2022年，5月20日，9点46分，星期四2）HLA多态性的原因：HLA复合体的每一个位点均存在为数众多的复等位基因，这是HLA高度多态性的主要原因。复等位基因：位于一对同源染色体上对应位置的一对基因称为等位基因。在群体中占据某同源染色体同一座位的两个以上的、决定同一性状的基因。第28页，共69页，2022年，5月20日，9点46分，星期四2 、共显性（codominance): HLA复合体中每一个等位基因均为共显性，从而大大增加了人群中HLA表形的多样性。 共显性：一对等位基因同为显性基因。第29页，共69页，2022年，5月20日，9点46分，星期四

13、3、HLA复合体遗传特征 1）单元型（haplotypes）遗传方式 单元型：同一条染色体上紧密相连基因的组合。 HLA单元型：同一条染色体上不同HLA基因的组合。 基因型：HLA基因在体细胞两条染色体上的组合称为基因型。 表型：某一个体HLA抗原特异性型别称为表型。第30页，共69页，2022年，5月20日，9点46分，星期四2）共显性：一对等位基因的两个成员在杂合体中都表达的遗传现象。3）连锁不平衡：基因频率：是指群体中携带某一等位基因的个体数目与携带该基因座位各等位基因个体数目总和的比例。连锁平衡：假设两个基因座的两个等位基因，其频率分别是p1和p2，若它们之间的重组是随机的，其联合的频

14、率，即单元型频率h是p1Xp2，这样的结果即为连锁平衡。第31页，共69页，2022年，5月20日，9点46分，星期四第32页，共69页，2022年，5月20日，9点46分，星期四第三节、HLA-、类抗原的主要功能一、MHC在抗原呈递中的作用 外来抗原被抗原呈递细胞摄取和处理后，必须与MHC- 、类分子的肽结合区结合形成抗原肽MHC分子复合体，该复合体经转运表达于抗原呈递细胞的表面，才能被相应的淋巴细胞识别，从而启动免疫应答反应。第33页，共69页，2022年，5月20日，9点46分，星期四第34页，共69页，2022年，5月20日，9点46分，星期四（一）MHCI类分子呈递抗原三个阶段、一个

15、场所三个阶段：抗原肽段产生、肽段转运到内质网、肽段与MHCI类分子的结合和表达。一个场所：内质网膜。第35页，共69页，2022年，5月20日，9点46分，星期四第36页，共69页，2022年，5月20日，9点46分，星期四1、内源性抗原肽段的产生（1）多肽的泛素化（Ubiquitination）E1、E2、E3 激活泛素分子 泛素分子与多肽 形成多聚泛素多肽链复合物。 使多肽去折叠，稳定性降低，更易被蛋白酶体水解。另外，提供了蛋白酶体的识别结合部位。（2）蛋白酶体的水解作用第37页，共69页，2022年，5月20日，9点46分，星期四2、MHCI类分子的合成和组装所需的分子伴侣有：1）钙联接

16、蛋白（Calnexin）：第一个分子伴侣，稳定内质网膜中尚未与b2 m组装的MHCI类分子重链。2）钙网蛋白（Calreticulin）：钙网蛋白取代钙联接蛋白与HLAI类分子结合。3）ERp57：有可能MHCI类分子重链内二硫键的形成有关。4）TAP相关糖蛋白（Tapasin）：I、通过跨膜区介导TAP和MHCI类分子的结合。II、与MHCI类分子重链a3结构域相互作用维持空载MHCI类分子构象的稳定性。第38页，共69页，2022年，5月20日，9点46分，星期四III、维持空载MHCI类分子肽结合沟槽的开放状态。IV、滞留未与TAP相互作用的MHCI类分子。第39页，共69页，2022年

17、，5月20日，9点46分，星期四2、MHCI类分子的合成和组装 MHC I链(新合成) 进入内质网膜 同钙连接蛋白结合 同2微球蛋白(2M)结合 钙连接蛋白分离, MHC I-2M异二聚体形成 与蛋白质复合体(钙网蛋白、tapasin和 Erp57)结合 第40页，共69页，2022年，5月20日，9点46分，星期四第41页，共69页，2022年，5月20日，9点46分，星期四3、抗原肽段的转运、结合和表达：所需分子： Hsp70家族，TAP1）Hsp70家族：Hsp70结合这些肽段，稳定蛋白酶体切割后的内源性肽段，并将其送到内质网与TAP分子结合。2）TAP：（ATPdependent tr

18、ansporter associated with antigen processing）属于ATP结合盒式蛋白 （ ATP-bindingcassette transporter,ABC） 转运超家族。是MHCI类分子抗原呈递途径中最重要的分子伴侣，是ATP依赖的抗原递呈相关转运蛋白。 TAP-1和TAP-2, 成异二聚体，与内质网膜伴随，可有效地将肽转运至内质网。第42页，共69页，2022年，5月20日，9点46分，星期四（二）MHCII类分子呈递抗原三个阶段、一个场所三个阶段：抗原肽段产生、肽段和内质网中组装的MHCII类分子分别进入MHCII类分子器室（MIIC）、肽段在MIIC中与

19、MHCII类分子结合和表达。一个场所： MHCII类分子器室（MIIC）。第43页，共69页，2022年，5月20日，9点46分，星期四1、外源性抗原肽段的产生： 外源性抗原（摄取内化） 内体, pH下降为酸性同溶酶体融合成吞噬溶酶体(phagolysome), 含有酸性蛋白酶 蛋白质抗原被降解成小肽片段（在酸性内体）2、MHCII类分子的合成、装配与转运： MHC II类分子a、b链合成后在内质网腔中在钙联接蛋白辅助下新合成异源二聚体 MHC II-Ii链 (Invariant chain，Ii)复合物 离开内质网到达酸性内体 第44页，共69页，2022年，5月20日，9点46分，星期四3

20、、外源性抗原肽段和MHCII类分子形成复合物 Ii链可被酸性蛋白酶（如组织蛋白酶）切割 MHC II-CLIP复合物 与HLA-DM结合 CLIP释放 空出MHCII类分子肽结合沟槽与1420aa的抗原肽段结合 MHC II类分子-肽复合物（在酸性内体） 细胞表面 TCR识别和同CD4分子结合（CD4T细胞）。第45页，共69页，2022年，5月20日，9点46分，星期四第46页，共69页，2022年，5月20日，9点46分，星期四 1、 恒定链，Ii链：由三个亚单位组成，每个亚单位肽链的一部分非共价键结合于一个MHC II类分子的肽结合槽内，以阻止MHC II类分子与存在于内质网中的肽或部分

21、折叠的蛋白结合。 2. CLIP（class II-associated invariant chain peptide）：Ii 链被切割后留下的与MHCII分子结合的短肽片段。MHCII类分子抗原呈递途径中的分子伴侣：第47页，共69页，2022年，5月20日，9点46分，星期四第48页，共69页，2022年，5月20日，9点46分，星期四 3、 HLA-DM分子：HLA-DM 基因编码的分子。 功能： 1）CLIP与肽段交换的催化剂； 2） MHC II类分子的分子伴侣；防止后者聚合、解离。 3） MHC II类分子结合肽段编辑者；保持空载MHC II类分子构型。 4. 酸性蛋白酶： 半胱

22、氨酸蛋白酶，catherpsins B、D、S和L 。第49页，共69页，2022年，5月20日，9点46分，星期四第50页，共69页，2022年，5月20日，9点46分，星期四（三）HLA的其他功能1. 参与免疫调节 MHC-分子作为NK细胞表面受体分子KIR的配体，发挥抑制或活化作用。2. 参与T细胞发育和参与粘膜免疫 MHC-或类分子通过胸腺中的阴阳性选择参与T细胞的发育。3. 其他非免疫学功能 HFE与遗传性血色素沉着症有关。MHC与配偶选择第51页，共69页，2022年，5月20日，9点46分，星期四MHC-Iexpressed on membrane of most nucleat

23、ed cellspresent peptide Ags to TC cellsgene regions called ABC in humans, KD in miceproteins HLA-A / B / C humans, H-2K / D / L micenon-classical MHC-I: E, F, G, etc.小结：第52页，共69页，2022年，5月20日，9点46分，星期四MHC-IIexpressed on antigen-presenting cells (APC)i.e. B cells, macrophages, dendritic cells(MHC-I an

24、d MHC-II both present peptides, but only cells with MHC-II are called APC)Present Ags to TH cellsgenes / proteins DP, DQ, DR humans, IA, IE micenon-classical MHC-II: code for proteasomes, proteins involved in Ag processing第53页，共69页，2022年，5月20日，9点46分，星期四The diversity and selection of TCR libraryThe N

25、obel Prize in Physiology or Medicine 1996for their discoveries concerning the specificity of the cell mediated immune defencePeter C. Doherty Rolf M. ZinkernagelAustralia Switzerland St. Jude Childrens Research University of Zurich, Institute Hospital of Experimental Immunology Memphis, TN, USA Zuri

26、ch, Switzerland b. 1940 b. 1944 二、TCR识别抗原的基础MHC限制性第54页，共69页，2022年，5月20日，9点46分，星期四H2kCBVTc杀伤H2kTc不能杀伤H2dZinkernagel-Doherty phenomenon第55页，共69页，2022年，5月20日，9点46分，星期四（一）制约免疫细胞间的相互作用MHC限制性 只有当表达有抗原肽MHC复合物的APC，与起始识别和反应作用的T细胞表面所表达的MHC分子相同时，二者才能彼此作用而启动免疫应答过程。T细胞表面的TCR在识别抗原肽的过程中，其表面的CD4/CD8分子必须同时识别APC上的MHC

27、- / 类分子的Ig样区。CD4分子结合MHC II类分子CD8分子结合MHC I类分子二、TCR识别抗原的基础MHC限制性第56页，共69页，2022年，5月20日，9点46分，星期四T细胞能够识别T细胞表面的MHC单倍体型为MHC A APC细胞表面的MHC单倍体型为MHC A 第57页，共69页，2022年，5月20日，9点46分，星期四T细胞不能够识别T细胞表面的MHC单倍体型为MHC A APC细胞表面的MHC单倍体型为MHC B 第58页，共69页，2022年，5月20日，9点46分，星期四（二）TCR识别抗原的机制两种假说：1、双识别假说：T细胞上存在两种不同特异性的TCR，一种

28、识别APC上自身MHC分子，另一种识别APC上外来或自身抗原片断。2、改变的自我：表达在APC表面的抗原肽段引起自身MHC分子的改变，从而被TCR识别。第59页，共69页，2022年，5月20日，9点46分，星期四第二种假说被证实第60页，共69页，2022年，5月20日，9点46分，星期四TCR与MHC/抗原肽段的相互作用第61页，共69页，2022年，5月20日，9点46分，星期四TCR与MHC/抗原肽段的相互作用第62页，共69页，2022年，5月20日，9点46分，星期四三、MHC与T细胞的胸腺选择Bevan（1977）和Zinkernagel （1978）发现表达TCRab的胸腺细胞只有与MHC分子相互作用以后方能发育成为成熟T细胞。第63页，共69页，2022年，5月20日，9点46分，星期四现代的器官移植是从肾移植开始的。最早