免疫生物学课件五-edu-coursewareshbacc

《免疫学原理》第四章主要组织相容性复合体MajorHistocompatibilityComplex（MHC）一、引言二、MHC基因1、多基因性－经典的I类和II类基因；－免疫功能相关基因2、多态性－HLA具有极为丰富的多态性；－连锁不平衡与单体型三、MHC分子1、经典的I类分子和II类分子2、MHC分子与抗原肽的相互作用四、MHC的生物学功能1、作为抗原提呈分子参与适应性免疫2、作为调节分子参与固有免疫五、MHC与临床医学1、HLA与器官移植

2、HLA与疾病关联

一、引言－参与适应性免疫的三个基因系统：BCR(Ig)、TCR与MHC固有免疫和适应性免疫的进化重组激活基因（RAG）插入有颌类脊椎动物基因组之后出现适应性免疫。

一、引言

－参与适应性免疫的三个基因系统：BCR(Ig)、TCR与MHC

－MHC、组织相容性与移植物排斥IdentificationofmouseMHCbyconstructionofcongenicstrains远交系Outbredstrains近交系Inbredstrains同类系Congenicstrains重组系RecombinanttrainsskinskinacceptedrejectedacceptedrejectedskinskinH-2kK-I-S-DH-2bK-I-S-D-LH-2genecomplexH-2k/bKk-Ik-Sb-Db1/21/41/20ABAAAMousehistocompatibilityantigensandgraftsurvival

ThischartgivestherejectiontimesforskingraftsbetweenmicedifferingatthemajorhistocompatibilityH-2locus(blue).GraftswhichdifferatmultipleminorlociarerejectedasquicklyasthosethatdifferatH-2.HLA(hunanleukocyteantigen):人类MHCSLA(swineleukocyteantigen)：猪MHCH-2(histocompatibility2):小鼠HLA基因；HLA分子；HLA抗原

二、MHC基因1、多基因性－经典的I类和II类基因；－免疫功能相关基因

多基因性:MHC复合体由多个位置相邻的基因座位所组成，编码产物具有相同或相似的功能。第6号染色色体短短臂HLA区主要要基因因排列列图HLA全全长3600kb,共共有有224个个基因因座位位，其其中128个为为功能能性基基因（（有产产物表表达）），96个个为假假基因因。三三类基基因中中表达达者以以不同同颜色色表示示，不不表达达者皆皆为灰灰白色色经典的的MHCI类类和和II类类基基因产物具具有抗抗原提提呈功功能，，并显显示极极为丰丰富的的多态性性，直直接参参与T细胞胞的激激活和和分化化，调调控特特异性免免疫应应答。。免疫功功能相相关基基因包括传传统的的III类类基因因，以以及除除经典典的I类类和和和II类类基基因之之外的的多种种基因因，主主要参参与调调控固固有免疫应应答，，不显显示或或仅显显示有有限的的多态态性。。

人和小鼠MHC中经典的I类、II类和血清补体成分编码基因（III类基因）及其产物的命名比较FGHAECBC2BfC4AC4BDRADRBDQADQBDPADPBDRADRB9DRB3DRB2DRB1DQA1DQB1DQB3DQA2DQB2DOBTAP2LMP7TAP1LMP2DMBDMADOADPABDPB1DPA2DPB2TAPBPCLASSIIMICAMICBIBLLTATNFLTBB144HSP70C2BfC4ACY021C4BCLASSIIICLASSICentromereGermlinegenesofHLAsystemPseudogenesClassicalclassIandIIgenesImmunefunction-relatedgenes一、经经典的的HLA基因－I类类：HLA-A、HLA-B、HLA-CHLAIa－II类类：HLA-DR、、HLA-DQ、HLA-DP二、免免疫功功能相相关基基因－血血清补补体成成分编编码基基因：：C4B、、C4A、、Bf、C2－抗抗原加加工递递呈相相关基基因：：LMP、、TAP、、DM、DO、、tapasin－非非经典典I类类基因因（HLAIb）：HLA-E、HLA-G－炎炎症相相关基基因：：*肿肿瘤坏坏死基基因家家族：：TNF(TNF)、LTA(LT)、LTB(LT)*转转录调调节基基因或或类转转录因因子基基因家家族：：I-BL，，B144、ZNF173*MIC（MHCI类相相关基基因））家族族：MICA、、MICB*热热休克克蛋白白家族族：HSP70HLA,agenecomplex二、MHC基因因1、多多基因因性2、多多态性性－HLA显显示极极为丰丰富的的多态态性；；－连连锁锁不平平衡与与单体体型多态性性(polymorphism)指一个个基因因座位位上存存在多多个等位基基因(allele)。。HLA基因系系统的的多态态性及及一些些主要要基因因座位位的等等位基基因数数截至2006年年7月月，正正式命命名显显示多多态性性的HLA基因因座位有31个个，共2320个个等位位基因因。图中所所示为为常见见基因因座位位的等等位基基因数数。HLA基因系系统的的多态态性及及一些些主要要基因因座位位的等等位基基因数数截至2006年年7月月，正正式命命名显显示多多态性性的HLA基因因座位位有31个个，共共2320个等等位基基因。。图中所所示为为常见见基因因座位位的等等位基基因数数。－MHC的的多态态性是是一个个群体体概念念。是是种群中不不同个个体等等位基基因占占有状状态差差异的的表现。。－个个体间间各个个MHC基基因座座位等等位基基因占占有状态态的差差异，，是无无亲缘缘关系系个体体间移移植物发发生排排斥和和对疾疾病具具有不不同易易感性性的主要要原因因。HLA-DRB1*0901和DQB1*0701是分分别位于人人类MHC复复合合体中中的两两个等等位基基因。。他们在在北方方汉族族人中中的频频率分分别是是15.6%和和21.9%。。按随随机分分配的的规律律，这这两个个等位位基因同时时出现现在一一条染染色体体上的的机率率应是是上述述两个频频率的的乘积积：0.156×0.219＝0.034，即即3.4%，然而而实实际际上上两两者者同同时时出出现现的的频频率率是是11.3%，，为理理论论值值的的3.3倍倍。。－连锁锁不不平平衡衡(linkagedisequilibrium)分属属两两个个或或两两个个以以上上基基因因座座位位的的等等位位基基因，同时时出现在在一条染染色体上上的机率率高于随机出出现的频频率。－单体型（haplotype）染色体上上MHC不同座座位等位位基因的的特定组合。二、MHC基因因1、多基基因性2、多态态性3、HLA基因因表达的的调控HLAI类和II类基因启启动子区区的顺式式作用元元件及其其结合的的转录因因子右侧箭头头指向的的相反方方向为HLAI类（（上方））和II类（下下方）基基因转录录启动子子区。带英文字字的彩色色方框为为I、II类基基因专一一性顺式式作用元元件，其其上方为为结合各各个顺式式作用元件的转转录因子子。中部部的四对对顺式元元件-转转录因子子在两类类基因中中高度相相似。启启动子右右侧的兰色筐和和黑筐为为真核细细胞基因因共用的的顺式作作用元件件CCAAT和和TATA。HLAII类反式激活因子(CIITA)结构及其对HLA-DRA基因转录激活的调控A、CIITA分子结构。N端棕色部分显示乙酰基转移酶活性，并与协同激活因子CBPBob1等结合；P/S/T：富含脯氨酸、丝氨酸、苏氨酸结构域；ATP/GTPB：相应结构域；RFX结合：II类基因启动子RFX、NF-Y等结合部位。B、CIITA分子C端与结合于HLAII类基因（此处以DRA为例）启动子区顺式作用元件的多组份转录因子结合，N端与通用转录复合体（GTC）及协同激活因子（co-activator）结合，通过表观遗传学机制（包括组蛋白乙酰化及转录延伸）启动对II类基因的转录激活。FourpromotersfortranscriptionactivationofCIITAgeneCIITAgene

p1

p2p3p4

DC

?B

IFN-IIIIIIIV三、MHC分子子1、经经典的I类类分子和和II类分分子classIclassIIH-2K、H-2D、、H-2L;H-2IA(I-A)、H-2IE(I-E)HLA-A、HLA-B、HLA-C；HLA-DR、HLA-DQ、、HLA-DPmousehuman

人和小鼠MHC中经典的I类、II类和血清补体成分编码基因（III类基因）及其产物的命名比较抗原肽结结合槽抗原肽结结合槽MHCI类类分子（（左）和和II类分分子（右右）classIclassII:DR经典MHCI类和II类基基因外显显子与I类和II类分分子结构构域的对对应关系系A、I类类基因及及I类分分子；B、II类基因因及II类分子子。L：前导导区；Tm：跨跨膜区；；C：胞胞质区；；UTR：非翻翻译区

HLAI类和II类抗原的结构、组织分布和功能特点HLA抗分子结构肽结合表达特点组织分布功能特点原类别结构域I类链45kD1+2共显性#所有有核识别提呈内源性抗原肽,与CD8(A,B,C)(2m12kD)*

细胞表面结合,对CTL的识别起限制作用II类链35kD1+1共显性

APC,活化

识别提呈外源性抗原肽,与CD4(DR,DQ,

链28kD的T细胞

结合，对Th的识别起限制作用DP)*2m编码基因在15号染色体。#同源染色体对应座位上的两个等位基因都能得到表达。三、MHC分子子1、经经典的I类类分子和和II类分分子2、MHC分分子与抗抗原肽的的相互作作用－MHCI类和和II类分分子抗原原结合槽槽的结构构特点－MHC分分子接纳纳抗原肽肽的共用用基序－MHC-抗抗原肽相相互作用用中等位位基因特特异性及及其意义－T细细胞识识别抗原原中的MHC限制制性进入MHCI类类和II类分子子抗原结结合槽的的抗原肽肽长度不同同，显示示不同的的锚着位位(anchoposition)－I类类分子子抗原结结合槽两两端封闭闭，接纳纳的抗原原肽长度度有限，为为8～10个氨氨基酸残残基；－II类分分子凹槽槽两端开开放，进进入槽内内的抗原原肽长度度变化较大大，为13～17个氨氨基酸残残基甚至至更多。。TLWVDPYLVLLDVPIAVSLLPAIVLYMNGTMSLMLLALLYLALWLFFGLDIIRPQPEDKELKNIEAEQCVKFTDRWDAPNTSLYYTKFTPEYLLTERYPTALADDPILVVVVVTSLKDKKLYKGPAYD12

34567

8

9等位基因抗原肽氨基酸残基组成残基数抗原肽来源HLA-A*

0201（I类）HLA-DRB1*

0405（II类）

99109991413141715蛋白磷酸酶389-397BCTI蛋白103-111IP-30信号肽27-35酪氨酸激酶369-377酪氨酸激酶1-9黑色素瘤抗原热休克蛋白68-81ras相关蛋白86-982微球蛋白83-96PKM2101-117组织蛋白酶C62-76

核心序列残基（锚着位）核心序列残基

非核心序列残基各种天然抗原肽藉助特定锚着残基和不同的

HLA

等位基因分子相结合共用基序

xL/Mx

xxxx

x

L/VMHC分子和抗抗原肽的的相互作作用*不同的抗抗原肽结结合MHC分子子时具有有不同的的锚着位和和锚着残残基（anchorresidue）*不同同的MHC等位位基因分分子接纳纳抗原肽肽启用不同的共共用基序序（consensusmotif）－能够够和同一一类MHC分子子结合的的抗原肽肽，其锚锚着位和锚着着残基往往往相同同或相似似。－例如如HLA*0201分分子所接接纳的抗抗原肽有有一个显显示相互作用用特点的的共用基序序（consensusmotif），即x-L/M-x-x-x-x-x-x-L/V（x代表表任意氨氨基酸残残基）。。

ABC利用共用用基序通通过肽合合成和功功能测定定确定抗抗原的功功能性表表位从抗原一一级序列列中寻找找符合共共用基序序xPxxxxxxL的五条条九肽并并人工合合成，作作为表位位候选肽肽段（分分别以五五种颜色色表示））；B.测测定需要要该共用用基序的的MHCI类类分子与与候选肽肽段的亲亲和力及及结合能能力，选选择高亲亲和力者者（绿色色）；C.以以淋巴细胞克隆隆扩增实实验对选选中的肽肽段作功功能性验验证，确确认其具具有通过过TCR激活T细胞的的能力，，并以此此发展成成肽疫苗苗。不同H-2II类类分子子识别和和递呈小小鼠白血血病病毒毒胞膜蛋蛋白的不不同表位位三种H-2II类类等位位基因分分子I-As、I-Ab和I-Eb结合抗原原肽时启启用不同同的共用用基序，，因而分分别结合合并提呈呈小鼠白血血病病毒毒胞膜蛋蛋白MuLVenv同一一分子的的三个不不同抗原原肽序列列145-158、255-271和454-469。。

H-2

抗原肽123456789I-As

共用基序

x

IT

xxxx

HxMulvenv255-269IRLKITDS

G

P

RVPIGIgG2a75-91WPSQSITCN

V

A

HPASSTTIR203-218KPTE

VS

G

K

L

V

HANFGTI-Ab

共用基序

x

N

x

xx

xT

P

xMulvenv145-158HN

EG

F

YV

T

PGPGRPIi85-99RPVSQ

M

RM

A

T

PL

LMRIgGVH59-74

Y

NA

D

FK

T

PATLTVDI-Eb

共用基序

Y

L

Y

x

x

x

xRRMulvenv454-469SPSY

V

Y

HQFE

R

RAKYKBSA141-158GKYL

Y

EIAR

R

H

PYFunknownXPQSYL

IHEY

Y

Y

ISI-A

b

I-A

sI-E

b

145-158

255-271

454-469

T细胞胞识别抗抗原中的的MHC限限制性TTAPCTTCR抗原肽MHCAPCAPC识别不识别不识别MHC限限制性(restriction)T细胞通通过TCR识识别蛋蛋白质抗抗原时，，必需同同时识别MHC分分子。。MHC约约束性性只有在在二次免免疫应答答中才能能得到体体现。因为为二次应应答不仅仅需要有有初次进进行致敏敏的抗原原,并要求相相应抗原原肽由原原先具有有等位特特异性的的MHC分子进行提提呈。特异性二二次应答答同时受受抗原特特异性和和MHC等等位基因特特异性的的约束和和限制。。四、MHC的生生物学功功能1、编码码产物作作为抗原原提呈分分子参与与适应性免免疫TheMHC-peptide-TCRtrimolecularcomplexandothermoleculesinT-APCinteractionforTcellactivationThAPCB7CD28/CTLA4MHCpeptideTCRCD42ndsignal1stsignalpeptideMHCCDR1CDR2CDR3StructureofthetrimolecularcomplexMHC-peptide-TCRTCRMHCTCRMHCTcellrecognitionofapeptide-MHCcomplexviaitsTCRCDR1CDR3CDR2不同类别别的抗原原提呈分分子CD1HLA-A2MICA人CD1分分子、经典和非非经典HLA分分子(A2和MICA)的的结构比较T-APC相互互作用及及T细胞胞抗原识识别相关关的两种种基本结结构MHCI

类PTKCD4ThAPCCD4TCR抗原肽2112VVVVD2D3D4D1PTKPTKCD8CTLCD8321VVVVVV2-mMHCII

类－作为为抗原提提呈分子子，MHC产物物直接参参与T细胞的的激活和对靶细胞的的杀伤。。－被MHC分分子结合合并提呈呈的成份份，可以以是自身身抗原，，甚至是是MHC分分子本身身。由此此，MHC参与与构成自身免疫疫性（auto-immunity）、、参与对对非己MHC抗抗原的应应答，并并参与T细细胞在胸腺中中的选择择和分化化。－免疫疫应答基基因（Ir基基因）和和免疫抑制制基因（Is基基因），，以及近代确认认的疾病病关联原原发成份份，都证证明是特特定的MHC等位位基因（（或与与之紧紧密链链锁的的疾病易易感基基因）或其其产物物。其其作用机制制和MHC分子子的抗抗原提提呈功功能密密切相相关。。四、MHC的生生物学学功能能1、编编码产产物作作为抗抗原提提呈分分子参参与适应性性免疫疫2、免免疫功功能相相关基基因产产物作作为调调节分子参参与固固有免免疫应应答。。－经经典典III类类基因因为补补体成成份编编码，，参与与补体反反应和和免疫疫性疾疾病的的发生生。－非非经典典I类类基因因和MIC基基因因产物物可作作为配体分分子，，以不不同的的亲和和力结结合激激活性性和抑制制性受受体，，调节节NK细细胞胞和部部分杀杀伤细胞胞的活活性。。－炎炎症相相关基基因参参与启启动和和调控控炎症症反应应，并在应应急反反应中中发挥挥作用用。外来肿瘤正常感染NKNKNKNK++++–杀伤杀伤杀伤不杀伤伤抑制性性受体体是否否被激激活决决定了了NK细细胞能能否行行使杀杀伤功功能MHC人NK细胞胞的抑抑制性性受体体和激激活性性受体体KIR:杀杀伤细细胞免免疫球球蛋白白样受受体；；KLR:杀杀伤细细胞凝凝集素素样受受体；；ILT:杀伤伤细胞胞免疫疫球蛋蛋白样样转录录体受受体；；NCR:自自然细细胞毒毒受体体；UL18:人人巨细细胞病病毒糖糖蛋白白（一一种HLAI类分分子同同源物物）；；ULBP:人巨巨细胞胞病毒毒糖蛋蛋白结结合蛋蛋白KLRreceptorfamilylocationHLAspecificitykeyresidueKIR2DL1IgSF19q13.4HLA-Cw2,4,5,6N77,K80KIR2DL2/3IgSF19q13.4HLA-Cw1,3,7,8S77,N80KIR3DL1IgSF19q13.4HLA-Bw4allelesL82,R83KIR3DL2IgSF19q13.4HLA-A3,A11KIR2DL4IgSF19q13.4HLA-GandotherallelesILT2/LIR1IgSF19q13.4variousHLAallelesCD94/NKG2AClectin12p12-p13HLA-EHumanHLAclassI-specificNKcellinhibitoryreceptor五、MHC与临床医医学1、HLA是引起移移植器官排排斥的主要免疫学学因素EffectofHLAclassIandclassIIantigenmatchingonsurvivalofkidneygraftsHLAmismatchesclassIclassII001-203-4001-21-21-23-41-2Cellulartyping:onewayMLR(mixedlymphocytereaction)withhomozygotetypingcellsDR1(-)DR1(-)?(+)(+)?(-)DR4(+)?HTCDR1/DR1DR4/DR4Dw1,DR1Dw1/4,DR1/DR4Dw?testcelltestcellTypingresultsPCR-basedHLAgenotypingDQA25DQA34DQA41DQA55DQA69DQA75用于PCR-SSO基因分型的的六类序列特特异性寡核甘酸酸探针(ssop)的设计计和对PCR扩增增的DQA1基因片段进进行杂交作HLA-DQA1等位基因鉴鉴定五、MHC与临床医医学1、HLA是引起移移植器官排排斥的主要免疫学学因素2、HLA与疾病关关联强直性脊柱柱炎ankylosingspondylitis194719571967197710080604020020（RR）354~37690~9855109213270HLA-B27positive（％）relativeriskOrientalCaucasoidBlackArabianIndianSingaporeAScontrolThesubjectwithHLA-B27alleleishighlysusceptibletoankylosingspondylitis(AS)突眼性甲状腺肿重症肌无力硬皮病风湿热Reiter’s综合征系统性红斑狼疮类风湿性关节炎I型糖尿病多发性硬化症人体常见的的自身免疫病病和HLA呈呈现强关联联的一些自自身免疫病病疾病HLA抗原相相对风险险率强直性脊柱柱炎B2755~376急性前葡萄萄膜炎B2710.0肾小球性肾肾炎咯血综综合征DR215.9多发性硬化化DR24.8乳糜泻DR310.8突眼性甲状状腺肿DR33.7系统性红斑斑狼疮DR35.8胰岛素依赖赖性糖尿病病DR3/DR425.0类风湿性关关节炎DR44.2寻常天疱疮疮DR414.4淋巴瘤性甲甲状腺肿DR53.2用相对风险险率RR（（relativerisk）估计计特定HLA等位位基因产物物（抗原））与疾病的的关联程度度：(Ag+/Ag-)diseaseRR=(Ag+/Ag-)control原发关联成成分－类风湿性关关节炎（RA）：：一种以DR4为主主要关联成成分的自身免疫疫性疾病。。DR4等等位基因分分子67～～74位氨氨基酸残基序列列为LLEQRRAA，该等等位基因即即属易感成成分。－乳糜泻（CD）:HLA-DQA1*0501及DQB1*0201。这两个等位基基因可以分分别采用顺顺式互补（（在同一条条染色体上）或反反式互补（（在两条同同源染色体体上）。－胰岛素依赖赖性糖尿病病（IDDM）：易感感基因主要要为DQA1*0301和DQB1*0201。－多发性硬化化症（MS）:主要为为DR2中中的DRB1*1501，并有DRB3*0101参与与。编码DQ分分子和链的基因以以顺位和反位位互补两种种形式决决定对疾病的易感感性基因图中深深色座位代代表参与顺顺、反位互互补的易感感基因有关HLA与疾病关关联机制的的研究主要要集中在三三个方面。。－分析特特定HLA等位基因因分子参与与提呈疾病病相关抗原原肽的机制。。－寻找相相关性自身身抗原的T细胞表位位和B细胞胞表位，分分析携带这些些表位的肽肽段和特定定HLA分分子结合的的共用基序。－分析不不同MHC等位基因因产物(易感的和和抵抗的)在T细胞抗原受受体库(TCRrepertoire)的的发育和和中枢耐受中的作用用；寻找识识别特定抗抗原肽-MHC分分子复合物的T细胞胞克隆，确确定其特性性。1、人体主主要组织相相容性复合合体HLA的结构显显示多样性性。这一多样性性首先表现现在多基因因性，即该该复合体由由经典的HLA基因和免免疫功能相相关基因两两大类组成成。前者包括HLAI类、、II类类基因，其其产物的结结构、组织分布和功功能行使各各有特点，，在特异性性免疫应答答中发挥重要作作用；后者主要包包括血清补补体成分编编码基因、、抗原加工工提呈相关基因因、非经典典I类类基因和炎炎症相关基基因，较多地参与调调节固有免免疫应答。。小结结2、、HLA基基因因的的多多样样性性同同时时表表现现在在具具有有极极为为丰丰富富的的多态态性性。。多多态态性性反反映映群群体体中中不不同同个个体体HLA等等位位基因因拥拥有有状状态态的的不不同同，，是是导导致致个个体体间间免免疫疫应应答答能力力和和对对疾疾病病易易感感性性出出现现差差异异的的主主要要免免疫疫遗遗传传学原原因因。。确定定不不同同个个体体所所拥拥有有的的等等位位基基因因及及其其产产物物的的特特异性性称称为为HLA分分型型。。3、、MHC的的主主要要生生物物学学功功能能，，是是以以其其等等位位基基因因产产物物（MHC分分子子））结结合合并并提提呈呈抗抗原原肽肽供供T细细胞胞识识别别，，启动动特特异异性性免免疫疫应应答答。。HLA和和器器官官移移植植的的成成败败以以及及自自身身免免疫疫病病等等临临床床疾病病的的发发生生关关系系十十分分密密切切。。1、、何何谓谓HLA基基因因复复合合体体的的多多基基因因性性和和多多态态性性？？2、、比比较较HLAI类类和和II类类分分子子在在结结构构、、组组织织分分布布、、与抗抗原原肽肽相相互互作作用用等等方方面面的的特特点点。。为为什什么么MHC的主主要要生生物物学学功功能能体体现现在在结结合合与与提提呈呈抗抗原原肽肽？？思考考题题Thanksforattention黟县县宏宏村村，，徽徽州州YLEPGPYEAALWLFFGLAAGIGILVYMNGTMSLMLLALLYLTVTQC12

34567

8

9Consansusmotif

xL/Mx

xxxx

x

L/VMelanAgp100Tyrosinase368-376Tyrosinase1-9MAGE-3Themelanoma-relatedAgpeptidespresentedbyHLA-A2moleculeandtheirlocalizationontheAgmoleculesA2A2A2A2A2A2HLA-A24PresentationoftheMAGE-1-derivedpeptidebyHLA-A24moleculetoactivateMAGE-1-specificCTLs,whichcaneliminatethemelanoma-bearingcellsinanHLA-A24-restrictedwayHLA-A24HLA-A24HLA-A2MAGE-1NYKHCFPEIAPCCD8T

A24TCR

NYKHCFPEIMAGE-1A2A24NYKHCFPEI-specificCTLkillingnotkillingmelanomaHLA-A24