医学免疫学 第八章 MHC讲义

第六章主要组织相容性复合体主讲王文君免疫研究室分子生物学技术实验室1.组织相容性抗原（histocompatibilityantigen）：导致移植排斥反应的抗原，称～。即移植抗原。引起移植排斥反应，代表个体特异性的同种抗原。2.主要组织相容性抗原：majorhistocompati-bilityantigen，其中凡能引起强烈的排斥反应的抗原，称～，是由多个系列组成的复杂抗原系统（MHS，majorhistocompatibilityantigensystem）。3.次要组织相容性抗原：引起较弱的排斥反应的抗原，称～。概念是编码移植抗原（MHS或MHC抗原），控制调节免疫应答、免疫识别和支配免疫细胞各亚群的协同作用的一个基因复合体。目前已知MHC是由常染色体上功能、结构相异的三类基因组成，紧密连锁并作为一个遗传单位从亲代遗传给后代。Ⅰ、Ⅱ类基因编码的抗原分布于不同的细胞表面，作为细胞间的免疫识别标记并调节细胞间的相互作用。Ⅲ类基因编码血清中的某些蛋白成分（如补体等）。小鼠的主要组织相容性复合体称为H-2复合体。人的主要组织相容性复合体则称为人类白细胞抗原复合体（humanleucocyteantigen，HLA）。主要组织相容性复合体（MHC，majorhistocompatibilitycomplex）一.小鼠H-2复合体二.人类HLA复合体MHC的基因构成第二节MHC的基因构成MHC通常代表基因，而MHC分子或主要组织相容性抗原是基因编码产物。但专指某一动物时，MHC可同时代表基因和抗原，如小鼠MHC又称为H-2，既可代表鼠的MHC，也可指其编码分子。一.小鼠H-2复合体小鼠的MHC定位于第17号染色体，称为H-2复合体，是一组紧密连锁的基因群，包括K、I、S、D/L等基因。根据各基因编码分子的不同特性又将其分成三类基因组：1.Ⅰ类基因位点：K、D、L位点，编码单一肽链构成的Ⅰ类分子。2.Ⅱ类基因位点：即I区位点，可分为I-A、I-E亚区，编码Aα/Aβ异源二聚体和Eα/Eβ异源二聚体构成的Ⅱ类分子。近年发现的免疫应答基因(immuneresponsegene，Ir)也位于Ⅰ区，Ir基因编码产物称I区相关抗原（Iregionassociatedantigen，Ia抗原）。3.III类基因位点：I区与D区之间为S区，属III类基因位点所在部位，编码补体C4、C2、B因子及肿瘤坏死因子（TNFα、TNFβ）等。第二节MHC的基因构成着丝点Ⅰ类位点K2KⅠ类位点DLⅡ类位点I-AI-ESⅢ类位点图1小鼠MHC（H-2）基因结构示意图补体细胞因子二.人类HLA复合体人类MHC称作HLA复合体，定位于第6号染色体短臂（6p21,3），大小约为4分摩（centimorgan，cm）/3600kb，其长度约占人类基因组的1/3000。依据其编码分子的不同特性而分成三类基因区。1.Ⅰ类基因：位于HLA基因复合体远离着丝点的一端，包括经典的HLA-B、C、A基因位点和新近发现的非典型HLAⅠ类基因(non-classicalHLAclassⅠ)HLA-E、F、G位点等。2.Ⅱ类基因：位于HLA基因复合体近着丝点的一端，主要包括经典的HLA-DP、DQ、DR以及非典型HLAⅡ类基因HLA-DN位点等。3.Ⅲ类基因：位于HLA基因复合体的中部，主要包括免疫相关基因。编码补体C4、C2、B因子、肿瘤坏死因子（TNF

、TNF

）、热休克蛋白(heatshockprotein70、HSP70)以及免疫非相关基因——类固醇21羟化酶基因等。着丝点

Ⅲ类位点DP～DRⅠ类位点BCⅡ类位点图2人类MHC（HLA）基因结构示意图补体细胞因子A第三节HLA分子结构与功能一.HLAⅠ类分子的分布、结构和功能HLAⅠ类分子是由经典HLAⅠ类基因（HLA-A、B、C）编码的分子产物，也称Ⅰ类抗原，广泛分布于体内各种有核细胞膜表面，以及血小板和网织红细胞，成熟红细胞一般不表达Ⅰ类分子。不同的组织细胞表达Ⅰ类分子的情况不同，其中淋巴细胞表面表达的Ⅰ类抗原密度最大，其次是肾、肝脏及心脏，神经组织和成熟的滋养细胞很少表达Ⅰ类分子。Ⅰ类分子除以膜结合形式存在以外，也以可溶形式出现在血清、初乳和尿液等体液内。HLAⅠ类分子是由二条多肽链以非共价键连接的糖蛋白。一条重链称

链，分子量44kDa；另一条轻链是分子量12kDa的

2-微球蛋白（

2m）。

2m并非HLA基因编码产物，人类

2m是由15号染色体基因编码的产物，

2m无同种异型抗原决定簇，仅有种属特异性。

2m与免疫球蛋白恒定区具有高度同源性，属免疫球蛋白超家族成员，其作用在于稳定HLAⅠ类分子结构和表达。结构HLAⅠ类分子

链由340个氨基酸残基构成，分胞外区、跨膜区和胞内区三部分，具有高度多态性。胞外区根据分子内S-S结合位置，形成三个各约90个氨基酸残基组成的功能区(domain)，从氨基末端开始称为

1、

2与

3。

1和

2区决定了

链多态性，共同构成抗原结合部位。

1和

2各从其N端开始均先经4次

折叠，然后形成一条

螺旋。这二条

螺旋构成Ⅰ类分子抗原结合槽的两个侧面，8条

折叠肽段构成抗原结合部位的底面，Ⅰ类分子抗原结合槽可容纳8～10个氨基酸长度的抗原肽片段。图3人类HLAⅠ类分子化学结构示意图α链图4人类HLAⅠ类分子立体结构示意图功能HLAⅠ类分子的生物学功能主要包括：①诱导同种移植排斥反应（详见移植免疫）②作为杀伤性CD8+T（Tc）细胞的识别标志之一，参与内源性抗原的呈递（参见免疫应答），诱导对病毒感染细胞和肿瘤细胞的杀伤和溶解。近年来新发现两种蛋白参与MHCⅠ类分子对细胞内抗原的提呈，即巨大多功能蛋白酶体（或称低相对分子量多肽LMP)和抗原肽转运物(TAP)。这两种蛋白的编码基因均位于MHCⅡ类基因区。LMP存在于胞浆中，由许多低分子蛋白聚合而成，具有蛋白水解酶的性质，能参与各种蛋白质的降解。LMP分子团中有多个催化位点，可使同一基质蛋白同步产生多种适合MHCⅠ类分子结合的肽段。TAP是存在于内质网上的异源性二聚体，其功能是将胞浆中LMP加工过的抗原片段转运至内质网，并在内质网腔中组装免疫原性多肽—MHCⅠ类分子复合体。LMP及TAP均具多态性，在不同个体中LMP蛋白结合催化水解蛋白的部位不同，产生的肽段及抗原决定簇亦不同。因此，不同个体的MHCⅠ类分子对同一抗原提呈的抗原片段可不同，从而使不同机体对同一抗原的免疫应答可表现出个体差异，或产生免疫应答，或产生免疫耐受，或有自身免疫倾向，或表现出MHC相关疾病。二.HLAⅡ类分子的分布、结构和功能HLAⅡ类分子是由经典HLAⅡ类基因HLA-DR、DQ、DP位点编码的分子产物，也称Ⅱ类抗原。主要表达在某些免疫细胞表面，如B细胞、单核/巨噬细胞、树突状细胞、激活的T细胞，在精子和血管内皮细胞表面也有一定水平的表达。结构HLAⅡ类分子是两条非共价键连接的异源多肽链即

链与

链组成的糖蛋白。

链分子量约25～34kDa，

链分子量约24～29kDa。Ⅱ类分子二条链的细胞膜外侧部分含有二个功能区即

1、

2和

1、

2。

1和

1共同决定了Ⅱ类分子的多态性，构成抗原肽结合部位。Ⅱ类分子抗原结合槽不像Ⅰ类分子抗原结合槽的两端有封闭氨基酸残基，这种非封闭式结构使得Ⅱ类分子可结合较长的抗原肽段，约为14～15个氨基酸。Ⅱ类分子的

1因其更具多态性，所以在抗原提呈中更为重要。图5人类HLAⅡ类分子化学结构示意图α链β链胞外区跨膜区胞浆区图6人类HLAⅡ类分子立体结构示意图功能HLAⅡ类分子的功能主要包括：①诱导同种移植排斥反应，包括宿主抗移植物与移植物抗宿主反应（详见移植免疫）。②作为辅助性CD4+T细胞（Th细胞）的识别标志之一，参与外源性抗原的递呈（参见免疫应答），但在一定条件下也能提呈某些内源性抗原。③参与免疫应答调节。表1HLAⅠ、Ⅱ类分子的特性比较三.非经典HLA分子非经典HLAⅠ类抗原又称HLAⅠb，主要有HLA-E、HLA-F以及HLA-G等抗原分子组成。HLA-G是非经典HLAⅠ类抗原中最先证实存在于细胞膜表面的蛋白分子，HLA-G的分子结构与经典HLA类似，但分子量小于HLA-A、B、C，约37-39kD，等电点4.5-5.5，其中37kD的同种型不表达在细胞膜表面，只以可溶性形式存在。HLA-G与典型MHCⅠ类分子不同：①缺乏多态性，至今只发现4种基因型，以两种表达形式：膜结合形式和溶解形式存在。②HLA-G表达具有组织特异性，主要存在于HLA-A、B、C等典型基因不存在的滋养层细胞上。四.HLA分子的表达的特点①作为组织细胞表面标志，存在于不同分化、成熟阶段的免疫细胞表面。HLAⅡ类分子仅存在于激活的T细胞表面，而处于静止期的T细胞表面不表达HLA-Ⅱ类分子。②某些疾病，如传染性疾病、免疫性疾病以及肿瘤等均可影响细胞表达HLA分子。在AIDS患者的单核细胞表面HLA-Ⅱ类分子表达明显减少，某些肿瘤细胞表面HLA-Ⅰ类分子表达缺失或减少也较常见。③受生物活性物质的诱导。如细胞因子TNF和INF等均可增强HLA-Ⅰ类分子表达，而INF-

、IL-6以及GM-CSF等具有诱导HLA-Ⅱ类分子表达能力。第四节HLA多态性的遗传基础HLA是人类最丰富的多态性基因系统。多态性（polymorphism）：是指群体中不同个体HLA基因型（表型）存在差别。在随机婚配的群体中，存在两种以上的等位基因，在群体中可以编码多种抗原分子，因此群体中不同个体在等位基因拥有状态上存在差别。群体中HLA表型具多样性，在人群中HLA表型可达到107数量级。在无关人群中，HLA表现型完全相同的可能性极小。HLA分子的多态性由其编码基因的遗传特点所决定。1.等位基因（allele）：位于同源染色体上对应位置的一对基因，称等位基因。2.复等位基因：在群体中，位于同一位点的基因系列，称复等位基因。各编码产物名称首位字母为抗原编码基因位点。HLA等位基因总数已达554个（1996年）。一.复等位基因DPW68～DQ916～DR53137～CW1040～B77148～A7471DPW5DQ4DR3CW4B8A3DPW3DPW4DQ3DR2CW3B703A210DPW2DQ2DR103CW2B7A2DPW1DQ1DR1CW1B5A1DPDQDRCBA表2人类HLAⅠ、Ⅱ类基因位点二.共显性表达共显性遗传是决定HLA分子多态性的一个重要的遗传基础，即每一对等位基因位点的两个基因同是显性，其各自编码的特异性抗原分子可同时表达于细胞膜表面，称为共显性遗传。

HLA复合体中每一个等位基因均为共显性。单元型（haplotype）：即单倍型，连锁在一条染色体上的HLA各位点的基因组合，称～。即HLA基因在一条染色体上的组合。分别来源于亲代父和母的两个同源单元型构成一个HLA