MHC的分类和功能.ppt

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1、第六章第六章 主要组织相容性复合体主要组织相容性复合体 major histocompatibility complex,MHC主要内容主要内容概述概述MHC的结构及其多基因特性的结构及其多基因特性MHC的遗传学特点及其多态性的遗传学特点及其多态性MHC的生物学功能的生物学功能HLA与临床医学与临床医学1948年，年，GeorgeSnell发现小鼠近交系之间皮发现小鼠近交系之间皮肤移植物的排斥由分布肤移植物的排斥由分布在不同染色体上的多个在不同染色体上的多个基因决定。基因决定。概概 述述概概 述述1.这种排斥反应的本质是什么？这种排斥反应的本质是什么？2.这种排斥反应的发生是否与遗传背景有关？

2、这种排斥反应的发生是否与遗传背景有关？3.导致排斥反应发生的物质是什么？导致排斥反应发生的物质是什么？相同相同 相近不同相近不同不排斥不排斥 弱排斥强排斥弱排斥强排斥免疫反应免疫反应器官移植器官移植排斥反应排斥反应抗原抗原组织相容性抗原（组织相容性抗原（histocompatibility Ag)主要组织相容性系统主要组织相容性系统主要组织相容性基因复合体（主要组织相容性基因复合体（MHC）u移植排斥反应属于免疫反应，它是由细胞表面的同移植排斥反应属于免疫反应，它是由细胞表面的同种异型抗原诱导的。这种代表个体特异性的同种抗种异型抗原诱导的。这种代表个体特异性的同种抗原称为原称为移植抗原或组织相

3、容性抗原。移植抗原或组织相容性抗原。u机体参与排斥反应的抗原系统很多，其中能引起强机体参与排斥反应的抗原系统很多，其中能引起强而迅速排斥反应的抗原系统被称为而迅速排斥反应的抗原系统被称为主要组织相容性主要组织相容性系统（系统（majorhistocompatibilitysystemMHS分子）。分子）。MHC：是脊椎动物某一染色体上编码主要组：是脊椎动物某一染色体上编码主要组织相容性抗原、控制免疫细胞间相互识别、调织相容性抗原、控制免疫细胞间相互识别、调节免疫应答的一组紧密连锁的基因群。具有控节免疫应答的一组紧密连锁的基因群。具有控制同种移植排斥、免疫应答和免疫调节等的复制同种移植排斥、免疫

4、应答和免疫调节等的复杂功能。杂功能。Dausset 多塞多塞（法国）（法国）发现发现人类人类MHC种种MHC名称名称小鼠小鼠H2(histocompatibility system2)大鼠大鼠RT1(AgB)人类人类HLA(human leukocyte antigens)兔兔RLA(rabbit leukocyte antigens)豚鼠豚鼠GPLA(guinea pig leukocyte antigens)家猪家猪SLA(sus domesticus leukocyte antigens)猴猴RhLA(rhesus macaque leukocyte antigens)不同动物中的不同动

5、物中的MHC名称名称第第一一节节MHC分分子子的的结结构构与与功功能能MHCI类类分子分子MHC分子的类型分子的类型I型分子型分子：分布最为广泛，存在于体内所有有核细胞：分布最为广泛，存在于体内所有有核细胞的表面。只有少数特殊种类不表达，例如神经细胞和的表面。只有少数特殊种类不表达，例如神经细胞和成熟的红细胞。成熟的红细胞。II型分子型分子：它的分布不如：它的分布不如I类分子分布广泛，主要表达类分子分布广泛，主要表达在某些免疫细胞表面，如在某些免疫细胞表面，如B细胞、单核细胞、树突状细细胞、单核细胞、树突状细胞等。胞等。一、一、MHC-I类分子类分子1.MHCI分子的基本结构分子的基本结构由由

6、a、两条多肽链组成；两条多肽链组成；链为重链，分子量链为重链，分子量44KD，由，由MHC编码；编码；链为轻链，分子量链为轻链，分子量12KD，是由非，是由非MHC基基因编码的，又称为因编码的，又称为2微球蛋白。微球蛋白。v肽结合区：包括肽结合区：包括a1和和a2，每，每 个突出结构约个突出结构约90个个aa残基，残基，是它与抗原结合的部位；是它与抗原结合的部位；vIg样区：免疫球蛋白超家族样区：免疫球蛋白超家族 的标记；的标记；链的作用在于维链的作用在于维 持它的分子构型；持它的分子构型；v跨膜区：锚定于细胞膜上；跨膜区：锚定于细胞膜上；v胞内区：参与跨膜信号传导。胞内区：参与跨膜信号传导。

7、MHC I型分子结构分为四个区型分子结构分为四个区2.MHCI分子的空间结构与功能分子的空间结构与功能抗原结合槽（抗原结合槽（Peptide-bindingcleft）X射线晶体衍射分析结果表明，射线晶体衍射分析结果表明，MHC分子顶部有一分子顶部有一较深的沟槽（较深的沟槽（cleft），是其接纳抗原肽的部位，称为抗原），是其接纳抗原肽的部位，称为抗原肽结合槽，简称肽槽。肽槽的侧壁是相反走向的两组肽结合槽，简称肽槽。肽槽的侧壁是相反走向的两组a螺螺旋，底部为一组旋，底部为一组8个折叠袢组成的个折叠袢组成的片层。片层。容纳容纳911个氨个氨基酸残基组成的抗原肽。基酸残基组成的抗原肽。多态性区：决

8、定多态性区：决定MHC-I类分子多态性的主要部位。类分子多态性的主要部位。u肽槽由肽槽由 1和和 2两个结构域组成；两个结构域组成；u肽槽的两端成封闭状；肽槽的两端成封闭状；u肽槽内一般有较浅的凹槽，接纳抗原肽的残基侧链。肽槽内一般有较浅的凹槽，接纳抗原肽的残基侧链。u只能接纳只能接纳911氨基酸残基的抗原肽；氨基酸残基的抗原肽；分布特点：分布特点：膜型：广泛分布于各组织有核细胞及血小板膜型：广泛分布于各组织有核细胞及血小板和网织红细胞的表面，但在神经细胞、成熟的和网织红细胞的表面，但在神经细胞、成熟的红细胞和滋养层细胞表面没有表达。红细胞和滋养层细胞表面没有表达。可溶性形式：血清、尿液等。可

9、溶性形式：血清、尿液等。1)与内源性抗原的递呈（诱导对病毒感染细胞和肿瘤与内源性抗原的递呈（诱导对病毒感染细胞和肿瘤细胞的杀伤和溶解）；细胞的杀伤和溶解）；2)作为作为CD8+T细胞的识别分子（细胞的识别分子（CD8的配体）；的配体）；3)参与胸腺内参与胸腺内CD8+T细胞的分化、发育；细胞的分化、发育；4)抑制抑制NK细胞的杀伤活性；细胞的杀伤活性；5)诱导同种移植排斥反应。诱导同种移植排斥反应。MHCI生物学功能生物学功能二、二、MHC-II类分子类分子1.MHC-II类分子的基本结构类分子的基本结构MHC-II类分子由类分子由链和链和链组成的异源二聚链组成的异源二聚体（糖蛋白）。体（糖蛋

10、白）。由由a、两两条条多多肽肽链链组组成成，二二条条链链的的结结构构基基本本相相似似，氨基端在胞外，羧基端在胞内；氨基端在胞外，羧基端在胞内；II型型分分子子的的二二条条链链由由不不同同的的MHC基基因因编编码码，且且二二条链都具有多态性条链都具有多态性。MHC II型分子结构分为四个区型分子结构分为四个区v肽结合区：包括肽结合区：包括a1和和1，每个，每个突出结构约突出结构约90个个aa残基，是与残基，是与抗原结合的部位；抗原结合的部位；vIg样区：样区：由由a22组成，内含组成，内含二二硫键，是与硫键，是与CD4分子的结合部分子的结合部位；位；v跨膜区：含跨膜区：含25个个aa残基，将它残

11、基，将它锚定于细胞膜上；锚定于细胞膜上；v胞内区：参与跨膜信号传导。胞内区：参与跨膜信号传导。2.MHC-II类分子的空间结构与功能类分子的空间结构与功能抗原结合槽抗原结合槽（Peptide-bindingcleft）1和和1结构域组成的肽结合区；结构域组成的肽结合区；结合、递呈外源性抗原肽给结合、递呈外源性抗原肽给CD4+T细胞；细胞；由由2个个螺旋和螺旋和8个个片层组成；片层组成；两端呈开放结构；两端呈开放结构；容纳容纳1030个氨基酸残基组成的多肽。个氨基酸残基组成的多肽。多态性区：决定多态性区：决定MHC类分子多态性的主要部分（类分子多态性的主要部分（1）。u肽槽由肽槽由 和和 链的链

12、的 1和和 1结构域组成；结构域组成；u肽槽两端成敞开状；肽槽两端成敞开状；u肽槽中的凹槽相对较深，接纳抗原肽的残基侧链。肽槽中的凹槽相对较深，接纳抗原肽的残基侧链。u所接纳的抗原多为所接纳的抗原多为1030肽；肽；分布特点分布特点：主要分布于主要分布于APC细胞、胸腺上皮细胞和细胞、胸腺上皮细胞和活化的活化的T细胞表面；细胞表面；可溶性形式同可溶性形式同MHC-。1)参与外源性抗原的递呈；参与外源性抗原的递呈；2)作为作为CD4+T细胞的识别分子（细胞的识别分子（CD4的配体）；的配体）；3)参与胸腺内参与胸腺内CD4+T细胞的分化、发育；细胞的分化、发育；4)参与免疫应答调节参与免疫应答调

13、节Ir基因产物调节；基因产物调节；5)诱导同种移植排斥反应（宿主抗移植物或移植物抗宿诱导同种移植排斥反应（宿主抗移植物或移植物抗宿主排斥反应）。主排斥反应）。MHCII生物学功能生物学功能 HLAIHLAI类和类和类和类和IIII类抗原的结构、组织分布和功能特点类抗原的结构、组织分布和功能特点类抗原的结构、组织分布和功能特点类抗原的结构、组织分布和功能特点类别类别分子结分子结构构肽结合肽结合结构域结构域表达特表达特点点组织分组织分布布功能功能I类类A、B、C链链2m1+2共显性共显性所有有所有有核细胞核细胞表面表面识别提识别提呈内源呈内源性抗原性抗原等等II类类DR、DQ、DP链链链链1+1共

14、显性共显性APC，活化的活化的T细胞细胞识别提识别提呈外源呈外源性抗原性抗原等等三、肽与三、肽与MHC分子结合的结构基础分子结合的结构基础1.MHC分子与抗原肽的相互作用分子与抗原肽的相互作用MHC分子结构上的差异主要集中于分子结构上的差异主要集中于MHC分子的肽结合槽。分子的肽结合槽。特定的特定的HLA分子可结合数种、数十种或更多的不同抗原肽。分子可结合数种、数十种或更多的不同抗原肽。锚定位：抗原肽上能和锚定位：抗原肽上能和HLA分子抗原结合槽相互作用的特分子抗原结合槽相互作用的特定位点。定位点。锚定残基。锚定残基。锚定残基相同的抗原肽可以与同一种锚定残基相同的抗原肽可以与同一种MHC分子结

15、合。分子结合。共同基序：共同基序：MHC分子所能结合的不同抗原肽带有相同分子所能结合的不同抗原肽带有相同或相似的锚定位或锚定残基。或相似的锚定位或锚定残基。一种类型的一种类型的MHC分子可以结合多种不同特异性的抗原分子可以结合多种不同特异性的抗原肽。肽。抗原肽与抗原肽与MHC分子相互作用的共同基序分子相互作用的共同基序 一定的特异性：一定的特异性：特定的特定的MHC分子可凭借所需要的共同性基分子可凭借所需要的共同性基序选择性地结合抗原肽，在这个意义上，两者的结合具有一序选择性地结合抗原肽，在这个意义上，两者的结合具有一定的专一性。定的专一性。包容性：包容性：MHC分子对抗原肽的识别并非呈现严格

16、的一对一分子对抗原肽的识别并非呈现严格的一对一关系，而是一类关系，而是一类MHC分子识别一群带有特定共同基序的肽段分子识别一群带有特定共同基序的肽段MHC分子与抗原肽相互作用的特点：分子与抗原肽相互作用的特点：个体差异性：个体差异性：不同不同MHC分子可选择性地结合具有分子可选择性地结合具有不同锚定位和锚定残基的肽段，故不同不同锚定位和锚定残基的肽段，故不同MHC等位基等位基因产物有可能提呈同一抗原分子的不同表位，造成因产物有可能提呈同一抗原分子的不同表位，造成不同个体对同一抗原的应答在强度上出现差异。不同个体对同一抗原的应答在强度上出现差异。第二节第二节MHC抗原基因结构及遗传抗原基因结构及

17、遗传一、一、MHC的遗传及多态性的遗传及多态性单元型遗传单元型遗传多态性多态性连锁不平衡连锁不平衡MHC的的遗传特遗传特征征1.单元型遗传单元型遗传（haplotypes）单元型：紧密连锁在一条染色体上的单元型：紧密连锁在一条染色体上的MHC各位点的各位点的基因组合。基因组合。MHC单元型作为一个单位遗传给下一代。单元型作为一个单位遗传给下一代。MHC单元型终生不变，可作为个体的遗传标志。单元型终生不变，可作为个体的遗传标志。基因型：基因型：HLA基因在体细胞两条染色体上的组合。基因在体细胞两条染色体上的组合。表现型：不同个体的表现型：不同个体的MHC抗原特异型别。抗原特异型别。HLA表型、单

18、体型、基因型的关系表型、单体型、基因型的关系MHC复合体是一组紧密连锁的基因群。这些连复合体是一组紧密连锁的基因群。这些连锁在一条染色体上的等位基因很少发生同源染色体间锁在一条染色体上的等位基因很少发生同源染色体间的交换，构成了一个单体型。在遗传过程中，它作为的交换，构成了一个单体型。在遗传过程中，它作为一个完整的遗传单位由亲代传给子代。一个完整的遗传单位由亲代传给子代。单体型遗传方式单体型遗传方式HLA的单元型的遗传特点的单元型的遗传特点亲代与子代之间必然有一个单元型相同亲代与子代之间必然有一个单元型相同同胞之间同胞之间HLA单元型会出现三种可能单元型会出现三种可能 两个单元型完全相同的机率

19、为两个单元型完全相同的机率为25%两个单元型完全不同的机率为两个单元型完全不同的机率为25%一个单元型相同的机率为一个单元型相同的机率为50%2.连锁不平衡（连锁不平衡（linkage disequilibrium)由于由于HLA复合体的各座位是紧密连锁的，若各座位复合体的各座位是紧密连锁的，若各座位的等位基因随机组合构成单元型，则某一单元型的出现的等位基因随机组合构成单元型，则某一单元型的出现频率应等于组成该单元各基因频率的乘积。频率应等于组成该单元各基因频率的乘积。某些基因比其他基因能更多或更少地连锁在一起，某些基因比其他基因能更多或更少地连锁在一起，从而出现连锁不平衡。从而出现连锁不平衡

20、。3.多态性现象（多态性现象（polymorphism）多态性：是指在一随机婚配的群体中，染色体同一基多态性：是指在一随机婚配的群体中，染色体同一基 因座位有两种以上基因型，即可能编码两种以上的因座位有两种以上基因型，即可能编码两种以上的 产物。产物。多态性原因多态性原因:（1）HLA的基因为复等位基因；的基因为复等位基因；（2）HLA为共显性基因。为共显性基因。共显性遗传共显性遗传HLA基因均为显性基因，都能编码相应的基因均为显性基因，都能编码相应的分子位于一对同源染色体上对应位置的一对基分子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。因称为等位基因。每对等位基因都能转录、翻译成抗原

21、，共每对等位基因都能转录、翻译成抗原，共同表达于细胞膜。同表达于细胞膜。二、小鼠的二、小鼠的MHC（H-2）基因结构）基因结构位于小鼠的第位于小鼠的第17对染色体对染色体;由由类、类、类、类、类基因组成类基因组成;类和类和类基因参与免疫应答的遗传调控类基因参与免疫应答的遗传调控;类基因编码补体成分和炎症相关的免疫分子类基因编码补体成分和炎症相关的免疫分子;通常所说为通常所说为MHC类和类和MHC类基因。类基因。小鼠主要组织相容性复合物（小鼠主要组织相容性复合物（H2）结构示意图）结构示意图着丝点着丝点17号号 KIAIESDLMHC-MHC-MHC-MHC-小鼠主要组织相容性复合物（小鼠主要组

22、织相容性复合物（H2）结构示意图）结构示意图三、人的三、人的MHC（HLA）基因结构）基因结构HLA（humanleukocyteantigen):最初在人的最初在人的白细胞上发现的。白细胞上发现的。HLA：即人类白细胞抗原，是人的：即人类白细胞抗原，是人的MHC，位，位于第于第6号染色体短臂上的一群紧密连锁的基因号染色体短臂上的一群紧密连锁的基因群，其编码产物参与免疫应答和免疫调控。群，其编码产物参与免疫应答和免疫调控。HLA基因复合体位于人基因复合体位于人6p21.31；由由HLA类、类、类、类、类基因组成；类基因组成；HLA-I类基因集中在远离着丝点的一端，包括类基因集中在远离着丝点的一

23、端，包括B、C、A三个座位（经典基因）；三个座位（经典基因）；HLAII类基因在复合体中位于近着丝点一端，由类基因在复合体中位于近着丝点一端，由DP、DQ、DR三个亚区组成；三个亚区组成；HLA类基因包括编码补体成分的基因和炎症相关基类基因包括编码补体成分的基因和炎症相关基因，有因，有C4、C2、B因子、因子、TNF、HSP70等等HLA复合体的基因结构复合体的基因结构1.HLA类基因类基因经典的经典的HLA类基因：类基因：HLA-A、HLA-B、HLA-C三个基因座位，参与内源性抗原的递呈三个基因座位，参与内源性抗原的递呈和免疫调控；和免疫调控；非经典的非经典的HLA类基因：类基因：HLA-

24、E、HLA-F、HLA-G等基因座位，参与免疫调控。等基因座位，参与免疫调控。MHC类链相关基因（类链相关基因（MIC）：功能基因和）：功能基因和假基因。假基因。2.HLAII类基因类基因经典的经典的HLAII类基因：类基因：HLA-DP、HLA-DQ、HLA-DR亚区，参与外源性抗原的递呈和免疫调亚区，参与外源性抗原的递呈和免疫调控控TAP基因基因LMP基因基因参与内源性抗原的加工参与内源性抗原的加工TAP（transporterassociatedwithantigenprocessing)：编码抗原加工相关转运体，参：编码抗原加工相关转运体，参与内源性抗原加工中抗原肽的转运。与内源性抗原

25、加工中抗原肽的转运。LMP（lowmolecularweightpeptide)：编码：编码蛋白酶蛋白酶LMP2和和LMP7，是免疫蛋白酶体的组，是免疫蛋白酶体的组成成分，参与内源性抗原的加工。成成分，参与内源性抗原的加工。3.HLA类基因类基因中央区基因：位于中央区基因：位于HLA类和类和类基因类基因之间。之间。补体基因和炎症相关基因。补体基因和炎症相关基因。第三节第三节MHC的检测原理及应用的检测原理及应用一、一、HLA-类抗原的检测类抗原的检测HLA-类抗原的检测，国际上常规使用补体依赖的类抗原的检测，国际上常规使用补体依赖的微量淋巴细胞毒试验（微量淋巴细胞毒试验（CDC）。）。二、二、

26、HLA-类抗原的检测类抗原的检测1.单向单向MLR2.预致敏淋巴细胞分型法预致敏淋巴细胞分型法(PLT)三、三、HLA基因定型法基因定型法1.PFLP检测法检测法2.PCR-ASO法法3.PCR-DNAsequencing法法血清学血清学细胞学细胞学分子生物学分子生物学实验方法实验方法补体介导的微量细补体介导的微量细胞毒试验胞毒试验混合淋巴细胞混合淋巴细胞培养法培养法（MLC)分子生物学技分子生物学技术术原理原理抗体抗体(HLA分型分型)+淋巴细胞淋巴细胞(受者受者)+补体补体淋巴细胞受淋巴细胞受损损判定结果判定结果（细胞死亡百分率）（细胞死亡百分率）单向法单向法双向法双向法比较供、受者比较供

27、、受者编码编码HLA抗原抗原基因的基因的DNA序列，判定供、序列，判定供、受者间的相似受者间的相似程度。程度。主要应用主要应用检测检测HLA-A、B、C抗原抗原检测检测DP抗原抗原HLA分型法原理及应用分型法原理及应用四、四、HLA检测的应用检测的应用1.HLA与器官移植与器官移植2.HLA与疾病的关联与疾病的关联3.HLA与亲子鉴定和法医学与亲子鉴定和法医学uHLA与疾病的关系与疾病的关系(一一)HLA与疾病的相关性与疾病的相关性HLA与疾病的相关性通常运用与疾病的相关性通常运用关联关联(association)进行进行研究。研究。关联：关联：指两个遗传学性状在群体中的同时出现呈非指两个遗传

28、学性状在群体中的同时出现呈非随机分布，以相对危险率随机分布，以相对危险率(relativerisk，RR)来评估。来评估。关于关于HLA与疾病关联的机制，有受体学说、分子与疾病关联的机制，有受体学说、分子模拟学说、连锁不平衡学说及免疫应答基因学说等。模拟学说、连锁不平衡学说及免疫应答基因学说等。一般认为，不同病种与一般认为，不同病种与HLA的关联可能有不同的机的关联可能有不同的机制。制。uHLA与器官移植的关系与器官移植的关系器官移植是近代医学重要治疗手段之一。被移植器官移植是近代医学重要治疗手段之一。被移植的器官或组织的存活率高低，与供、受者间的的器官或组织的存活率高低，与供、受者间的HLA

29、抗原是否匹配及匹配程度密切相关。近年发现，抗原是否匹配及匹配程度密切相关。近年发现，HLA类抗原的配合比类抗原的配合比类抗原更为重要。骨髓移类抗原更为重要。骨髓移植时，只有供、受者间两个植时，只有供、受者间两个HLA单倍型相同的情况单倍型相同的情况下才容易获得成功。下才容易获得成功。uHLA与输血反应的关系与输血反应的关系临床上发现，多次接受输血的病人可发生临床上发现，多次接受输血的病人可发生非溶血非溶血性输血反应性输血反应，主要表现为发热、白细胞减数与荨麻，主要表现为发热、白细胞减数与荨麻疹等。这类输血反应的原因大多是由于病人血液中疹等。这类输血反应的原因大多是由于病人血液中存在着抗存在着抗

30、白细胞和抗血小板白细胞和抗血小板HLA抗原的抗体抗原的抗体所致。所致。供血者血液中如含高效价的此等抗体，亦可引起输供血者血液中如含高效价的此等抗体，亦可引起输血反应。因此，对于多次接受输血者应注意选择血反应。因此，对于多次接受输血者应注意选择HLA抗原相同和不含有抗抗原相同和不含有抗HLA抗体的血液，以免发抗体的血液，以免发生此类输血反应。生此类输血反应。uHLA与法医与法医由于由于由于由于HLAHLA复合体的高度多态性，个体的复合体的高度多态性，个体的复合体的高度多态性，个体的复合体的高度多态性，个体的HLAHLA复复复复合体可视为伴随个体终生的特异性遗传标记。合体可视为伴随个体终生的特异性

31、遗传标记。合体可视为伴随个体终生的特异性遗传标记。合体可视为伴随个体终生的特异性遗传标记。HLAHLA基基基基因因因因型型型型和和和和/或或或或表表表表现现现现型型型型的的的的检检检检测测测测，已已已已成成成成为为为为法法法法医医医医学学学学上个体识别和亲子鉴定的重要手段上个体识别和亲子鉴定的重要手段上个体识别和亲子鉴定的重要手段上个体识别和亲子鉴定的重要手段。HLA与母胎关系与母胎关系成成熟熟的的胎胎盘盘滋滋养养层层细细胞胞不不表表达达经经典典的的HLA类类MHC分分子子，使使母母体体T细细胞胞不不能能识识别别胎胎儿儿组组织织中中来来自父方的自父方的HLA分子；分子；滋养滋养层细层细胞表达非胞表达非经经典的典的类类分子分子HLA-G、HLA-E，可与子，可与子宫蜕宫蜕膜的膜的NK细细胞、胞、CTL细细胞的胞的抑制性受体抑制性受体结结合，形成母体合，形成母体对对胎儿的耐受。胎儿的耐受。