主要組織相容性復(fù)合體

1、主要組織相容性復(fù)合體(major histocompatibility complex, MHC)是由一組高度多態(tài)性基因組成的染色體區(qū)域。MHC基因產(chǎn)物能在不同細(xì)胞表面表達(dá)，通常稱之為MHC分子或MHC抗原，又因這些抗原在器官移植中代表供受者雙方的組織相容程度，亦稱為移植抗原或組織相容性抗原。人的MHC是人類白細(xì)胞抗原(human leucocyte antigen, HLA)。 MHC是現(xiàn)知多態(tài)性最為豐富的一個基因系統(tǒng)，

2、擁有極大數(shù)量的等位基因，賦予種群巨大潛力以適應(yīng)多變的內(nèi)外環(huán)境。MHC分子不但在T細(xì)胞分化發(fā)育中是必需的，而且在適應(yīng)性免疫應(yīng)答的啟動和調(diào)節(jié)中發(fā)揮重要作用，并參與對固有免疫應(yīng)答的調(diào)節(jié)。 MHC是構(gòu)成免疫遺傳學(xué)(immunogenetics)研究的主要方向。,主要組織相容性復(fù)合體Major Histocompatibility Complex,MHC基因HLA分子的結(jié)構(gòu)、功能和分布HLA基因表達(dá)的調(diào)控HLA和臨床醫(yī)學(xué),MHC基因

3、,一、多態(tài)性二、HLA抗原和等位基因檢測和命名三、連鎖不平衡,,MHC基因,Chromosome 6,Chromosome 17,,HLA基因,參閱圖5-4,,,,HLA主要基因及等位基因數(shù)（截至2012年10月）,,,不同單元型中DR基因的組合,DR亞區(qū)：DR亞區(qū)有1個DRA基因及9個DRB基因。DRA基因幾乎不顯示多態(tài)性，其產(chǎn)物為DR分子的?鏈。9個DRB基因分別命名 為DRB1～DRB9。其中DRB1、DRB3、DRB4和DR

4、B5為功能基因。DRB1基因編碼的DR分子?鏈與DRA基因編碼的?鏈共同組成DR分子。DRB5基因、DRB3基因及DRB4基因編碼的?鏈各自與?鏈組成的DR分子，分別顯示血清學(xué)方法檢出的抗原特異性DR51、DR52和DR53。因此，DRB基因的數(shù)目隨每個個體所具有的單體型的不同而不同，可分為五個組。,不斷被檢出的HLA等位基因數(shù)（限于WHO命名委員會確認(rèn)并公布的等位基因）,豐富的多態(tài)性(polymorphism)是HLA基因系統(tǒng)

5、的一個最重要的特點(diǎn)。HLA復(fù)合體中很多基因座位的DNA序列在人群中存在許多變異體，稱為等位基因（allele）。單體型(haplotypes)是染色體上HLA不同座位等位基因的特定組合。單體型作為一個遺傳單位，將HLA遺傳信息完整遺傳于子代。,一、多態(tài)性,HLA基因系統(tǒng)的多態(tài)性及一些主要基因座位的等位基因數(shù) 截至2012年10月，正式命名顯示多態(tài)性的HLA基因座位有36個，共8712個等位基因。 圖中各立柱下

6、方所示數(shù)據(jù)為該基因座位的等位基因數(shù)。,參閱表5-2,如此龐大的等位基因，表明HLA屬人類多態(tài)性最為豐富的基因系統(tǒng)。揭示人群中兩個無親緣關(guān)系個體間HLA等位基因相同的機(jī)率一定很低。對每一個個體，任何一個HLA座位只能有二個等位基因，分別來自父母親，這些等位基因均能得到充分的表達(dá)，稱為共顯性(co-dominance)。見下頁圖 由于人類是隨機(jī)婚配的雜合群體，從人群整個HLA等位基因庫中獲取這兩個基因應(yīng)該是隨機(jī)的，兩個無親緣

7、關(guān)系個體全部HLA等位基因相同的機(jī)率幾乎為零。也使每一個個體所具有的HLA等位基因及其產(chǎn)物可以成為顯示該個體獨(dú)特性的生物學(xué)“身份證”，即個體性(individuality) 的標(biāo)志。 HLA系統(tǒng)的多態(tài)性保證了種群能顯示對各種病原體潛在的免疫應(yīng)答能力，以保證群體的延續(xù)及維持其穩(wěn)定性。 HLA基因的多態(tài)性及其在不同種族、地域中分布差異的原因是自然選擇所造成的。HLA系統(tǒng)又成了一個良好的群體標(biāo)志，對研究人類

8、起源、遷移、混雜及某些疾病的高發(fā)有很高的價值。,Diagram illustrating various MHC molecules expressed on antigen-presenting cells of a hetero-zygous H-2k/d mouse. Both the maternal and paternal MHC genes are expressed. Because the class II molec

9、ules are heterodimers, heterologous molecules containing one maternal-derived and one paternal-derived chain are produced. The 2-microglobulin component of class I molecules (pink) is encoded by a gene on a separate chro

10、mosome and may be derived from either parent.,二、HLA抗原和等位基因檢測和命名,用血清學(xué)及細(xì)胞學(xué)技術(shù)檢測的抗原特異性 用分子生物學(xué)方法檢測的等位基因,HLA抗原和等位基因因檢測方法的不同而有相應(yīng)的命名系統(tǒng)。,HLA-B8 HLA-B2,補(bǔ)體依賴的微量淋巴細(xì)胞毒試驗(yàn),Serological tissue typing,Polymerase Chain

11、 Reaction (PCR),PCR-based HLA genotyping,三、連鎖不平衡,連鎖不平衡（linkage disequilibrium）是指在某一群體中，不同座位上某二個等位基因出現(xiàn)在同一條單元型上的頻率與預(yù)期值之間有明顯的差異。 連鎖不平衡現(xiàn)象在一定程度上限制了群體中HLA單元型的多樣性，這給器官移植尋找HLA相容供體提供了機(jī)會，但卻給HLA與疾病關(guān)聯(lián)研究中尋找原發(fā)性關(guān)聯(lián)成分造成一定困難。,

12、HLA分子的結(jié)構(gòu)、功能和分布,一、HLA分子的組織分布二、HLA分子結(jié)構(gòu)三、HLA分子的功能,一、HLA分子的組織分布,經(jīng)典的I類分子HLA-A、B表達(dá)在除絨毛外滋養(yǎng)細(xì)胞外的所有有核細(xì)胞表面，HLA-C分子則可表達(dá)在包括絨毛外滋養(yǎng)層細(xì)胞內(nèi)的所有有核細(xì)胞表面。但不同組織和不同細(xì)胞類型的表達(dá)水平不同。 經(jīng)典HLA II類分子 (DR、DQ、DP) 的表達(dá)則局限在特定細(xì)胞群，主要是抗原提呈細(xì)胞如巨噬細(xì)胞、樹突細(xì)胞、

13、成熟B淋巴細(xì)胞。此外激活的T細(xì)胞及激活的單核細(xì)胞也表達(dá)經(jīng)典II類分子。,二、HLA分子結(jié)構(gòu),1.HLAⅠ類分子和HLAⅡ類分子 2.HLAⅡ類分子的順位互補(bǔ)和反位互補(bǔ) 3.可溶性HLA分子,HLAⅠ類分子和HLAⅡ類分子,,(38kD and 28kD),,,,編碼DQ分子?和?鏈的基因以順位和反位互補(bǔ)兩種形式?jīng)Q定對疾病的易感性基因圖中深色座位代表參與順、反位互補(bǔ)的易感基因,HLAⅡ類分子的順位互補(bǔ)和反位互補(bǔ),順位互補(bǔ) (c

14、is- complementation) 即DQ或DP分子的?鏈和?鏈?zhǔn)怯赏粭l單體型上的等位基因所編碼；另一種是反位互補(bǔ) (trans-complementation) 即DQ或DP分子的?鏈和?鏈?zhǔn)欠謩e來自父親及母親的二條單體型上的等位基因編碼而成。這種現(xiàn)象不僅使細(xì)胞表面表達(dá)的HLA分子類型增加，而且與某些自身免疫病的易感性有關(guān)。,HLA-G基因結(jié)構(gòu)與表達(dá) HLA-G基因結(jié)構(gòu)與經(jīng)典HLA I 類基因基本相同, 但HLA-G

15、 分子胞內(nèi)段較短。HLA-G1為缺乏外顯子7的全長mRNA轉(zhuǎn)錄子; HLA-G2為缺乏外顯子3,7的轉(zhuǎn)錄子; HLA-G3為缺乏外顯子3,4,7的轉(zhuǎn)錄子；HLA-G4為缺乏外顯子4,7的轉(zhuǎn)錄子; 可溶性HLA-G5是由于內(nèi)含子4中的存在終止密碼子,HLA-G6是缺乏外顯子3,7且內(nèi)含子4中含有終止密碼子;HLA-G7內(nèi)含子2中含有終止密碼子。mRNA中的密碼子以紫紅色方框表示。UTR：非轉(zhuǎn)錄區(qū)。,HLA分子主要以穿膜

16、蛋白的形式表達(dá)在細(xì)胞表面，但有少量分子則以可溶性HLA（sHLA）形式檢出。一些研究已提示，sHLA分子可通過多種機(jī)制發(fā)揮免疫調(diào)節(jié)作用，在感染性疾病、癌癥及器官移植排斥反應(yīng)中，還可作為病理變化的檢測指標(biāo)。,可溶性HLA分子,HLA分子的功能,1.作為抗原肽受體結(jié)合和提呈抗原 2.參與免疫調(diào)節(jié)3.參與T細(xì)胞發(fā)育和粘膜免疫4.其它非免疫學(xué)功能,Separate antigen-presenting pathways are util

17、ized for endogenous (green) and exogenous (red) antigens. The mode of antigen entry into cells and the site of antigen processing determine whether antigenic peptides associate with class I MHC molecules in the rough end

18、oplasmic reticulum or with class II molecules in endocytic compartments.,作為抗原肽受體結(jié)合和提呈抗原,部分HLA I類分子的肽結(jié)合共用基序,同一H-2Kb 分子可結(jié)合兩種不同的九肽左：囊狀胃炎病毒（VSV-8）抗原肽； 右：仙臺病毒（SEV-9）核蛋白,HLA分子對抗原肽的識別既有特異性也有混雜性(promiscuous)。特異性指能與I類分子結(jié)合的抗原肽兩端

19、的錨著位，以及能與II類分子相結(jié)合的4～5個位于核心序列中的錨著位，及相應(yīng)的錨著殘基相對恒定。由此，能夠與同一類HLA分子相結(jié)合的抗原肽，其錨著位和錨著殘基往往相同或相似，構(gòu)成該HLA分子特有的共用基序(consensus motif)?；祀s性指HLA分子與抗原肽之間的結(jié)合并不完全象抗原-抗體結(jié)合那樣顯示高度專一性。同一錨著位要求的錨著殘基組成可以是有變化的，凡符合共用基序的抗原肽均可被同一類HLA分子所結(jié)合。,,參與免疫調(diào)節(jié),NK細(xì)胞

20、至少表達(dá)一種激活性受體和一種抑制性受體，不同組合的NK受體通過識別和結(jié)合相應(yīng)配體，協(xié)同調(diào)節(jié)NK細(xì)胞的功能。NK細(xì)胞對靶細(xì)胞的殺傷無嚴(yán)格的MHC限制性，而是以“喪失自我”（missing self）的識別方式殺傷缺乏MHC I類抗原或I 類抗原發(fā)生突變的靶細(xì)胞。,參見表5-4《各類NK細(xì)胞受體及其相應(yīng)配體》,NK細(xì)胞,,Juch et al. –Placenta and HLA. 9-10/2012,母胎免疫耐受,,妊娠期HLA分子在胎盤

21、、胎兒與子宮上的表達(dá) m: 母親; p: 父親,Positive and negative selection of thymocytes in the thymus. Thymic selection involves thymic stromal cells (epithelial cells, dendritic cells, and macrophages), and results in

22、mature T cells that are both self-MHC restricted and self-tolerant.,參與T細(xì)胞發(fā)育,HLA基因表達(dá)的調(diào)控,一、HLA基因的結(jié)構(gòu)二、HLA分子表達(dá)及其調(diào)控三、HLA基因表達(dá)中的非DNA結(jié)合蛋白,Schematic diagram of (a) class I and (b) class II MHC genes, mRNA transcripts, and prote

23、in molecules. There is correspondence between exons and the domains in the gene products; note that the mRNA transcripts are spliced to remove the intron sequences. Each exon, with the exception of the leader (L) exon,

24、encodes a separate domain of theMHC molecule. The leader peptides are removed in a post-translational reaction before the molecules are expressed on the cell surface. The gene encoding 2-microglobulin is located on a dif

25、ferent chromosome. Tm: transmembrane; C: cytoplasmic.,一、HLA基因的結(jié)構(gòu),參見圖5-15,HLA II 類和 I 類基因啟動子區(qū)的順式作用元件及其結(jié)合的轉(zhuǎn)錄因子右側(cè)箭頭指向的相反方向?yàn)镠LA II 類（上方）和I 類（下方）基因轉(zhuǎn)錄啟動子區(qū)。帶英文字的彩色方框?yàn)镮I類和I 類基因?qū)Ｒ恍皂樖阶饔迷渖戏綖榻Y(jié)合各個順式作用元件的轉(zhuǎn)錄因子。中部的四對順式元件-轉(zhuǎn)錄因子在

26、兩類基因中高度相似。啟動子右側(cè)的蘭色筐和黑筐為真核細(xì)胞基因共用的順式作用元件CCAAT和TATA。,二、HLA分子表達(dá)及其調(diào)控,HLA II類反式激活因子 (CIITA) 結(jié)構(gòu)及其對HLA-DRA基因轉(zhuǎn)錄激活的調(diào)控A、CIITA分子結(jié)構(gòu)。N端棕色部分顯示乙?；D(zhuǎn)移酶活性，并與協(xié)同激活因子CBPBob1等結(jié)合；P/S/T：富含脯氨酸、絲氨酸、蘇氨酸結(jié)構(gòu)域；ATP/GTPB：相應(yīng)結(jié)構(gòu)域；RFX結(jié)合：II類基因啟動子RFX、NF-Y等結(jié)

27、合部位。B、CIITA分子C端與結(jié)合于HLA II類基因（此處以DRA為例）啟動子區(qū)順式作用元件的多組份轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合，N端與通用轉(zhuǎn)錄復(fù)合體（GTC）及協(xié)同激活因子（co-activator）結(jié)合，通過表觀遺傳學(xué)機(jī)制（包括組蛋白乙酰化及轉(zhuǎn)錄延伸）啟動對II類基因的轉(zhuǎn)錄激活。,三、HLA基因表達(dá)中的非DNA結(jié)合蛋白,,HLA和臨床醫(yī)學(xué),一、HLA分型與器官移植二、HLA與疾病關(guān)聯(lián),Influence of MHC matching o

28、n graft survival,HLA分型是確定受檢個體HLA抗原特異性或等位基因的擁有狀態(tài)，可用于器官移植中供受對的選擇。HLA分型與交叉配型（cross-matching）對幾乎所有器官移植均是必要的。,HLA分型與器官移植,連鎖（linkage）與關(guān)聯(lián)性 （association）研究是HLA與疾病關(guān)聯(lián)研究最常用的兩種方法。連鎖分析可依據(jù)家系資料對疾病基因進(jìn)行定位，關(guān)聯(lián)分析則家系及群體資料均可用。關(guān)聯(lián)指的是疾病與不同抗原或等位基

29、因之間的聯(lián)系，關(guān)聯(lián)程度用相對危險值 (relative risk, RR) 表示，以此估計(jì)帶有某一HLA等位基因的個體易患某病或不易患某病的機(jī)會與不帶此等位基因個體之間的差別。因而疾病關(guān)聯(lián)基因被分為易感（susceptibility）或抵抗（resistant）兩類，代表了個體易感或抵抗某些疾病的傾向。 HLA與疾病關(guān)聯(lián)研究雖然已歷時40多年，但進(jìn)展不理想。主要原因有二，一是與HLA關(guān)聯(lián)的疾病基本上都是多基因復(fù)雜病，環(huán)

30、境因素在發(fā)病中起了重要作用。二是HLA區(qū)域各基因單體型組合的種類繁多且處于不同水平的連鎖不平衡狀態(tài)中。,HLA與疾病關(guān)聯(lián),疾病 MHC抗原 關(guān)聯(lián)強(qiáng)度*與HLA I類抗原關(guān)聯(lián)的疾病 強(qiáng)直性脊柱炎 HLA-B27 ＋＋＋ Reiter綜合征 HLA-B27 ＋＋ 牛皮癬

31、 HLA-Cw6 ＋ Abacavir藥物過敏癥 HLA-B*5701 ＋＋＋ 白塞病 HLA-B51 ＋ Birdshot視網(wǎng)膜病 HLA-A29 ＋＋＋與HLA II類抗原關(guān)聯(lián)的疾病 發(fā)作性睡眠病 HLA-DQB1*0602 ＋＋

32、 胰島素依賴型糖尿病 HLA-DQ8 ＋＋ HLA-DQ2 ＋ HLA-DR2 － 類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎 HLA-DR4 ＋ 乳糜瀉 HLA-DQ2 ＋＋＋

33、 HLA-DQ8 ＋ 多發(fā)性硬化癥 HLA-DR2 ＋*＋＋＋：非常強(qiáng)的關(guān)聯(lián)，臨床上可用于診斷；＋＋：強(qiáng)關(guān)聯(lián)，發(fā)病機(jī)制中可能屬原發(fā)成份； ＋：關(guān)聯(lián)明顯，發(fā)病機(jī)制中可能起作用； －：保護(hù)性負(fù)性關(guān)聯(lián)。,與HLA關(guān)聯(lián)的疾?。ㄅe例）,經(jīng)典HLAⅠ類分子和HLAⅡ類分子結(jié)構(gòu)和分布及其功能和調(diào)節(jié)。HLA和臨床醫(yī)學(xué),復(fù)習(xí)思