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本课件从移植排斥现象出发,讲解组织相容性抗原、MHS 与 MHC 的基本概念,介绍人类 HLA 复合体在 6 号染色体上的分区与编码产物,比较 HLA-Ⅰ、Ⅱ类抗原的分子结构、细胞分布及抗原递呈功能,并说明 MHC 限制性。
第六章 主要组织相容性抗原系统。
主要组织相容性抗原系统的发现:George D. Snell 于20世纪30年代发现,肿瘤细胞在同系小鼠体内可以长期生存,但在不同品系的小鼠体内不能生存,非肿瘤细胞也具有相同的特点。
1980年诺贝尔生理或医学奖获得者:下表列出三位获奖者及其机构。
| 获奖者 | 国籍 | 所属机构 |
|---|---|---|
| Baruj Benacerraf | 美国 | Harvard Medical School |
| Jean Dausset | 法国 | Université de Paris,Laboratoire Immuno-Hématologie |
| George D. Snell | 美国 | Jackson Laboratory |
用近交系小鼠进行的皮肤移植实验,观察不同品系间移植物的排斥情况。
排斥反应的本质是免疫应答,具有特异性和记忆性。
各种动物的MHC名称:各种哺乳动物都有MHC,不同动物的MHC及其编码的抗原命名不同。小鼠的MHC称为H-2复合体,其编码的抗原称为H-2抗原。其它医学常用动物的MHC见下表。
| 动物 | MHC名称 |
|---|---|
| 小鼠 | H-2 |
| 恒河猴 | RhLA |
| 黑猩猩 | ChLA |
| 家兔 | RLA |
| 狗 | DLA |
| 豚鼠 | GpLA |
| 大鼠 | Ag-B(H-1) |
1958年,Dausset等从人的白细胞表面发现由MHC基因编码的主要组织相容性抗原,称为人类白细胞抗原(human leucocyte antigen,HLA)。因此人的MHC又称为HLA复合体,人的MHC抗原又称为HLA抗原或HLA分子。
HLA复合体位于6号染色体的短臂上,其分布范围大约3600~4000 kb,确认了224个座位,其中128个为功能性基因。
根据基因和编码产物的结构和功能不同,将HLA复合体分为三个区域,即Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类基因区。
HLA基因复合体的基因结构示意图,显示Ⅰ类、Ⅱ类、Ⅲ类基因区的分布与主要座位。
Ⅰ类基因区包含A、B、C、E、F、G、H等位点,编码化学结构相似但抗原特异性不同的HLA-A、B、C肽链,作为HLA-Ⅰ类分子的重链;与15号染色体上β2微球蛋白基因编码产物通过共价键结合后,成为HLA-Ⅰ类抗原。
Ⅰ类基因A、B、C位点的基因编码产物为HLA-Ⅰ类抗原分子的α链。
HLA-Ⅰ类基因及其编码产物:Ⅰ类基因区包括3个主要基因座位B、C和A,以及新确定的E、F、G、H、MIC等基因座位。每个基因编码的产物为HLA-Ⅰ类分子的α链,与β2微球蛋白(编码基因位于15号染色体)组成异二聚体,表达在细胞膜上。
HLA-Ⅰ类分子的三维空间构型图,显示α链三个结构域与β2微球蛋白构成的空间结构。
Ⅱ类基因区包含HLA-DP、DQ、DR等亚区,每个亚区中又包含多个基因位点。每个亚区中的每个位点可以编码不同的产物,这些产物两两之间呈非共价键结合后共同组成HLA-Ⅱ类抗原。Ⅱ类基因DP、DQ、DR的编码产物为双肽链(α链和β链),称为HLA-Ⅱ类分子。
HLA-Ⅱ类基因及其编码产物:Ⅱ类基因区包括DP、DQ、DR、DM、DO基因座位,以及TAP和LMP基因座位。每个座位的基因可分为A和B两类基因,如DPA、DPB,编码产物分别为α和β链。同一个基因位点编码的一条α和β链组成MHC-Ⅱ类分子,不同基因位点编码的α和β链不能配对。
Ⅲ类基因区内含众多编码血清补体成分和其它血清蛋白的基因,参与免疫应答的不同阶段。Ⅲ类基因中与免疫功能有关的基因有下列几类:编码补体成分C2、C4、Bf的基因;编码肿瘤坏死因子(TNF)的基因;编码热休克蛋白70(HSP70)的基因。
HLA-Ⅰ类和Ⅱ类抗原的分子结构:下表列出两类分子各结构区及其功能。
| 结构区 | Ⅰ类抗原分子 | Ⅱ类抗原分子 |
|---|---|---|
| 肽结合区 | α1、α2结构域,结合多肽 | α1、β1结构域,结合多肽 |
| 免疫球蛋白样区 | α3结构域,结合CD8 | α2、β2结构域,结合CD4 |
| 跨膜区 | 锚定在细胞膜上 | 锚定在细胞膜上 |
| 胞内区 | 信号传递 | 信号传递 |
MHC Ⅰ类分子的结构示意图:肽结合区结合多肽,免疫球蛋白样区(α3)结合CD8分子。
MHC Ⅱ类分子的结构示意图:肽结合区结合多肽,免疫球蛋白样区结合CD4分子。
HLA-Ⅰ类分子抗原结合区的三维结构图,显示抗原肽结合槽的空间构象。
HLA-Ⅱ类分子抗原结合区的三维结构图,显示由α链与β链共同构成的抗原肽结合槽。
HLA-Ⅰ、Ⅱ类分子抗原肽复合物的三维结构图,显示抗原肽结合于分子表面的肽结合槽内。
HLA-Ⅰ、Ⅱ类分子抗原肽复合物的三维图(另一视角),展示抗原肽与分子相互作用的侧面构象。
HLA-Ⅰ、Ⅱ类抗原的分布:下表列出主要细胞类型两类抗原的表达情况。
| 细胞类型 | HLA-Ⅰ类抗原 | HLA-Ⅱ类抗原 |
|---|---|---|
| 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 | - | - |
说明:原课件本页以“+”“-”符号矩阵表示分布,文本提取后符号与细胞名称粘连、无法逐格对齐,此处按教材通识还原,请以原课件图示为准。
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-Ⅱ/Ⅰ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。
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单倍体型同为MHC A时,T细胞可识别APC递呈的抗原肽。
T细胞不能够识别:T细胞表面的MHC单倍体型为MHC A,而APC细胞表面的MHC单倍体型为MHC B时,T细胞不能识别其递呈的抗原肽。
诱导胸腺内前T细胞的分化:在T细胞的发育过程中,胸腺深皮质区的CD4+CD8+双阳性细胞同胸腺皮质上皮细胞表达的MHC-Ⅰ或Ⅱ类分子相互作用后,选择成熟为“单阳性”细胞;这种细胞又同胸腺内巨噬细胞和树突状细胞表达的自身抗原肽-MHC-Ⅰ/Ⅱ类分子复合物结合,形成自身耐受细胞。其中形成自身耐受的T细胞才能分化成熟为对非己抗原产生应答的免疫T细胞。
根据实验现象提出的问题:
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