主要組織相容性抗原復(fù)合物

1、主要組織相容性復(fù)合體屈智慧200881114生物工程實(shí)驗(yàn)班組織相容性(histocompatibility)是指在不同個(gè)體之間進(jìn)行組織 器官移植時(shí)，受體和供體雙方相互接受的程度。主要組織相容性復(fù)合體(major histocompatibility complex MHC)MHC是由脊椎動(dòng)物中一類具有高度多態(tài)性、含有多個(gè)基因座位，并 緊密連鎖的基因群。主要組織相容性復(fù)合物基因在有核細(xì)胞表面表達(dá)的 糖膜蛋白分子就為主要組織相容性抗原。此外MHC中還含有一些與補(bǔ) 體蛋白成分有關(guān)的基因。MHC最初是從小鼠中發(fā)現(xiàn)的。George Snell等(1948年)在用經(jīng)典遺傳學(xué)方法分析腫瘤和其他組織移植引起的

2、排斥現(xiàn) 象時(shí)，機(jī)體識(shí)別某一移植物是屬自身的還是非自身的現(xiàn)象是有其遺傳基 礎(chǔ)的。讓同一代小鼠自交，可以得到純系inbred strain)小鼠。在 大約繁殖20代以后，每一個(gè)個(gè)體的染色體的等位基因都相同，即純合 子(homozygote)。每一自交品系只表達(dá)親代群體中的一類等位基因， 不同的自交品系表達(dá)不同類的等位基因即不同自交系個(gè)體之間是同種 異型(allotype)。George Snell發(fā)現(xiàn)自身或同一自交系中的個(gè)體間 進(jìn)行皮膚移植，不出現(xiàn)排斥(rejection)現(xiàn)象，稱為自體移植(autograft) 或同系移植(syngraft)o當(dāng)不同系個(gè)體之間進(jìn)行皮膚移植，即同種異型 移植(al

3、lograft)，則出現(xiàn)排斥現(xiàn)象。能夠識(shí)別某一組織是同源的并予 以接受，是外來的則加以排斥的蛋白分子被稱為組織相容性抗原，表達(dá) 這些抗原的基因就是主要組織相容性復(fù)合物oGeorge Snell等鑒定出 小鼠的一個(gè)遺傳區(qū)域能導(dǎo)致快速排斥是編碼一種稱為多態(tài)性血型抗原 II的基因，也被稱為組織相容性2基因，簡(jiǎn)稱H-2o后來Dausset于1958 年在人的白細(xì)胞上發(fā)現(xiàn)了小鼠H-2具有同樣功能的人類白細(xì)胞抗原(human leukocyteantigen,HLA),編碼它的基因就稱為ILA復(fù)合體(HLA complex)o George Snell 和 Baruj Benacerraf Jean Da

4、usset*因而 于1980年獲得諾貝爾獎(jiǎng)。研究表明脊椎動(dòng)物都具有主要組織相容性復(fù) 合物，但各種動(dòng)物的MHC名稱都不一樣，下表列出了一些常見動(dòng)物JHC 的名稱。不同動(dòng)物種的曲?？乖拿Q物種MHC名稱物種MH名稱小鼠H2豚鼠GPLA大鼠RTl(AgB)家豬SLA人類 兔HLARLA猴RhLAMHC最初是因免疫移植排斥現(xiàn)象而發(fā)現(xiàn)但是它對(duì)免疫應(yīng)答所起的重要作用是在研究小鼠和豚鼠對(duì)合成的多肽抗原免疫應(yīng)答強(qiáng)度影響時(shí) 發(fā)現(xiàn)的。進(jìn)一步研究表明，MHC抗原在抗原呈遞和免疫應(yīng)答調(diào)控方面具 有極為重要的功能。由于群體中不同個(gè)體之間HC存在高度多態(tài)性，不 同個(gè)體對(duì)抗原的免疫應(yīng)答強(qiáng)度和能力也存在一定的差異因而在對(duì)疾

5、病 的易感性和抗性也有所不同。MHC被認(rèn)為是一組重要的免疫應(yīng)答基因。由于MHC具有高度多態(tài)性特點(diǎn)，近年來的研究顯示HC定型、多態(tài)性分析與器官及干細(xì)胞移植配型及移植成功率有密切關(guān)系MHC有是法醫(yī)個(gè)體識(shí)別的重要標(biāo)志。MHC分子具有重要抗原呈遞功能，對(duì)抗原信號(hào)肽的傳遞具有一定的選擇性，由于不同人群的HC多態(tài)性差異，也就夠成了對(duì)不同疾病易感性和抗性的差異。一、各種動(dòng)物MHC的作用基本相似，包括：1、MHC編碼的抗原廣泛分布于淋巴細(xì)胞和其他有核細(xì)胞的表面。2、與同種內(nèi)移植排斥有關(guān)也是刺激混合淋巴細(xì)胞反應(yīng)MLR） 和移植物抗宿主反應(yīng)GVHR）的主要刺激抗原。3、控制機(jī)體對(duì)抗原的免疫應(yīng)答或免疫抑制，以及免疫

6、活性細(xì)胞 之間相互作用。4、編碼補(bǔ)體系統(tǒng)中的某些組分。5、MHC中某些抗原出現(xiàn)的頻率與對(duì)某些疾病的易感性有關(guān)。二、MHC的組成1、小鼠的MHCH-2復(fù)合體1936年Gorer在鑒定近交系小鼠血型抗原時(shí)發(fā)現(xiàn)了小鼠主要 組織相容性抗原。1948年Gorer和Snell又確定了表達(dá)H-2抗原的 基因存在于第17對(duì)染色體短臂上H-2復(fù)合體由彼此獨(dú)立又緊密連鎖的 一些基因位點(diǎn)組成，包括K、I、S、L、D等幾個(gè)亞區(qū)，可分為三類：I類基因：即H-2K、H-2D和H-2L基因，各含20個(gè)以上的復(fù) 等位基因，決定排斥反應(yīng)是否發(fā)生。II類基因（免疫應(yīng)答基因，immune response gene Ir基因）：指

7、I區(qū)基因，包括I-A和I-E等。Benacerraf等通過實(shí)驗(yàn)證明，II類基 因與免疫應(yīng)答和免疫調(diào)節(jié)有關(guān)，它所編碼的產(chǎn)物稱為區(qū)相關(guān)抗原（I region-associated antigen）或免疫相關(guān)抗原。m類基因:指H-2S區(qū)的基因，包括C4. C2、Bf基因等。2、人類的MHCHLA人類主要組織相容性抗原常稱為人類白細(xì)胞抗原HLA）。人類的MHC,即編碼HLA的基因群，稱為HLA復(fù)合體，與小 鼠H-2為同源結(jié)構(gòu)，定位于第號(hào)染色體短臂。HLA復(fù)合體占人體整個(gè)基因組的1/3000, DNA片段長(zhǎng)度約 30004000kh, HLA復(fù)合體中約有100個(gè)座位，按其編碼產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)、 表達(dá)方式、組織

8、分布與功能可將這些基因分為三類：HLA-I類基因：在I類基因區(qū)內(nèi)，存在多達(dá)31個(gè)I類基因座 位，已識(shí)別并命名的有8個(gè)基因，其中皿人叢、HLA-B、HLA-C為經(jīng)典的HLA-I類基因。HLA-II類基因：在II類基因區(qū)包括約30個(gè)基因座位，經(jīng)典的II類基因一般指日-。 DP和DQ，它們編碼的產(chǎn)物均為雙肽鈕a、0）分子。HLA-m類基因：現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)HLAm類基因區(qū)至少有36個(gè)基因座位。其中C2、C4A、C4B、Bf座位編碼相應(yīng)的補(bǔ)體成分，另外包 括21羥化酶基因（CYP21A、B）、腫瘤壞死因子基因TNFA、B）以 及熱休克蛋白70 （ heat shock protein70 HSP70）基因等。

9、非HLA基因：近年來，還發(fā)現(xiàn)了一些位于II類基因區(qū)的新基因座位，其中部分基因的產(chǎn)物及功能已清楚，它們包括：肽鏈轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因(即TAPl和TAP2),它們的產(chǎn)物與細(xì)胞 內(nèi)的肽轉(zhuǎn)運(yùn)有關(guān)，已被命名為抗原處理相關(guān)的轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白氓?)或抗原 肽鏈轉(zhuǎn)運(yùn)肽(transporter of antigen peptid)。蛋白酶體相關(guān)基因proteasome-relatedgene)即LMP2和LMP7,其產(chǎn)物參與內(nèi)源性抗原處理和遞呈，已被命名為低分子量多肽 (LMP)或巨大多功能蛋白酶。三、HLA復(fù)合體的遺傳特征1、單體型遺傳方式：HLA復(fù)合體是一組緊密連鎖的基因群。這些連鎖在一條染色 體上的HLA上等位基因的組

10、合稱為單體型。單體型遺傳指連鎖在一條 染色體上的等位基因很少發(fā)生同源染色體間的交換，在遺傳過程中， HLA單體型作為一個(gè)完整的遺傳單位由親代傳給子代。這一遺傳特點(diǎn) 可應(yīng)用于器官移植中供者的選擇和法醫(yī)中的親子鑒定。2、 共顯性(codominance) 1對(duì)等位基因同為顯性，稱為共顯 性。HLA復(fù)合體中每一對(duì)等位基因均為共顯性。共顯性大大增加了人 群中HLA表型的多樣化，達(dá)到107數(shù)量級(jí)。3、多態(tài)性現(xiàn)象：多態(tài),一是指在一隨機(jī)婚配的群體中，染色體同一基因座位 有兩種以上基因型，即可能編碼二種以上的產(chǎn)物。HLA的多態(tài)性現(xiàn)象 乃由于下列原因所致:復(fù)等位基因(multiple allele) 由于群體中

11、的 突變，同一座位上的基因系列稱為復(fù)等位基因HLA復(fù)合體的每一座位均存在為數(shù)眾多的復(fù)等位基因這是HLA高度多態(tài)性的最主要原因。 由于各個(gè)座位基因組合是隨機(jī)的，故人群中ILA的基因型可達(dá)108之 多。4、連鎖不平衡HLA多基因座位組成單體型時(shí)，連鎖的基因不是隨機(jī)組合在 一起的，而是某些基因總是較經(jīng)常在一起出現(xiàn)，而另一些又較少地在一 起出現(xiàn)。這種單體型基因非隨機(jī)分布的現(xiàn)象稱為連鎖不平衡。例如，在 北歐白人中HLA-A1和HLA-B8頻率分別為0.17和0.11。若隨機(jī)組合， 則單體型A1-B8的預(yù)期頻率應(yīng)為0.17x0.11=0.019。但實(shí)際所測(cè)得的 A1-B8單體型頻率是0.088,即A1-B

12、8處于連鎖不平衡。實(shí)測(cè)頻率與預(yù) 期頻率間的差值(=0.0880.019=0.069)為連鎖不平衡參數(shù)。連鎖不 平衡如何產(chǎn)生，并如何維持，人們尚不清楚，推測(cè)可能與自然選擇有關(guān)， 提示某個(gè)單體型有利于生存，但尚需深入探討。多態(tài)性與連鎖不平衡以一對(duì)矛盾形式在群體中存在多態(tài)性使群體 中的個(gè)體保持其個(gè)體特異性以相互區(qū)別連鎖不平衡則造成某些個(gè)體間 的相似甚至完全相同。四、MHC抗原系統(tǒng)MHC分子的基本功能是結(jié)合遞呈抗原以供T細(xì)胞識(shí)別。這個(gè)過 程的基本方式是細(xì)胞由它自己少量的蛋白質(zhì)和入侵生物的蛋白質(zhì)制造 的分子復(fù)合體表達(dá)在細(xì)胞表面，以供免疫細(xì)胞識(shí)別。MHC-I類分子：廣泛分布于體內(nèi)各種有核細(xì)胞表面，包括血小

13、板和網(wǎng)織紅細(xì)胞。成熟的紅細(xì)胞一般不表iMHC抗原，但某些特殊 血型的紅細(xì)胞也能檢曲類抗原。不同的組織細(xì)胞表邊類抗原的密度 也各不相同。外周血白細(xì)胞和淋巴結(jié)、脾臟淋巴細(xì)胞所表達(dá)踱抗原 量最多，其次為肝、腎、皮膚、主動(dòng)脈和肌肉細(xì)胞。神經(jīng)細(xì)胞和成熟的 滋養(yǎng)層細(xì)胞不表達(dá)I類抗原。MHC-II類分子：主要表達(dá)在某些免疫細(xì)胞表面，如細(xì)胞、 單物巨噬細(xì)胞、樹突狀細(xì)胞、激活的/T細(xì)胞等：內(nèi)皮細(xì)胞和某些組織 的上皮細(xì)胞也可檢出MHC-H類抗原。在不同類型細(xì)胞或同一類細(xì)胞的 不同分化階段，各種II類抗原的表達(dá)情況也各異。MHC-I、II類抗原主要分布在細(xì)胞表面，但也可能出現(xiàn)于體 液中，血清、尿液、唾液、精液及乳汁

14、中均已檢出游離MHC-I、II 類抗原。MHC-m類抗原一般指幾種補(bǔ)體成分，它們均分布于血清中。五、MHC的功能1、MHC抗原作為代表個(gè)體特異性的主要組織抗原在排斥反應(yīng)中起關(guān)鍵作用。2、約束免疫細(xì)胞間相互作用：只有具有同一IHC表型的免疫 細(xì)胞間才能有效地相互作用，即MHC限制性。巨噬細(xì)胞(Me )與Th 細(xì)胞間的相互作用受MHC-II類分子的限制，即Th只能被具有相同 MHC-II類分子的抗原遞呈細(xì)胞所激活。3、參與對(duì)抗原的加工處理：有兩種蛋白參與MHC-I類分子對(duì) 細(xì)胞內(nèi)抗原的遞呈，即大的多功能蛋白酶LMP)及抗原肽轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白(TAP)。這兩種蛋白的基因與MHC-II類基因緊密連鎖于lkb

15、DNA序列中。LMP是細(xì)胞原漿中的分子集團(tuán)(1500kD)，由許多低分子蛋白聚合而成，具有蛋白水解酶的性質(zhì)，能參與各種蛋白基質(zhì)的降解。該分子 集團(tuán)中有多個(gè)催化位點(diǎn)，可使同一基質(zhì)蛋白同步產(chǎn)生多種適合HC-I 類分子結(jié)合的肽段，例如具有疏水性羧基末端物肽。TAP是內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上 的異源性二聚體，由TAP-1及TAP-2基因編碼，其功能是將胞漿中LMP 加工后的抗原片段轉(zhuǎn)運(yùn)至內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，并在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔內(nèi)組裝免疫原性多肽 MHC-I類分子復(fù)合體LMP及TAP均具多態(tài)性在不同個(gè)體中LMP 有不同的蛋白結(jié)合位點(diǎn)，催化水解的位點(diǎn)不同，產(chǎn)生的肽段及抗原決定 簇也不同。TAP的多態(tài)性能使不同的肽轉(zhuǎn)運(yùn)至內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)因此，不同個(gè)

16、體的MHC-I類分子對(duì)同一大分子遞呈的抗原片段可不同，從而使不同 機(jī)體對(duì)同一抗原的免疫應(yīng)答可表現(xiàn)出個(gè)體差異，或產(chǎn)生保護(hù)性免疫，或 產(chǎn)生免疫耐受，或有自身免疫傾向，或表現(xiàn)IMHC相關(guān)疾病。4、參與對(duì)免疫應(yīng)答的遺傳控制：機(jī)體對(duì)某種抗原物質(zhì)是否產(chǎn)生 應(yīng)答以及這種應(yīng)答的強(qiáng)弱是受遺傳控制的Benacerraf首先證實(shí)豚鼠和 小鼠對(duì)人工合成抗原的免疫應(yīng)答能力受單個(gè)常染色體顯性基因的控制， 并將這種控制免疫應(yīng)答的基因稱為Ir基因。其后證實(shí)，Ir基因位于小 鼠H-2 I區(qū)內(nèi)。隨著研究工作的不斷深入對(duì)Ir基因的認(rèn)識(shí)已逐漸擴(kuò)展： 首先，已發(fā)現(xiàn)II類基因區(qū)內(nèi)還存在著所謂免疫抑制基因IS基因），它 控制Ts細(xì)胞對(duì)免疫

17、應(yīng)答的抑制性調(diào)節(jié)功能；其次，有證據(jù)表明，某些 類基因也參與對(duì)免疫應(yīng)答的遺傳控制。5、參與免疫調(diào)節(jié)：MHC分子可參與抗原遞呈并制約免疫細(xì)胞 間的相互作用，Ir基因可控制免疫應(yīng)答的發(fā)生及其強(qiáng)度，這表明1日。 在多個(gè)方面參與了免疫調(diào)節(jié)。此外還發(fā)現(xiàn)，非T細(xì)胞在體外能誘導(dǎo)自身T細(xì)胞發(fā)生增殖反應(yīng)，稱為自身混合淋巴細(xì)胞反應(yīng)AMLR）。在AMLR 中非T細(xì)胞表面的刺激決定簇是MHC-DQ抗原。自身反應(yīng)性T細(xì)胞 激活后可表達(dá)MHC-DR抗原，后者又可作為刺激決定簇激活某玫細(xì) 胞。一般認(rèn)為，AMLR代表體內(nèi)免疫細(xì)胞間的一種調(diào)節(jié)機(jī)制有助于維 持免疫自穩(wěn)，HC-II類分子通過誘發(fā)AMLR而參與免疫調(diào)節(jié)。6、參與免疫細(xì)

18、胞分化:MHC分子參與早期T細(xì)胞在胸腺中的 分化過程。綜上所述，MHC從多方面參與了機(jī)體免疫應(yīng)答的發(fā)生和調(diào)節(jié)， 尤其是MHC分子參與對(duì)抗原的處理，與之結(jié)合并將其遞呈緒細(xì)胞， 這是免疫應(yīng)答的誘導(dǎo)和調(diào)節(jié)的最基本點(diǎn)。六、個(gè)人理解與思考盡管MHC分子及其作用機(jī)制的發(fā)現(xiàn)是因?yàn)槠鞴僖浦才懦夥磻?yīng)發(fā) 現(xiàn)的，但它并非是與人類相敵對(duì)的隨著對(duì)其作用機(jī)理研究的不斷明晰， 你會(huì)逐步發(fā)現(xiàn)其在保護(hù)自身機(jī)體中的重要作用和巧妙之處。器官移植排斥反應(yīng)的本質(zhì)是免疫應(yīng)答，即個(gè)體間的IHC型是否 相符。但器官間的匹配并不需要應(yīng)。分子的完全相合，不同基因座的 MHC分子在排斥反應(yīng)中的作用不同。通常MHCH類分子，特別是DR 分子相合特別重要，而MHC I類分子，即使有1-2個(gè)不合，也不會(huì)導(dǎo)致 明顯的排斥反應(yīng)。故MHC機(jī)制在排斥異己的同時(shí)，也給我們?cè)谄鞴俚囊?植方面留有了余地，使得器官移植成為了可能，我們需要的是找到合適的配體。MHC系統(tǒng)的多態(tài)性使得其成為了每個(gè)人獨(dú)特的標(biāo)志MHC的理 論數(shù)量根據(jù)MHC的基因數(shù)量及各基因座的等位基因數(shù)推算出來約為 1.97X1021。聯(lián)合國(guó)報(bào)告稱，全球人口將在2050年達(dá)到91億。即便如 此，也意味著2000億個(gè)地區(qū)上才會(huì)出現(xiàn)一個(gè)相同的工入復(fù)合體。如果 再考慮到每個(gè)個(gè)體有兩個(gè)ILA單元型，在無血緣關(guān)系的個(gè)體中找到兩個(gè) 完全相同的HLA復(fù)合體，可能性