第七章 MHC及抗原呈遞

主要組織相容性抗原系統(tǒng)及抗原呈遞第七章TheNobelPrizeinPhysiologyorMedicine1980fortheirdiscoveriesconcerninggeneticallydeterminedstructuresonthecellsurfacethatregulateimmunologicalreactions"第一節(jié)、概述BarujBenacerraf

1/3oftheprizeUSAHarvardMedicalSchool

Boston,MA,USAb.1920

(inCaracas,Venezuela)JeanDausset

1/3oftheprizeFranceUniversitydeParis,LaboratoireParis,Franceb.1916GeorgeD.Snell

1/3oftheprizeUSAJacksonLaboratory

BarHarbor,ME,USAb.1903d.1996主要組織相容性抗原系統(tǒng)的發(fā)現(xiàn)：

一、組織相容性抗原

(histocompatibilityantigen)

代表個體特異性的引起排斥反應(yīng)的同種異型抗原，叫～，也稱移植抗原。二、主要組織相容性抗原系統(tǒng)(majorhistocompatibilityantigensystem,MHS)

在眾多的組織相容性抗原系統(tǒng)中，能引起強烈而迅速排斥反應(yīng)的抗原系統(tǒng)，稱為～，也叫主要組織相容性系統(tǒng)（majorhistocompatibilitysystem,MHS)。

三、主要組織相容性復(fù)合體(majorhistocompatibilitycomplex,MHC)

編碼MHS的基因在同一染色體上呈一組緊密連鎖且具有高度多態(tài)性的基因群，將這一連鎖群統(tǒng)稱為～。

四、人類白細(xì)胞抗原(humanleukocyteantigen,HLA)

人類主要組織相容性抗原系統(tǒng)。編碼該抗原的基因也稱HLA。第二節(jié)、MHC基因及其編碼的分子一、MHC基因分類及其多樣性：（一）人和小鼠MHC復(fù)合體中的基因座1.經(jīng)典MHC的I和II類基因HLAI類HLAII類2.免疫功能相關(guān)基因血清補體成分的編碼基因C4b、C4a、Bf等抗原加工相關(guān)基因PSMB、TAP、HLA-DM等非經(jīng)典I類基因HLA-E、HLA-G等炎癥相關(guān)基因TNF、LTA、IκB、MIC等8個MHC-Ⅰ基因，即HLA-A、-B、-C、-E、-F、-G、MIC-A(MHCclassⅠchain-related）和MIC-B，散布于一些非免疫相關(guān)基因之間。HLA-A、B和C是經(jīng)典的Ⅰ類MHC基因，又稱MHC-Ⅰa基因。它們具有明顯的多態(tài)性，而且表達(dá)于幾乎所有有核細(xì)胞的表面。（二）MHC－Ⅰ類分子的分類、結(jié)構(gòu)和分布1、分類：HLA-E、-G和-F屬于非典型MHC基因，又稱MHC-Ⅰb基因。

作為HLA-Ⅰ類分子的重鏈，與15號染色體上β2微球蛋白基因編碼產(chǎn)物，通過非共價鍵結(jié)合后，成為HLA-Ⅰ類抗原。HLA-Ⅰ類分子的三維空間構(gòu)型圖2.結(jié)構(gòu)：二條多肽鏈(非共價鍵連接的糖蛋白,Ig超家族成員)：

◆

鏈（重鏈）：

340個氨基酸殘基，分子量44kDa，MHC-Ⅰ類基因編碼，具有高度多態(tài)性。

胞外區(qū)---1、2功能區(qū)，抗原結(jié)合部位；是分子多態(tài)性的基礎(chǔ)。

3功能區(qū)，組成Ig樣折疊，CD8分子結(jié)合部位；

跨膜區(qū):3結(jié)構(gòu)域的C端側(cè)有一段較短的連接區(qū)。胞內(nèi)區(qū)：約含30個氨基酸殘基?！?-微球蛋白（2m）：含99個氨基酸殘基，分子量12kDa，由15號染色體基因編碼。與MHC－I類分子的抗原性無關(guān)，也不直接參與和抗原肽段的結(jié)合，對于該分子重鏈在細(xì)胞膜表面的表達(dá)以及執(zhí)行其正常生理功能是必須的。板書3、HLA-Ⅰ類分子的分布：

分布：有核細(xì)胞(含血小板和網(wǎng)織紅細(xì)胞)表面。

存在形式：

膜結(jié)合：不同的組織細(xì)胞表達(dá)Ⅰ類分子量不同，如：淋巴細(xì)胞(最多)，腎、肝臟及心臟(其次)，神經(jīng)組織(很少)。

可溶性：存在于血清、初乳和尿液等體液中。Ⅱ類基因區(qū)共包含9個免疫相關(guān)基因座：

包括HLA-DP、DN、DM(DO)、DQ和DR等5個基因家族，每個家族包括A和B兩類基因座，分別編碼HLA-IIa

和b

鏈。第II區(qū)內(nèi)其它免疫相關(guān)基因：

抗原加工提呈相關(guān)基因抗原肽轉(zhuǎn)移物基因（TAP1、TAP2）；

巨大多功能蛋白酶體基因（LMP）。（三）MHC－II類分子的分類、結(jié)構(gòu)和分布HLA－Ⅱ類分子的三維構(gòu)型圖

2.結(jié)構(gòu)：兩條異質(zhì)多肽鏈(非共價鍵連接的糖蛋白，Ig超家族成員)：

鏈：1和2功能區(qū)

鏈：1和2功能區(qū)肽結(jié)合區(qū)：1和1---抗原肽結(jié)合部位，決定Ⅱ類分子的多態(tài)性；免疫球蛋白樣區(qū)：2

和2結(jié)構(gòu)域與免疫球蛋白的Cg3和Cm4相似，具有非多態(tài)性。2

---CD4分子結(jié)合部位。跨膜區(qū)：2

和2結(jié)構(gòu)域C端側(cè)各有一個短的連接區(qū)。胞漿區(qū)：3、分布：（1）APC---B細(xì)胞、單核/巨噬細(xì)胞、樹突狀細(xì)胞；（2）激活的T細(xì)胞，精子和血管內(nèi)皮細(xì)胞。

I類抗原分子II類抗原分子肽結(jié)合區(qū)：結(jié)合多肽免疫球蛋白樣區(qū)：結(jié)合CD4或CD8跨膜區(qū)：錨定在細(xì)胞膜上胞內(nèi)區(qū)：信號傳遞小結(jié)：組織MHCI類分子MHCII類分子T細(xì)胞B細(xì)胞巨噬細(xì)胞其他抗原提呈細(xì)胞胸腺上皮細(xì)胞中性粒細(xì)胞肝細(xì)胞腎臟細(xì)胞腦細(xì)胞紅細(xì)胞+++++++++++++++++++-+/-+++++++++++-----HLA-Ⅰ、Ⅱ類抗原的分布HLA抗原類別分子結(jié)構(gòu)肽結(jié)合結(jié)構(gòu)域表達(dá)特點組織分布功能I類（A、B、C）α鏈45kD(β2m12kD）α1+α2共顯性所有有核細(xì)胞表面識別和提呈內(nèi)源性抗原肽，與輔助受體CD8結(jié)合，對CTL的識別起限制作用。II類（DR、DQ、DP）α鏈35kDβ鏈28kDα1+β1共顯性APC、活化T細(xì)胞識別和提呈外源性抗原肽，與輔助受體CD4結(jié)合，對Th的識別起限制作用。表HLAI類和II類抗原的結(jié)構(gòu)、組織分布和功能特點第三節(jié)、HLA-Ⅰ、Ⅱ類抗原的主要功能一、作為抗原呈遞分子參與適應(yīng)性免疫應(yīng)答外來抗原被抗原呈遞細(xì)胞攝取和處理后，必須與MHC-Ⅰ

、Ⅱ類分子的肽結(jié)合區(qū)結(jié)合形成抗原肽－MHC分子復(fù)合體，該復(fù)合體經(jīng)轉(zhuǎn)運表達(dá)于抗原呈遞細(xì)胞的表面，才能被相應(yīng)的淋巴細(xì)胞識別，從而啟動適應(yīng)性免疫應(yīng)答反應(yīng)。MHC限制性參與T細(xì)胞的選擇和分化二、MHC分子作為調(diào)節(jié)分子的參與固有免疫應(yīng)答1.編碼補體成份，參與炎癥反應(yīng)和對病原體的殺傷。2.作為配體分子，調(diào)節(jié)NK細(xì)胞和部分殺傷細(xì)胞的活性

MHC-Ⅰ分子作為NK細(xì)胞表面受體分子KIR的配體，發(fā)揮抑制或活化作用。3.炎癥相關(guān)基因參與啟動和調(diào)控炎癥反應(yīng)MHCII分子的功能匯總ThediversityandselectionofTCRlibraryTheNobelPrizeinPhysiologyorMedicine1996"fortheirdiscoveriesconcerningthespecificityofthecellmediatedimmunedefence"PeterC.Doherty

RolfM.ZinkernagelAustraliaSwitzerlandSt.JudeChildren'sResearchUniversityofZurich,InstituteHospital

ofExperimentalImmunology

Memphis,TN,USA

Zurich,Switzerlandb.1940b.1944

三、TCR識別抗原的基礎(chǔ)－MHC限制性H－2kCBVTc殺傷H－2kTc不能殺傷H－2dZinkernagel-Dohertyphenomenon（一）制約免疫細(xì)胞間的相互作用－MHC限制性

只有當(dāng)表達(dá)有抗原肽－MHC復(fù)合物的APC，與起始識別和反應(yīng)作用的T細(xì)胞表面所表達(dá)的MHC分子相同時，二者才能彼此作用而啟動免疫應(yīng)答過程。T細(xì)胞表面的TCR在識別抗原肽的過程中，其表面的CD4/CD8分子必須同時識別APC上的MHC-Ⅱ/Ⅰ

類分子的Ig樣區(qū)。CD4分子結(jié)合MHCII類分子CD8分子結(jié)合MHCI類分子T細(xì)胞能夠識別T細(xì)胞表面的MHC單倍體型為MHCAAPC細(xì)胞表面的MHC單倍體型為MHCAT細(xì)胞不能夠識別T細(xì)胞表面的MHC單倍體型為MHCAAPC細(xì)胞表面的MHC單倍體型為MHCB（二）TCR識別抗原的機制兩種假說：1、雙識別假說：T細(xì)胞上存在兩種不同特異性的TCR，一種識別APC上自身MHC分子，另一種識別APC上外來或自身抗原片斷。2、改變的自我：表達(dá)在APC表面的抗原肽段引起自身MHC分子的改變，從而被TCR識別。第二種假說被證實TCR與MHC/抗原肽段的相互作用TCR與MHC/抗原肽段的相互作用四、MHC與T細(xì)胞的胸腺選擇Bevan（1977）和Zinkernagel（1978）發(fā)現(xiàn)表達(dá)TCRab的胸腺細(xì)胞只有與MHC分子相互作用以后方能發(fā)育成為成熟T細(xì)胞?，F(xiàn)代的器官移植是從腎移植開始的。最早的腎移植是在1936年，一位前蘇聯(lián)醫(yī)生沃羅諾夫?qū)⒁粋€尸體的腎臟移植到一位汞中毒的病人體內(nèi)。病人是一位年僅26歲的青年人，由于腎衰竭已經(jīng)病入膏肓，無藥可救。于是沃羅諾夫給他做了手術(shù)，但是一直沒有獲得成功，病人在48小時后死去了。五、MHC與組織器官移植簡史幸運的莫雷1954年，美國波士頓的莫雷醫(yī)生，為一位21歲的女病人進行了腎移植，用的是她同卵雙生姐姐的一只腎。病人患有嚴(yán)重的腎炎，在生命垂危之際接受了這項珍貴的禮物，成為異體移植成功并且長期存活的第一位病人。莫雷因此獲得了諾貝爾生理學(xué)醫(yī)學(xué)獎。這是器官移植史上的一個重要的里程碑，幾百年來人類的幻想終于變成了現(xiàn)實。心臟移植1967年12月3日，一位25歲的年輕女子不幸死于車禍，她的心臟完好無損的被移植一位54歲患有晚期動脈硬化性心臟病的商人，成功地作了人類首例異體心臟移植手術(shù)。巴納德醫(yī)生的手術(shù)成功使得病人順利地度過了17天生命，雖然由于肺炎最終奪取了他的第二次生命，但是，這在人類器官移植史上畢竟是一個里程碑式的偉大成就。五、MHC與組織器官移植1、宿主抗移植物的反應(yīng)：（hostversusgraftresponse，HVGR）器官移植后受者對供者的反應(yīng)。2、移植物抗宿主反應(yīng)（graftversushostresponse，GVHR）骨髓移植后移植物對受者的反應(yīng)。實質(zhì)：免疫應(yīng)答反應(yīng)1、直接途徑：（1）供者APC直接刺激受者T細(xì)胞 （2）直接效應(yīng)細(xì)胞殺傷移植物2、間接途徑（1）受者APC呈遞供者抗原（2）間接效應(yīng)細(xì)胞殺傷移植物同種異體移植排斥反應(yīng)的發(fā)生機制第四節(jié)抗原提呈細(xì)胞及提呈過程一、抗原提呈細(xì)胞

分類：

專職性APC：

樹突狀細(xì)胞、單核/巨噬細(xì)胞、B細(xì)胞

非專職性APC：

內(nèi)皮細(xì)胞、成纖維細(xì)胞、上皮及間質(zhì)細(xì)胞、嗜酸性粒細(xì)胞等。1.樹突狀細(xì)胞

類型：

根據(jù)來源分髓系和淋巴系

根據(jù)分化成熟狀態(tài)分成熟和非成熟

根據(jù)組織分布分為淋巴樣組織和非淋巴樣組織。最大特點：能夠顯著刺激初始T細(xì)胞增殖功能：1）

抗原提呈和免疫激活作用DC是專職的抗原提呈細(xì)胞，激活T細(xì)胞。2）

免疫調(diào)節(jié)作用

可分泌多種細(xì)胞因子如IL-12等，調(diào)節(jié)免疫細(xì)胞的功能。3）

參與誘導(dǎo)中樞和外周免疫耐受DC細(xì)胞通過清除自身反應(yīng)性T細(xì)胞誘導(dǎo)中樞免疫耐受。4）參與調(diào)節(jié)B細(xì)胞功能

分泌IL-6Rα促進記憶B細(xì)胞分化為漿細(xì)胞5）

參與固有免疫應(yīng)答DC細(xì)胞可活化NK和NKT細(xì)胞產(chǎn)生大量的IFN-γ調(diào)節(jié)免疫應(yīng)答，是固有免疫和適應(yīng)性免疫之間的橋梁。2.單核/巨噬細(xì)胞

它是APC細(xì)胞中具有強大吞噬能力的細(xì)胞。功能：1）參與固有免疫應(yīng)答2）介導(dǎo)和促進炎癥反應(yīng)3）實施免疫殺傷成熟中性粒細(xì)胞和M甲表達(dá)的受體和表面分子A．中性粒細(xì)胞；B．Mφ；C．活化的MφABC3.B淋巴細(xì)胞

是一類專職性APC。

其提呈功能對于輔助型T細(xì)胞的活化及B細(xì)胞對TD抗原應(yīng)答產(chǎn)生抗體具有重要作用。二、抗原的處理和提呈抗原加工或處理：APC將胞質(zhì)自身產(chǎn)生的或者攝入胞內(nèi)的抗原分子降解并加工處理成一定大小的多肽片段，使多肽適合與MHC分子結(jié)合，然后以抗原肽-MHC復(fù)合物的形式表達(dá)于APC表面?？乖岢剩篈PC與T細(xì)胞接觸的過程中，表達(dá)于APC表面的抗原肽-MHC復(fù)合物被T細(xì)胞所識別，從而將抗原信息提呈給T細(xì)胞的過程。根據(jù)抗原的性質(zhì)和來源不同，可以分為：MHCⅠ類分子途徑（內(nèi)源性抗原途徑）MHCⅡ類分子途徑（外源性抗原途徑）非經(jīng)典的抗原提呈途徑（MHC對抗原的交叉提呈）脂類抗原的CD1分子途徑。MHCⅠ類分子途徑MHCⅡ類分子途徑抗原來源內(nèi)源性抗原外源性抗原抗原降解的胞內(nèi)位置胞質(zhì)蛋白酶體內(nèi)體、溶酶體抗原與MHC分子結(jié)合部位內(nèi)質(zhì)網(wǎng)溶酶體及內(nèi)體中MHC提呈抗原多肽的MHC分子MHCⅠ類分子MHCⅡ類分子伴侶分子TAP、鈣聯(lián)素Ii鏈、鈣聯(lián)素處理和提呈抗原的細(xì)胞所有的有核細(xì)胞專職性抗原提呈細(xì)胞識別和應(yīng)答細(xì)胞CD8+T細(xì)胞CD4+T細(xì)胞MHCⅠ類分子途徑和MHCⅡ類分子途徑比較（一）MHC－I類分子呈遞抗原三個階段、一個場所三個階段：抗原肽段產(chǎn)生、肽段轉(zhuǎn)運到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、肽段與MHC－I類分子的結(jié)合和表達(dá)。一個場所：內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜。1、內(nèi)源性抗原肽段的產(chǎn)生（1）多肽的泛素化（Ubiquitination）E1、E2、E3激活泛素分子泛素分子與多肽形成多聚泛素－多肽鏈復(fù)合物。使多肽去折疊，穩(wěn)定性降低，更易被蛋白酶體水解。另外，提供了蛋白酶體的識別結(jié)合部位。（2）蛋白酶體的水解作用2、MHC－I類分子的合成和組裝所需的分子伴侶有：1）鈣聯(lián)接蛋白（Calnexin）：第一個分子伴侶，穩(wěn)定內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜中尚未與b2m組裝的MHC－I類分子重鏈。2）鈣網(wǎng)蛋白（Calreticulin）：鈣網(wǎng)蛋白取代鈣聯(lián)接蛋白與HLA－I類分子結(jié)合。3）ERp57：有可能MHC－I類分子重鏈內(nèi)二硫鍵的形成有關(guān)。4）TAP相關(guān)糖蛋白（Tapasin）：I、通過跨膜區(qū)介導(dǎo)TAP和MHC－I類分子的結(jié)合。II、與MHC－I類分子重鏈a3結(jié)構(gòu)域相互作用維持空載MHC－I類分子構(gòu)象的穩(wěn)定性。III、維持空載MHC－I類分子肽結(jié)合溝槽的開放狀態(tài)。IV、滯留未與TAP相互作用的MHC－I類分子。2、MHC－I類分子的合成和組裝

MHCI鏈(新合成)

進入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜同鈣連接蛋白結(jié)合同2微球蛋白(2M)結(jié)合鈣連接蛋白分離,MHCI-2M異二聚體形成與蛋白質(zhì)復(fù)合體(鈣網(wǎng)蛋白、tapasin和Erp57)結(jié)合3、抗原肽段的轉(zhuǎn)運、結(jié)合和表達(dá)：所需分子：Hsp70家族，TAP1）Hsp70家族：Hsp70結(jié)合這些肽段，穩(wěn)定蛋白酶體切割后的內(nèi)源性肽段，并將其送到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)與TAP分子結(jié)合。2）TAP：（ATP－dependenttransporterassociatedwithantigenprocessing）屬于ATP結(jié)合盒式蛋白（ATP-bindingcassettetransporter,ABC）

轉(zhuǎn)運超家族。是MHC－I類分子抗原呈遞途徑中最重要的分子伴侶，是ATP依賴的抗原遞呈相關(guān)轉(zhuǎn)運蛋白。

TAP-1和TAP-2,成異二聚體，與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜伴隨，可有效地將肽轉(zhuǎn)運至內(nèi)質(zhì)網(wǎng)。（二）MHC－II類分子呈遞抗原三個階段、一個場所三個階段：抗原肽段產(chǎn)生、肽段和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中組裝的MHC－II類分子分別進入MHC－II類分子器室（MIIC）、肽段在MIIC中與MHC－II類分子結(jié)合和表達(dá)。一個場所：MHC－II類分子器室（MIIC）。1、外源性抗原肽段的產(chǎn)生：外源性抗原（攝取內(nèi)化）內(nèi)體,pH下降為酸性同溶酶體融合成吞噬溶酶體(phagolyso