人民卫生出版社：《医学免疫学》课程教学资源（电子教材）第八章 主要组织相容性复合体

第八章主要组织相容性复合体主要组织相容性复合体（majorhistocompatibilitycomplex，MHC）是一组与免疫应答密切相关、决定移植组织是否相容、紧密连锁的基因群。哺乳动物都有MHC。小鼠的MHC称为H-2基因复合体；人的MHC称为人类白细胞抗原（humanleukocyteantigen，HLA）基因复合体，其编码产物称为HLA分子或HLA抗原。第一节MHC结构及其遗传特性1999年10月出版的Nature杂志刊登了HLA基因组全部序列，HLA基因复合体位于人第6号染色体短臂6p21.31内，全长3.6Mb，共有224个基因座，其中128个为有功能基因座，可表达蛋白分子。HLA基因复合体包括HLAI类、Ⅱ类和Ⅲ类基因区。HLAI类基因区由经典I类基因座（HLAIa）即A、B、C和非经典I类基因座（HLAIb)即E、F、G等组成。Ⅱ类基因区由经典的DP、DQ、DR和参与抗原加工提呈的DM、TAP、PSMB等基因座组成。Ⅲ类基因区包括补体基因C2、B、C4及参与炎症反应的基因TNF、LTA、LTB和HSP等基因座位。MHC基因分为两种类型：一是经典的I类基因和经典的Ⅱ类基因，它们的产物具有抗原提呈功能，显示极为丰富的多态性，直接参与T细胞的激活和分化，参与调控适应性免疫应答；二是免疫功能相关基因，包括传统的Ⅲ类基因，以及新近确认的多种基因，它们或参与调控固有免疫应答，或参与抗原加工，不显示或仅显示有限的多态性。一、经典的HLAI类及Ⅱ类基因经典的HLAI类基因座集中在远离着丝粒的一端，按序包括B、C、A三个座位（图8-1），产物称为HLAI类分子。I类基因仅编码I类分子异二聚体中的重链，轻链又名β,微球蛋白（β,microglobulin，βzm），由第15号染色体上的基因编码。经典的HLAIⅡI类基因座在复合体中靠近着丝粒一侧，依次由DP、DQ和DR三个亚区组成。每一亚区又包括A和B两种功能基因座位（图8-1），分别编码分子量相近的HLAIⅡ类分子的α链和β链，形成α/β异二聚体蛋白（DPα/DPβ、DQα/DQβ和DRα/DRβ）每个MHC基因均含有多个外显子，分别编码MHC分子的胞外区、跨膜区和胞质区。外显子与MHC分子的对应关系如图8-2。二、免疫功能相关基因免疫功能相关基因分布于HLA复合体的I类和Ⅱ类基因区以及Ⅲ类基因区（图8-1），通常不显示或仅显示有限的多态性。除了非经典性I类分子和MHCI类链相关分子（MHCIchain-relatedMIC），基因产物一般不能和抗原肽形成复合物，但它们或参与抗原加工，或在固有免疫和免疫调节中发挥作用。（一）血清补体成分的编码基因此类基因属经典HLAⅢ类基因（图8-1），所表达的产物为C4、Bf和C2等补体组分。（二）抗原加工相关基因1.蛋白酶体β亚单位（proteasomesubunitbetatype，PSMB）基因编码胞质中蛋白酶68

第八章69主要组织相容性复合体0E初租393着丝粒中YO83.门HHHH1H00000000星llIRAB富2经典的I类基因免疫功能相关基因I类基因区经典的Ⅱ类基因口假基因Ⅱ类基因区亚类基因Ⅲ类基因区图8-1位于人第6号染色体短臂的HLA基因座分布示意图Lαlα2α3Lβ2TmCUTRβ1TmCUTR5中3°→R1B2NN024-5白广3β2mUTRLαl02TmC UTRHLAI类分子HLAⅡI类分子图8-2经典HLAI类和IⅡI类分子及其编码基因的结构体的β亚单位2.抗原加工相关转运物（transportersassoclatedwithantigenprocessing，TAP）基因TAP是内质网膜上的异二聚体分子，由TAP1和TAP2两个基因编码、3.HLA-DM基因包括DMA和DMB，其产物参与APC对外源性抗原的加工。4.HLA-DO基因包括DOA和DOB，分别编码HLA-DO分子的α链和β链。HLA-DO分子是HLA-DM行使功能的调节蛋白。5.TAP相关蛋白基因其产物称tapasin，即TAP相关蛋白（TAP-associatedprotein）。上述免疫功能相关基因全部位于HLA系统的Ⅱ类基因区（见图8-1）。（三）非经典I类基因1.HLA-E产物由重链（α链）和βzm组成，已检出26种等位基因。HLA-E分子表达于各种组织细胞，在羊膜和滋养层细胞表面高表达。其抗原结合槽具有高度的疏水性，能结合来自HLA-Ia和-些HLA-G分子信号肽的肽段，形成复合物。HLA-E分子是NK细胞表面C型凝集素受体家族（CD94/NKC2)的专一性配体，由于其与杀伤细胞抑制性受体结合的亲和力明显高于与杀伤细胞活化

70第八章主要组织相容性复合体性受体结合的亲和力，因此具有抑制NK细胞对自身细胞杀伤的作用。2.HLA-G其编码的重链和β,m组成功能分子。HLA-G分子主要分布于母胎界面绒毛外滋养层细胞，在母胎耐受中发挥功能。（四）炎症相关基因在HLAⅢ类基因区靠I类基因一侧，新近检出多个免疫功能相关基因（见图8-1），包括肿瘤坏死因子基因家族（TNF、LTA和LTB）、MIC基因家族和热休克蛋白基因家族（HSP7O）等。这些基因多数和炎症反应有关。三、MHC的遗传特点（一）MHC的多态性多态性（polymorphism）指群体中单个基因座位存在两个以上不同等位基因的现象。HLAI类和Ⅱ类等位基因产物的表达具有共显性特点，即同一个体中，一个基因座位上来自同源染色体的两个等位基因皆能得到表达，因而一个个体通常拥有的经典I类和Ⅱ类HLA等位基因产物有12种以上（图8-3)。HLA类分子HLAIⅡI类分子HLA-AHLA-BHLA-CHLA-DRHLA-DQHLA-DPαt+βα+βα+βα+βα+βα+β2mα+β2mα+β2mα+β2mα+β2mα+β2mα+β八儿儿儿5252525252V母父父母父母父母父母父母图8-3细胞表面呈共显性表达的六对共12种经典的HLAI类和Ⅱ类分子每一对分子分别由来自父亲和母亲的等位基因产物组成，用不同颜色表示。与I类分子呈共价结合的β，微球蛋白（灰色）由非HLA基因编码HLA基因复合体是人体多态性最丰富的基因系统。截至2017年9月，已确定的HLA等位基因总数达到17331个，其中等位基因数量最多的座位是HLA-B（4859个），这表明，非亲缘关系个体间存在两个相同等位基因的概率会很低，因而，进行组织和器官移植时移植物会受到免疫排斥。表8-1提供了HLA主要座位的等位基因数。表8-1HLA主要基因座位和已获正式命名的等位基因数（2017年9月）免疫功能经典I类基因经典I类基因基因种类相关基因合计其他：基因座位ABCDRA DRB1DRB3DQA1DQB1DPA1DPB1EGMICA MICB基因数399748593605721221459211525694226561064212417331包括DRB4~DRB9、DOA/DOB、DMA/DMBTAP1/TAP2，以及C2/C4A/C4B/Bf等在蛋白质水平，HLA多态性主要表现在各种等位基因产物在结构上存在差异，即HLA分子抗原结合槽的氨基酸残基组成和序列不同。为此，针对性地扩增相应的基因片段之后，通过测序或采用显示等位基因特异性的探针检测，可确定特定个体的等位基因特异性，即从大量的HLA等位基因中找出属于该个体的12种I类和Ⅱ类分子编码基因，称为HLA基因分型（HLAgenotyping）。这对于寻找合适的组织器官移植供受体、分析疾病易感基因和在法医学上进行亲子鉴定都十分重要

71第八章主要组织相容性复合体（二）单体型和连锁不平衡MHC的单体型（haplotype）指同一染色体上紧密连锁的MHC等位基因的组合。MHC等位基因的构成和分布还有两个特点1.等位基因的非随机性表达群体中各等位基因其实并不以相同的频率出现。如HLA-DRB1和HLA-DQB1座位的等位基因数分别是2122和1152（表8-1），其中两个等位基因DRB1*09：01和DQB1*07：01在群体中的频率，按随机分配的原则，应该是0.047%（1/2122）和0.087%（1/1152），然而，在我国北方汉族人群中它们的频率分别高达15.6%和21.9%。在斯堪的纳维亚白种人中，DRB1和DQB1基因座位上高频率分布的等位基因是DRB1*05:01和DQB1*02:01。说明不同人种中优势表达的等位基因及其组成的单体型可以不同。2.连锁不平衡不仅等位基因出现的频率不均一，两个等位基因同时出现在一条染色体上的机会，往往也不是随机的。连锁不平衡（linkagedisequilibrium）指分属两个或两个以上基因座位的等位基因同时出现在一条染色体上的概率，高于随机出现的频率。例如上面提到北方汉族人中高频率表达的等位基因DRB1*09：01和DQB1*07：01同时出现在一条染色体上的概率，按随机分配规律，应是其频率的乘积为3.4%（0.156x0.219=0.034），然而实际两者同时出现的频率是11.3%，为理论值的3.3倍。非随机表达的等位基因和构成连锁不平衡的等位基因组成，因人种和地理族群的不同而出现差异，属长期自然选择的结果。其意义在于，第一，可作为人种种群基因结构的一个特征，追溯和分析人种的迁移和进化规律；第二，高频率表达的等位基因如果与种群抵抗特定疾病相关，可以此开展疾病的诊断和防治；第三，有利于寻找HLA相匹配的移植物供者。第二节HLA分子经典的HLAI类分子和IⅡI类分子在组织分布、结构和功能上各有特点（表8-2）。表8-2HLAI类和ⅡI类分子的结构、组织分布和功能特点HLA分子肽结合分子结构表达特点组织分布功能类别结构域I类α链45kDαl+α2共显性所有有核细识别和提呈内源性抗原肽，与(A、BC)(βm12kD)胞表面共受体CD8结合，对CTL识别抗原肽起MHC限制作用Ⅱ类α链35kD共显性αl+β1APC、活化的识别和提呈外源性抗原肽，与(DR、DQ、DP)β链28kDT细胞共受体CD4结合，对Th识别抗原肽起MHC限制作用βBm编码基因在15号染色体一、HLA分子的分布I类分子由重链（α链）和β,m组成，分布于所有有核细胞表面（表8-2）。Ⅱ类分子由α链和β链组成，仅表达于淋巴组织中一些特定的细胞表面，如专职性抗原提呈细胞（包括B细胞、巨噬细胞、树突状细胞）、胸腺上皮细胞和活化的T细胞等。二、HLA分子的结构及其与抗原肽的相互作用（一）HLA分子的结构I类分子重链（α链）胞外段有3个结构域（αl、α2、α3），远膜端的2个结构域αl和α2构成抗原

72第八章主要组织相容性复合体结合槽。1类分子的抗原结合槽两端封闭，接纳的抗原肽长度有限，为8~10个氨基酸残基（图8-2、图8-4)。αo.1图8-4HLAI类分子抗原结合槽顶面观Ⅱ类分子的α、β链各有两个胞外结构域（αl、α2；β1、β2），其中αl和β1共同形成抗原结合槽。Ⅱ类分子的抗原结合槽两端开放，进入槽内的抗原肽长度变化较大，为13~17个氨基酸残基（图8-2）。（二）MHC与抗原肽的相互作用MHC分子结合并提呈抗原肽供TCR识别。MHC的抗原结合槽与抗原肽互补结合，其中有两个或两个以上与抗原肽结合的关键部位，称锚定位（anchorposition，pocket）（图8-5）。抗原肽与该位置结合的氨基酸残基称为锚定残基（anchorresidue）。锚定位与锚定残基是否吻合决定MHC的抗原结合槽与抗原肽结合的牢固程度。以MHCI类分子结合9肽抗原为例（图8-6）：9肽的锚定位在p2（锚定残基Y)和p9（锚定残基V、I或L)。123456789锚定位(P)RCVYQQOSDNOEKCAPGNOPAOp8pl共用基序x-x-x-x-Y/F-x-x-LTOORTRALVSVEPETHOKYOAMTTTOSWDPSAEKO共用基序X-Y-X-X-X-X-X-X-V/I/L图8-5HLAI类分子与抗原肽的结合和相应的锚图8-6两种不同的MHCI类等位定位基因分子以不同的锚定位与抗原肽的锚定残基结合并显示不同的共用基序三、HLA分子的功能（一）作为抗原提呈分子参与适应性免疫应答经典的MHCI类和ⅡI类分子通过提呈抗原肽而激活T淋巴细胞，参与适应性免疫应答。这是MHC主要的生物学功能。1.决定了T细胞识别抗原的MHC限制性（MHCrestriction）指T细胞以其TCR对抗原肽和自身MHC分子进行双重识别，即T细胞只能识别自身MHC分子提呈的抗原肽。CD4*Th细胞识别Ⅱ类分子提呈的外源性抗原肽，CD8*CTL识别I类分子提呈的内源性抗原肽（见表8-2）

第八章主要组织相容性复台体732.参与T细胞在胸腺中的选择和分化胸腺发育中，高亲和力结合自身抗原肽-MHC分子复合物的T细胞克隆发生亡，从而清除自身反应性T细胞，建立了T细胞的中枢免疫耐受。3.决定疾病易感性的个体差异、某些特定的MHC等位基因（或与之紧密链锁的疾病易感基因）的高频出现与某些疾病发病密切相关4.参与构成种群免疫反应的异质性由于组成不同种群的个体MHC多态性不同，而不同多态性的MHC分子提呈的抗原肽往往不同，这些特点一方面赋予种群不同个体抗病能力出现差异，另一方面，也在群体水平有助于增强物种的适应能力。5.参与移植排斥反应作为主要移植抗原，在同种异体移植中可引起移植排斥反应。（二）作为调节分子参与固有免疫应答MHC中的免疫功能相关基因参与对固有免疫应答的调控，主要表现在以下方面：1.经典的Ⅲ类基因编码补体成分，参与炎症反应和对病原体的杀伤，与免疫性疾病的发生有关。2.非经典I类基因和MICA基因产物可作为配体分子，以不同的亲和力结合激活性和抑制性受体，调节NK细胞和部分杀伤细胞的活性。3.参与启动和调控炎症反应，炎症相关基因编码的多种分子如TNF-α等参与机体的炎症反应。第三节HLA与临床医学一、HLA与器官移植长期的临床实践证明，器官移植的成败主要取决于供、受者间的组织相容性，其中HLA等位基因的匹配程度尤为重要。组织相容性程度的确定，涉及对供者和受者分别作HLA分型和进行供受者间交叉配合（cross-matching）试验。PCR基因分型技术的普及、计算机网络的应用、无亲缘关系个体骨髓库和脐血库的建立，皆提高了HLA相匹配供受者选择的准确性和配型效率。另外，测定血清中可溶型HLA分子的含量，有助于监测移植物的排斥危象。二、HLA分子的异常表达和临床疾病所有有核细胞表面表达HLAI类分子，但恶变细胞I类分子的表达往往减弱甚至缺如，以致不能有效地激活特异性CD8*CTL，造成肿瘤免疫逃逸。在这个意义上，I类分子的表达状态可以作为一种警示系统，如表达下降或者缺失则提示细胞可能发生恶变。另一方面，发生某些自身免疫病时，原先不表达HLAⅡ类分子的某些细胞，如胰岛素依赖性糖尿病中的胰岛β细胞、乳糜泻中的肠道细胞、萎缩性胃炎中的胃壁细胞等，可被诱导表达Ⅱ类分子，促进了免疫细胞的过度活化。三、HLA和疾病关联HLA等位基因是决定人体对疾病易感程度的重要基因。带有某些特定HLA等位基因或单体型的个体易患某一疾病（称为阳性关联）或对该疾病有较强的抵抗力（称为阴性关联）皆称为HLA和疾病关联。这一关联，可通过对患病人群和健康人群作HLA分型后用统计学方法加以判别。典型例子是强直性脊柱炎（AS），患者人群中HLA-B27抗原阳性率高达58%~97%，而在健康人群中仅为1%~8%，由此认为带有B27等位基因的个体易患AS。又如类风湿关节炎的发病与HLA-DR4多态性密切相关。与HLA关联的疾病多达500余种，以自身免疫病为主，也包括一些肿瘤和传染性疾病（表8-3）。对HLA关联疾病的认识有助于相关疾病的预测和防治

74第八章主要组织相容性复合体表8-3与HLA呈现强关联的一些自身免疫病疾病HLA抗原相对风险率B27强直性脊柱炎55~376B27急性前葡萄膜炎10.0DR2肾小球性肾炎咯血综合征15.9多发性硬化症DR24.8乳糜泻DR310. 8突眼性甲状腺肿DR33. 7系统性红斑狼疮DR35.8胰岛素依赖性糖尿病25.0DR3/DR4类风湿关节炎DR44.2寻常天疱疮DR414.4DR53.2淋巴瘤性甲状腺肿四、HLA与亲子鉴定和法医学HLA系统所显示的多基因性和多态性，意味着两个无亲缘关系个体之间，在所有HLA基因座位上拥有相同等位基因的机会几乎等于零。而且，每个人所拥有的HLA等位基因型别一般终身不变这意味着特定等位基因及其以共显性形式表达的产物，可以成为不同个体显示其个体性（individuality）的遗传标志。据此，HLA基因分型已在法医学上被用于亲子鉴定和对死亡者“验明正身”。本章小结人体HLA具有多基因性，同时具有极为丰富的多态性。多态性反映群体中不同个体HLA等位基因高度多变，是导致个体间免疫应答能力和对疾病易感性出现差异的主要免疫遗传学因素。经典MHC的生物学功能是以其等位基因产物（MHC分子）结合并提呈抗原肽供T细胞识别，启动适应性免疫应答。非经典MHC基因产物参与、调节固有与适应性免疫应答。HLA多态性决定了器官移植的成败，并与某些临床疾病的发生密切相关思考题1.什么是HLA基因复合体的多基因性和多态性？2.比较HLAI类和Ⅱ类分子在结构、组织分布和与抗原肽相互作用等方面的特点。3.为什么MHC的主要生物学功能体现在结合与提呈抗原肽？HLA与临床医学有什么关系？（陈丽华）