第八章 主要组织相容性复合物

第二节 MHC(人类HLA复合体)
1. HLA复合体定位及结构 HLA复合体位于人第六号染色 体短臂(6p21.31)，DNA片段长约 4分摩或3600kb，占人基因组的 1/3000。HLA复合体结构非常复 杂，表现为多基因性和多态性。 迄今，HLA复合体内已鉴定出了224个基因座；其中能表达产物的功 能性基因为128个。这些基因按产物的功能被分为三群，即经典HLA 基因、免疫功能相关基因以及免疫无关基因。习惯上按HLA复合体在 染色体上的排列分为3个区：I类基因区位于HLA复合体远离着丝点一 端；Ⅱ类基因区位于HLA复合体近着丝点一端；Ⅲ类基因区位于二者 之间。三个区各含数十个基因座位，分别称为HLA-1、HLA-II和HLAⅢ类基因。
如与H-2Kd相结合的抗原肽共同基序为N- xYxxxxxxV/L -C (9肽) 与H-2Kb相结合的抗原肽共同基序为N- xxxxY/FxxL -C (8肽) 2.1.3 MHC分子与抗原肽结合的包容性. 此处包容性的含意是： MHC分子与抗原肽的结合无严格的专一性，而是一种MHC分子可结合 带有特定共同基序的一群肽段。这种包容性体现在不同层次(非随 意性)：①组成共同基序的“x”氨基酸并非完全“任意”随机，其
1.1 经典HLA基因. 经典HLA基因是指其编码产物直接参与抗原提 呈并决定个体组织相容性。 1.1.1 经典HLA-I类基因. 8个MHC-I基因, 即HLA-A、-B、-C、-E、F、-G、MIC-A 和 MIC-B, 散布于一 些非免疫相关基因之间。 HLAA 、 B 和C 是经典的I 类 MHC基因,又称 MHC-Ia 基因。它们具有 明显的多态性, 而且表达于几乎所有有核细胞的表面。 HLA-E、-G 和 -F 属于非典型MHC基因, 又称 MHC-Ib基因。经典的HLA-A、B、C 基因位点均为复等位基因,分别编码化学结构相似但抗原性不同的 HLA-A、B、C肽链,即HLA-Ⅰ类抗原（分子）的重链-α 链。
1.1.2 跨膜区. 该区由25个疏水氨基酸残基组成，它们形成α 螺旋 穿过膜脂双层，使HLA-I分子固定在细胞膜上。 1.1.3 胞浆区. HLA-I类分子α 链的羟基末端含约30个氨基酸残基 ，位于胞质中。虽然其总序列在不同HLA-I类分子中并非保守，但其 一些特异性(性质)却高度保守；如所有I类分子α 链均含有氨基酸残 基构成的环腺苷(cAMP)依赖性蛋白激酶和丝氨酸激酶的磷酸化作用 位点。所有已知的I类分子羟基末端含有一个谷氨酰胺残基，这是谷 氨酰胺转移酶的适合底物。这些结构特征的功能意义仍不清楚，但 羟基末端成分的缺失会抑制HLA-I类分子的内化。 1.2 HLA-II类分子. HLA-II类分子是由α 链(35KD)和β 链(28KD)组 成的异二聚体，两条多肽链的基本结构相似；α 链由于其广泛的糖 基化而略长于β 链。两条链由不同的HLA基因所编码，均具有多态性 。通过对HLA分子的氨基酸序列和其基因核苷酸序列分析以及晶体衍 射分析证实，HLA-I类和II类分子的基本结构相似，特别是肽结合裂 隙。II类分子也可分为胞外区、跨膜区和胞浆区。
原系统有不同的命名，但其组成、结构、分布和功能相似)，而器 官移植本身却非自然现象，这说明了MHC编码产物必然有其重要的 生物学功能。现已证明MHC分子具有重要的免疫生物学意义：一是 MHC分子直接参与APC对内源性或外源性抗原的处理和加工；另一是 在TCR特异性识别APC所提呈抗原过程中，须同时识别与抗原肽结合 成复合物的MHC分子才能产生T-细胞激活所需信号。所以，现代免 疫学理论认为MHC产物是参与抗原提呈和T-细胞激活的关键分子， 在免疫应答的启动和免疫调节中发挥重要作用。
第一节 MHC抗原系统(人类HLA)
1. HLA的分子结构 人类主要组织相容性抗原称为人白细胞抗原(human leucocyte Antigen, HLA).
1.1 HLA-1类分子. 所有的HLA-I类分子均含 两条多肽链：一条是由HLA基因编码的α 链 或重链(约44KD)；另一条是由第15号染色体 上非HLA基因编码的β 链或轻链(约12KD)， 即微球蛋白。HLA-I类分子的重链可分为三 个区，即胞外区、跨膜区和胞浆区。 1.1.1 胞外区. 该区域由三个结构域组成 ，从N-端起依次分别称为α 1、α 2和α 3 ， 分别由HLA-I类基因的外显子 2,3和4所编 码；每个结构域含90个氨基酸 残基。 α 1和α 2结构域构成 HLA-I类分子的肽结合槽，是 HLA-I类分子与抗原肽结合的 部位以及I类分子被T-细胞 TCR识别的部位。
肽结合槽由2个α 螺旋和一个β 折叠片层结构 民，长约2.5nm，宽1.0nm，深1.1nm；其大小 形状适合于已处理的内源性抗原片段，约可容 纳8-10个氨基酸残基。Ⅰ类分子的多态性(即 不同HLA分子的结构差异)主要位于该区域，并 因此决定不同HLA-I类分子所能结合并提呈的 抗原肽存在差异。 α 3结构域的序列高度保守，其与Ig的C区具 有同源性。Ⅰ类分子与T-细胞表面CD8分子的 结合部位就在α 3 片段；每个HБайду номын сангаасA-I类分子仅包 含一个肽结合，且每次只能结合一个抗原肽。 HLA-I类分子的β 链(β 2m)并不插入细胞膜， 其与α 3 结构域结合，以非共价键与重链胞外 部分相互作用，这对维持I类分子天然构型的 稳定性及其分子表达具有重要意义。
与同一型别MHC分子结合的不同抗原肽，其锚定残基往往相同或相 似，也就是说这些抗原肽有着一个特征性的共同基序(其他残基组 成任意性较大)，如与小鼠I类分子H-2Kd相结合的抗原肽(9肽)的共 同基序为：xY*xxxxxxV/L* (式中Y*和V/L*为锚定残基，Y-酪氨酸， V-缬氨酸，L-亮氨酸；x为较大任意性氨基酸残基)。 2.1.2 MHC与抗原肽结合的相对选择性. 与不同型别MHC结合的抗原 肽共同基序是不同的。不同型别MHC分子选择性与某些抗原肽结合， 且处于抗原肽C-端的氨基酸无例外地成为锚定残基；
变异具有一定的功能意义；②特定MHC分子所“选择”的锚定残基 并非专一，以至相当数量的肽段可“符合”特定共同基序条件；③ 不同MHC分子所接纳的抗原肽可拥有相似的共同基序。如在HLA-I类 分子中已鉴定出A2、A3、B7、B44四个家族，称为HLA超型。同一家 族成员(为不同基因编码)可结合拥有相似共同基序的抗原肽。 不同型别MHC分子的结构差异主要集中于肽结合槽，从而决定 特定型别MHC选择性与其一类抗原肽结合；另外，任何个体可能感 染的病原体种类繁多，不同病原体的抗原表位各异，但通常均能被 T-细胞识别；这表示MHC与抗原肽的结合具有包容性，而有别于一 般受体与配体结合所具有的严格选择性。 2.2 pMHC的生物学意义. 抗原肽通过锚定残基与MHC分子结合，这 种结合具有(相对)选择性，与特定型别MHC分子结合的抗原肽，其 锚定残基的组成称为序列基序(sequence motif)。 对特定个体而言，其所携带的MHC型别由遗传所决定，且终生 不变。在有机婚配群体中，由于HLA基因的高度多态性，特定个体
1.2.1 胞外区. α ，β 链胞外区可再分为 两个各含90个氨基酸残基的结构域α 1， α 2和β 1，β 2，分别由HLA-II类基因外显 子2和3编码。其中α 1和β 1构成肽结合槽 ，与HLA-I类分子相似；但II类分子的肽 结合槽的显著特征是其两端更为开放，可 容纳13个或更多氨基酸残基。II类分子的 多态性主要集中于α 1和β 1，II类基因的 多态性决定于其肽结合槽的生化特点，也 决定了HLA-II类分子与抗原肽结 合以及被T-细胞识别的选择性和 亲和力。α 2和β 2属于Ig超家族 成员，在抗原提呈过程中，Th细 胞表面的CD4分子与II类分子的 部位就在Ig样非多态区域。
1.1.2 经典HLA-Ⅱ类 . 位于Ⅱ类基因区的HLA-DR、HLA-DP、HLA-DQ 属于经典Ⅱ类基因；其编码产物均为双肽链(α β )分子。某些HLAⅡ类基因可以有2个或2个以上β 链功能基因；但一般仅有1个α 链
功能基因。 3个经典Ⅱ 类基因亚区 中，DPA1和 DPB1是功能 基因，DPA2T DPB2为假基因；DQA1和DQB是功能基因，DQA2、DQB2、 DQB3的基因产物尚未要检出；DR亚区包括1个DRA及9个DRB基因，其 中DRB1、B3、B4、B5是功能基因，而DRB2、B6、B7、B8、B9是假基 因。在个体水平上，HLA-Ⅱ类分子的表达更为复杂，其机制是HLADRB有多个功能基因，可表达两种以上HLA-DR产物(顺式，cis)；一 对同源染色体上每一对HLA-Ⅱ类等位基因产物可出现反式(trans)组 合，如DQ分子可有4种产物，即顺式组合两种，反式组合2种。由于 这些原因，HLA-Ⅱ类分子在个体水平上具有极为丰富的多样性。
第八章
主要组织相容性复合物
授课要点： 1. MHC基本概念，人类HLA结构、遗传特征； 2. MHC的功能。
20世纪初发现了在同一种属不同个体间进行正常组织或肿瘤移 植会发生排斥反应。后来证明同种异体间的排斥现象本质上是一种 免疫反应，这是由细胞表面同种异型抗原所诱导。这种代表个体特 异性的同种抗原称为组织相容性抗原或移植抗原。机体参与排斥反 应的抗原系统多达20个以上，其中凡能引起强而迅速排斥反应的抗 原称为主要组织相容性抗原，而引起较弱排斥反应的抗原称为次要 组织相容性抗原。主要组织相容性抗原包括多个系列，组成复杂的 抗原系统。在哺乳动物中编码主要组织相容性抗原的基因位于同一 染色体上，是一组紧密连锁的基因群，称为主要组织相容性复合物 (体)。 所有脊椎动物均已检出MHC(不同种属动物的MHC及其编码的抗
HLA-I类等位基因一般为杂合子，故该个体所有有核细胞表面均同 时表达6种经典HLA-I类分子，每一分子均可提呈一系列含共同基序 的抗原肽，从而保证任一个体均能对自然界绝大多数种类抗原产生 免疫应答。反之，若某一蛋白质缺乏适合的序列基序，以至不能与 个体所携带的MHC分子结合，则该个体将不能对此蛋白质产生应答 。 对序列基序的认识有助于确定某种蛋白质能否被特定型别MHC 分子所结合和提呈，从而可为设计多肽疫苗提供重要线索。而且通 过对序列基序的认识，有助于阐明为何不同个体(即MHC分子型别不 同)对同一抗原的免疫应答格局各异，这可能是MHC以其多态性参与 和调控免疫应答的一种主要机制。
1.2.2 跨膜区和胞内区. 跨膜区含有25个氨基酸残基，所形成的二 肽链盘绕成螺旋样，并借助一个短的疏水区与胞外部分连接而将整 个多肽链固定于细胞膜上。II类分子的羟基端游离于胞质中，含有 10-15个氨基酸残基，其参与跨膜信号的传递。
2.肽与MHC分子结合的结构特性 2.1 抗原肽-MHC(pMHC)的特征 2.1.1 MHC与抗原肽的共同序列相结合。 与MHC结合成复合物的抗原肽往往带 有两个或两个以上的专司与MHC肽结合槽 相结合的氨基酸残基，称为锚定残基。 在MHC肽结合槽中有袋状的容纳锚定残基 的位置。不同的MHC分子氨基酸结构差异 主要就体现该袋状空间的大小、形状和 电荷的不同。
● 抗原处理相关转运蛋白基因(TAP). 包括TAP1和TAP2两个基因座 位，均位于Ⅱ类基因区，其产物参与内源性抗原肽向内质网腔的转 运。 ● 巨大多功能蛋白酶体或低分子量多肽基因(LMP). 包括LMP2 ， LMP7两个基因座位，均位于Ⅱ类基因区，其产物存在于胞质溶胶中， 参与对内源性抗原的酶解。 ● HLA-DM基因. 包括DMA和DMB基因，位于Ⅱ类基因区，已检出多 个等位基因。在APC加工处理外源性抗原肽过程中，DM参与溶酶体 中抗原肽进入HLA-Ⅱ分子抗原肽结合槽的过程。 ● HLA-DO基因. 包括DOA和DOB两个基因座位，其产物分别为DO分 子的α 和β 链，无多态性。HLA-DO主要表达于B-细胞，能与DM分子 稳定结合，以DM/DO复合物形式存在，参与对DM功能的负调节。 ● TAP相关蛋白基因. 该基因位于HLA复合体近着丝点处，主要对 HLA-I类分子在内质网中的装配发挥关键作用。
1.2 免疫功能相关基因. 此基因包括四类，其结构，分布和功能相 差较大，但均具有一定多态性，且与机体免疫应答和免疫调节有关。 其中位于HLA复合体中段的基因又称为HLA-Ⅲ类基因，包括C2，C4A， C4B，Bf基因，TNF-α ，TNF-β 基因，热休克蛋白70(Hsp70)基因等。 1.2.1 血清补体成分编码基因. 由编码C2，C4A，C4B，Bf等四 种补体成分的基因座位组成； 此类基因产物不参与抗原提呈， 也非膜结合分子。 1.2.2 抗原加工提呈相关基因. 包括位于HLA-Ⅱ类基因区中的 三组基因，各由两个座位组成， 编码相应异二聚体分子。