《主要组织相容性抗原　》

 《主要组织相容性抗原　》

（1）概念是：主要组织相容性抗原基因复合体的简写，是存在于脊椎动物某一染色体上编码主要主要组织相容性抗原、控制细胞间相互识别、调节免疫应答的一组紧密连锁的基因复合体，这一基因复合体就称为“MHC”。

（2）MHC具有重要的免疫生物学意义

　　① 与移植排斥有关；

　　② 直接参与抗原提呈细胞(APC)对内源性或外源性抗原的处理和加工；

　　③ 在T细胞抗原受体(TCR)特异性识别APC提呈的抗原肽过程中，必须同时识别与抗原肽结合成复合物的MHC分子，才能产生T细胞激活的信号。

　　各种动物MHC的作用基本相似，包括：

　　① MHC编码的抗原广泛分布于淋巴细胞和其他有核细胞的表面。

　　② 与同种内移植排斥有关，也是刺激混合淋巴细胞反应（MLR）和移植物抗宿主反应（GVHR）的主要刺激抗原。

　　③ 控制机体对抗原的免疫应答或免疫抑制，以及免疫活性细胞之间相互作用。

　　④ 编码补体系统中的某些组分。④MHC中某些抗原出现的频率与对某些疾病的易感性有关。

（3）MHC的组成

　　① 小鼠的MHC—H-2复合体

　　1936年Gorer在鉴定近交系小鼠血型抗原时发现小鼠主要组织相容性抗原。1948年 Gorer 和 Snell 又确定了表达 H-2 抗原的基因存在于第17对染色体短臂上。H-2复合体由彼此独立又紧密连锁的一些基因位点组成，包括K、I、S、L、D等几个亚区，可分为三类：

　　I类基因：即H-2K、H-2D和H-2L基因，各含20个以上的复等位基因，决定排斥反应是否发生。

　　II类基因（免疫应答基因，immune response gene，Ir基因）：指I区基因，包括I-A和I-E等。Benacerraf等通过实验证明，II类基因与免疫应答和免疫调节有关，它所编码的产物称为I区相关抗原（I region-associated antigen ）或免疫相关抗原。

　　Ⅲ类基因：指H-2S区的基因，包括C4、C2、Bf基因等。

　　② 人类的MHC—HLA

　　人类主要组织相容性抗原常称为人类白细胞抗原（HLA）。

　　人类的MHC，即编码HLA的基因群，称为HLA复合体，与小鼠H-2为同源结构，定位于第6号染色体短臂。

　　HLA复合体占人体整个基因组的1/3000，DNA片段长度约3000~4000kb。HLA复合体中约有100个座位，按其编码产物的结构、表达方式、组织分布与功能可将这些基因分为三类：

　　HLA-Ⅰ类基因：在I类基因区内，存在多达31个I类基因座位，已识别并命名的有8个基因，其中HLA-A、HLA-B、HLA-C为经典的HLA-Ⅰ类基因。

　　HLA-Ⅱ类基因：在Ⅱ类基因区包括约30个基因座位，经典的Ⅱ类基因一般指HIA-DR、DP 和DQ，它们编码的产物均为双肽链（α、β）分子。

　　HLA-Ⅲ类基因：现已发现HLA—Ⅲ类基因区至少有36个基因座位。其中C2、C4A、C4B、Bf座位编码相应的补体成分，另外包括21羟化酶基因（CYP21A、B）、肿瘤坏死因子基因（TNFA、B）以及热休克蛋白70（ heat shock protein70，HSP70）基因等。

　　非HLA基因：近年来，还发现了一些位于Ⅱ类基因区的新基因座位，其中部分基因的产物及功能已清楚，它们包括：

　　A.肽链转运蛋白基因（即TAPl和TAP2），它们的产物与细胞内的肽转运有关，已被命名为抗原处理相关的转运蛋白（TAP）或抗原肽链转运肽（transporter of antigen peptide）。

　　B.蛋白酶体相关基因（proteasome-related gene）即LMP2和LMP7，其产物参与内源性抗原处理和递呈，已被命名为低分子量多肽（LMP）或巨大多功能蛋白酶。

（4）HLA 复合体的遗传特征

　　① 单体型遗传方式：

　　HLA复合体是一组紧密连锁的基因群。这些连锁在一条染色体上的HLA上等位基因的组合称为单体型。单体型遗传指连锁在一条染色体上的等位基因很少发生同源染色体间的交换，在遗传过程中， HLA 单体型作为一个完整的遗传单位由亲代传给子代。

人是二倍体生物，每一细胞均有两个同源染色体组，分别来自父母双方。当亲代遗传信息传给子代的时候，HLA单体型作为一个单位遗传下去。子女的HLA染色体中，子女和父母之间的HLA总是有一半相同，也只能有一个单体型相同。在兄弟姐妹之间比较HLA单体型型别只会出现下列三种可能性：①两个单体型完全相同的机率为25％。②两个单体型完全不同的机率为25％。③有一个单体型相同的机率为50％。这一遗传特点可应用于器官移植中供者的选择和法医中的亲子鉴定。

　　② 多态性现象：

　　多态性——是指在一随机婚配的群体中，染色体同一基因座位有两种以上基因型，即可能编码二种以上的产物。 HLA 的多态性现象乃由于下列原因所致：复等位基因（multiple alleles）——由于群体中的突变，同一座位的基因系列称为复等位基因。HLA复合体的每一座位均存在为数众多的复等位基因，这是HLA高度多态性的最主要原因。由于各个座位基因组合是随机的，故人群中HLA的基因型可达108之多。

共显性（codominance）——1对等位基因同为显性，称为共显性。HLA复合体中每一对等位基因均为共显性。共显性大大增加了人群中HLA表型的多样化，达到107数量级。

　　③ 连锁不平衡

　　HLA多基因座位组成单体型时，连锁的基因不是随机组合在一起的，而是某些基因总是较经常在一起出现，而另一些又较少地在一起出现。这种单体型基因非随机分布的现象称为连锁不平衡。例如，在北欧白人中HLA-A1和HLA-B8频率分别为0.17和0.11。若随机组合，则单体型A1-B8的预期频率应为0.17×0.11=0.019 。但实际所测得的A1-B8单体型频率是0.088，即A1-B8处于连锁不平衡。实测频率与预期频率间的差值（△=0.088－0.019=0.069）为连锁不平衡参数。连锁不平衡如何产生，并如何维持，人们尚不清楚，推测可能与自然选择有关，提示某个单体型有利于生存，但尚需深入探讨。

　　多态性与连锁不平衡以一对矛盾形式在群体中存在。多态性使群体中的个体保持其个体特异性以相互区别，连锁不平衡则造成某些个体间的相似甚至完全相同。

（5） MHC抗原系统

　　MHC分子的基本功能是结合递呈抗原以供T细胞识别。这个过程的基本方式是细胞由它自己少量的蛋白质和入侵生物的蛋白质制造的分子复合体表达在细胞表面，以供免疫细胞识别。1987年Bjorhman等首先借助X射线晶体衍射技术弄清了HLA-A2分子的立体结构。之后，又对HLA-AW68、HLA-B27及H-2Kb分子的X射线晶体结构进行了分析，对HLA-Ⅱ类分子结构的研究也取得进展，从而为解释这些分子的生物学功能及MHC限制性现象提供了有力的依据。

　　　　　　　　　　　　

　　① MHC-Ⅰ类分子

　　③ MHC 分子的组织分布

　　MHC-Ⅰ类分子：广泛分布于体内各种有核细胞表面，包括血小板和网织红细胞。成熟的红细胞一般不表达MHC抗原，但某些特殊血型的红细胞也能检出I类抗原。不同的组织细胞表达I类抗原的密度也各不相同。外周血白细胞和淋巴结、脾脏淋巴细胞所表达的I类抗原量最多，其次为肝、肾、皮肤、主动脉和肌肉细胞。神经细胞和成熟的滋养层细胞不表达I类抗原。

　　MHC-Ⅱ类分子：主要表达在某些免疫细胞表面，如B细胞、单核/巨噬细胞、树突状细胞、激活的T细胞等：内皮细胞和某些组织的上皮细胞也可检出MHC-Ⅱ类抗原。在不同类型细胞或同一类细胞的不同分化阶段，各种Ⅱ类抗原的表达情况也各异。

　　MHC-Ⅰ、Ⅱ类抗原主要分布在细胞表面，但也可能出现于体液中，血清、尿液、唾液、精液及乳汁中均已检出游离的MHC-Ⅰ、Ⅱ类抗原。MHC-Ⅲ类抗原一般指几种补体成分，它们均分布于血清中。

（6）MHC的功能

　　① MHC抗原作为代表个体特异性的主要组织抗原，在排斥反应中起关键作用。

　　② 约束免疫细胞间相互作用：只有具有同一MHC表型的免疫细胞间才能有效地相互作用，即MHC限制性。巨噬细胞（MΦ）与Th细胞间的相互作用受MHC-Ⅱ类分子的限制，即Th只能被具有相同MHC-Ⅱ类分子的抗原递呈细胞所激活。外来抗原进入机体，被MΦ摄取、处理，然后抗原的关键性片段以配位与MΦ内 MHC-Ⅱ类分子的肽结合区形成复合物，后者转运至MΦ膜表面。TCR识别并结合抗原片段的表位以及MHC-Ⅱ类分子α2、β2功能区的非多态性决定簇，由此启动免疫应答。因此，只有MHC-Ⅱ类抗原阳性的APC（如单核／巨噬细胞、树突状细胞等）才能将抗原递呈给CD4+T 细胞，且APC表面MHC-Ⅱ类分子密度与其抗原递呈能力呈正相关。Tc细胞与病毒感染的靶细胞间相互作用受MHC-I类抗原的限制。Tc细胞TCR联合识别靶细胞表面的病毒抗原及MHC-I类分子α1和α2功能区的多态性决定簇。同时，Tc细胞表面的CD8分子识别I类分子α3区的非多态性决定簇。一种例外的情况是，Tc细胞对同种异体靶细胞的杀伤作用不受自身MHC的约束。

　　③ 参与对抗原的加工处理：有两种蛋白参与MHC-I类分子对细胞内抗原的递呈，即大的多功能蛋白酶（LMP）及抗原肽转运蛋白（TAP）。这两种蛋白的基因与MHC-Ⅱ类基因紧密连锁于lkb DNA序列中。LMP是细胞原浆中的分子集团（1500kD），由许多低分子蛋白聚合而成，具有蛋白水解酶的性质，能参与各种蛋白基质的降解。该分子集团中有多个催化位点，可使同一基质蛋白同步产生多种适合 MHC-I类分子结合的肽段，例如具有疏水性羧基末端的9肽。TAP是内质网上的异源性二聚体，由TAP-1及TAP-2基因编码，其功能是将胞浆中LMP加工后的抗原片段转运至内质网，并在内质网腔内组装免疫原性多肽—MHC-I类分子复合体。与抗原肽结合的 MHC-I类分子其稳定性增加。LMP及TAP均具多态性，在不同个体中LMP有不同的蛋白结合位点，催化水解的位点不同，产生的肽段及抗原决定簇也不同。TAP的多态性能使不同的肽转运至内质网内。因此，不同个体的 MHC-I类分子对同一大分子递呈的抗原片段可不同，从而使不同机体对同一抗原的免疫应答可表现出个体差异，或产生保护性免疫，或产生免疫耐受，或有自身免疫倾向，或表现出MHC相关疾病。

　　④ 参与对免疫应答的遗传控制：机体对某种抗原物质是否产生应答以及这种应答的强弱是受遗传控制的。Benacerraf 首先证实豚鼠和小鼠对人工合成抗原的免疫应答能力受单个常染色体显性基因的控制，并将这种控制免疫应答的基因称为Ir基因。其后证实，Ir基因位于小鼠H-2 I区内。随着研究工作的不断深入，对Ir基因的认识已逐渐扩展：首先，已发现Ⅱ类基因区内还存在着所谓免疫抑制基因（Is基因），它控制Ts细胞对免疫应答的抑制性调节功能；其次，有证据表明，某些I类基因也参与对免疫应答的遗传控制。

　　⑤ 参与免疫调节：MHC分子可参与抗原递呈并制约免疫细胞间的相互作用，Ir基因可控制免疫应答的发生及其强度，这表明MHC在多个方面参与了免疫调节。此外还发现，非T细胞在体外能诱导自身T细胞发生增殖反应，称为自身混合淋巴细胞反应（AMLR）。在AMLR中非T 细胞表面的刺激决定簇是MHC-DQ抗原。自身反应性T细胞激活后可表达MHC-DR抗原，后者又可作为刺激决定簇激活某些T细胞。一般认为，AMLR代表体内免疫细胞间的一种调节机制，有助于维持免疫自稳，故MHC-Ⅱ类分子通过诱发AMLR而参与免疫调节。

　　⑥ 参与免疫细胞分化：MHC分子参与早期T细胞在胸腺中的分化过程。MHC-Ⅰ、Ⅱ类分子阳性细胞分别与 CD8+T 细胞和CD4+T细胞的分化发育有关。

　　综上所述，MHC从多方面参与了机体免疫应答的发生和调节，尤其是MHC分子参与对抗原的处理，与之结合并将其递呈给T细胞，这是免疫应答的诱导和调节的最基本点。

（7）MHC分子-抗原肽复合物

　　① 锚定残基：与MHC结合成复合物的抗原肽往往带有2个或2个以上的和MHC分子凹槽相结合的特定部位，称为锚定位，该位置的氨基酸残基称为锚定残基。

　　② MHC基因及其产物的极端多样性，导致不同MHC分子结构上的差异；这些差异主要集中于肽结合槽，从而决定了特定型别的MHC分子和抗原肽的结合具有一定的选择性。

　　① MHC与器官移植：器官移植是现代医学重要的治疗手段之一。移植排斥反应的本质是免疫应答，故移植器官的长期存活关键取决于供者和受者之间的MHC型别是否相符，即MHC各基因位点上相同的等位基因数目。在肾脏移植中，各MHC座位配合的重要性依次为MHC-DR、MHC-B、MHC-A。在骨髓移植中，为预防移植物抗宿主反应，一般要求从同胞中选择 MHC 完全相同的个体作为供者。

　　② MHC与疾病的相关性：研究MHC与疾病的关系，实质上是研究疾病发生发展的遗传倾向，因此必须首先明确两个基本概念。一是关联，指两个遗传学性状在群体中同时出现时呈非随机性分布。若无关联呈随机性分布。二是连锁，指在一条染色体上，不同座位的基因结合在一起遗传的频率不同于按分离率所期望的频率。基因的连锁表示它们处在同一染色体上，而且其座位是很靠近的。家系分析表明双亲的MHC各座位的基因总是以特定的单体型为单位一起遗传给后代而很少发生交换，若病人的单体型呈现非随机性分布，即连锁不平衡，说明此病与MHC有连锁。关联和连锁是两个不同的概念，与 MHC 有关联的疾病不一定有连锁，反之，与MHC有连锁的疾病在群体中不一定查得出有明显的关联。

　　在评估MHC与疾病的相关性时须注意下面几点：① 发现MHC与某种疾病有关联，并不意味着携带某抗原一定患某病。MHC抗原一般并不是病因，而仅仅是一种遗传标志； ② MHC抗原在群体中的分布与民族、人种、地理环境等有关，在研究与疾病的关联时应综合分析才有参考价值； ③ 研究对象须是随机选择，无亲缘关系的；对照组与疾病组应取自同一地区，其籍贯、性别分布应相似； ④ 样本数应足够多。

　　③ MHC与人类学：MHC系统的多态性是人类进化的产物，因此各人种、各民族的MHC抗原分布、基因频率、单体型组合及频率能为研究民族和种族的起源、演变、进化和迁移提供极为有价值的信息，IHWC已组织两次以上世界范围内的不同水平上的MHC抗原及等位基因调查，并绘制了系统树。我国MHC工作者也已对中国大陆南北汉族的 MHC 多态性分布进行了调查，发现高加索人种起源的MHC抗原（A1、A3、B7、B8、B14）在华北人中有较高频率而向着南方降低，而起源于东南亚的MHC抗原（All、B46）则在华南人中有较高频率而向着北方降低的梯度分布。根据遗传距离聚类分析，表明中华民族包含华北、华南两大群体，提出中华民族双重起源学说。对我国西双版纳傣族群体MHC-Ⅱ类的基因分析，也发现DR、DQ、DP等位基因频率与连锁不平衡单体型明显有别于白种人及其他人种而具有该民族的独特性。

　　④ MHC与母胎关系：成熟的胎盘滋养层细胞不表达MHC-Ⅰ类抗原，从而保护了携带父方MHC单体型的胎儿不被母体排斥。另一方面，原因不明的习惯性流产也被认为与MHC有关。其机理可能是父母双方MHC不相容性过弱，不能产生胎儿保护性抗体而使胎儿流产。这一现象与排斥反应的机理相矛盾。目前已有报道，采用输入第三者或丈夫的淋巴细胞以激发孕妇同种异体反应的方法治疗习惯性流产。

　　⑤ MHC与法医：MHC分子是每一个体的特异性生物学标志，且终生不变。同时，由于MHC系统的高度多态性，在无血缘关系的人群中，MHC表现型完全相同者是极其罕见的。在同一家庭内MHC的遗传是以单体为单位从亲代遗传给子代，子代的两个MHC单体型各来自双亲一方，因此，借助MHC基因型或表型的检测分型技术，可以肯定有否亲子关系；在法医学上亦能判断罪行与某个体间的关系。

　　MHC或MHC的意义绝不应低估在上述几个方面，而应从其参与免疫识别的重要性上理解为天生万物所以能演变至今日的一个重要基础。