MHC編碼的抗原為一類同種異體抗原(alloantigen)。其中Ⅰ類和Ⅱ類抗原主要以細(xì)胞膜鑲嵌蛋白的形式存在，也可脫落成為可溶性的形式。Ⅲ類抗原為補(bǔ)體C2、C4和B因子， 主要分泌到血清等體液中去。
Ⅰ類抗原由非共價鍵連接的兩條多肽鏈組成，其中重鏈由MHCⅠ類基因編碼，輕鏈由另一條染色體(人第15對染色體，小鼠第２對染色體)β2m基因編碼。 Ⅰ類抗原分布于幾乎所有的有核細(xì)胞及血小板表面。HLA-A、B抗原在人類淋巴細(xì)胞表面濃度最高，每個細(xì)胞約有103～105個分子，占淋巴細(xì)胞表面蛋白的1％。
1. 重鏈 又稱α鏈，其裸肽分子量為40kDa。人Ⅰ類抗原α鏈上有1個N-連接的寡糖， 成熟的α鏈為糖蛋白，分子量的44kDa；小鼠α鏈上有2個N-連接的寡糖，分子量略大于人α鏈，為47kDa。α鏈為穿膜結(jié)構(gòu)，根據(jù)各結(jié)構(gòu)域的功能以及與Ig同源性的比較， α鏈可分為肽結(jié)合區(qū)和免疫球蛋白樣區(qū)組成的胞膜外區(qū)，穿膜區(qū)以及胞漿區(qū)(圖6-7)。
(1)肽結(jié)合區(qū)(peptide-binding region):α鏈氨基端的兩個結(jié)構(gòu)域α1和α2，各含約90氨基酸殘基,α1與α2有很高同源性,但不屬于免疫球蛋白超家族成員。人α鏈有1個N-連接的寡糖，位于α1和α2連接處。小鼠α鏈則有2個N-連接的寡糖,分別位于α1與α2連接處和α2區(qū)的羧基端側(cè)。α2區(qū)內(nèi)有一個鏈內(nèi)的二硫鍵，兩個半胱氨酸間約含63個氨基酸殘基。α1區(qū)第60～80位氨基酸殘基和α2區(qū)第 95～120位氨基酸殘基的組成和排列順序變化最大,是Ⅰ類抗原多態(tài)性(同種異型)的分子基礎(chǔ)。
圖6-7 MHCⅠ類分子結(jié)構(gòu)模式圖
注: 表示糖，P為磷酸化位點(diǎn)
表示多態(tài)性存在部位
美國哈fo大學(xué)Strominger實(shí)驗(yàn)室用X射線晶體衍射圖搞清了HLA-A2分子的立體結(jié)構(gòu)(圖6-8)。α3和β2m結(jié)構(gòu)域靠近細(xì)胞膜,位于分子的底部;α1和α2結(jié)構(gòu)域遠(yuǎn)離細(xì)胞膜位于分子的頂部，所組成的空間結(jié)構(gòu)是與抗原結(jié)合部位和被T細(xì)胞受體(TCR)識別的部位。與抗原結(jié)合部位的構(gòu)象呈深槽狀,由α1和α2結(jié)構(gòu)域各1條α螺旋和4條β折疊所組成。 兩條α螺旋位于抗原結(jié)合部位上部形成兩個側(cè)面,8條β折疊位于下部形成底面。所構(gòu)成的深槽大約長2.5nm，寬1.0nm,深1.1nm,可結(jié)合8～20個氨基酸殘基,其大小和形狀適合于已加工處理的抗原片段。MHC Ⅰ類抗原分子的多態(tài)性主要位于形成兩側(cè)面的α螺旋結(jié)構(gòu)上,與Ⅰ類抗原遞呈抗原的功能相關(guān)，形成深槽內(nèi)部氨基酸的側(cè)鏈主要通過鹽鍵、氫鍵與抗原多肽結(jié)合；位于深槽外部和表面氨基酸是TCR識別的部位， 上述發(fā)現(xiàn)是近年來基礎(chǔ)免疫學(xué)中分子免疫學(xué)領(lǐng)域中最杰出的成就之一，為TCR識別MHC與加工處理的抗原復(fù)合物的理論研究和某些自身免疫性疾病的發(fā)病機(jī)理提供了重要依據(jù)。
(2)免疫球蛋白樣區(qū)(immunoglobulin-like region):α3約含90個氨基酸殘基，氨基酸組成十分保守,與IgC區(qū)同源,在二級結(jié)構(gòu)上，α3組成Ig樣折疊(Ig fold)，即七個β折疊股形成兩個平面，由二硫鍵相連，屬免疫球蛋白超家族(IGSF)中C1結(jié)構(gòu)。α3結(jié)構(gòu)域是α重鏈的非多態(tài)部分(nonpolymorphic)，通過MHC分子突變分析證實(shí),此區(qū)是與CD8分子相互作用的位置。
(3)穿膜區(qū)(transmembrane regiowww.med126.comn): α3結(jié)構(gòu)域的羧基端側(cè)有一段較短的連接區(qū)(conn-ecting region)，穿膜區(qū)約由25個疏水性氨基酸殘基所組成，可能形成α螺旋穿過雙層脂質(zhì)的細(xì)胞膜，并使α鏈錨在細(xì)胞膜上。
(4)胞漿區(qū)(cytoplasmic region):含約30個氨基酸殘基，并具有數(shù)個cAMP依賴的蛋白激酶(蛋白激酶A,PKA)和PP60 Src酪氨酸激酶的磷酸化位點(diǎn)。此外，在羧基端含有一個谷氨酰胺殘基，作為轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶轉(zhuǎn)肽作用的底物。上述結(jié)構(gòu)可能在MHCⅠ類分子與其它膜蛋白或細(xì)胞骨架成分相互作用中起作用，去除MHCⅠ類分子胞漿羧基端可抑制Ⅰ類分子的內(nèi)化。
2.輕鏈 含99個氨基酸殘基，分子量為12kDa，最早在一些鎘中毒患者尿中發(fā)現(xiàn),1968年Berggard 從腎小管病變的蛋白尿中分離出來，電泳位于β2區(qū)，稱β2微球蛋白(β2-microglobulin,β2m)。A、B、C抗原所含輕鏈均一致。β2m氨基酸排列與IgGCH2約有30％序列同源，故β2m有游離免疫球蛋白結(jié)構(gòu)域(free immunoglobulin domain)之稱，屬免疫球蛋白超家族C1結(jié)構(gòu)。不同種動物之間β2m很少有區(qū)別。β2m本身與HLA-A、B、C抗原特異性無關(guān)，也不直接參與同抗原的結(jié)合，但對于α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。如人B細(xì)胞系Daudi不能合成β2m， 雖然在Dandi細(xì)胞Ⅰ類基因能發(fā)生轉(zhuǎn)錄，并可翻譯，但細(xì)胞翻譯產(chǎn)物是不穩(wěn)定的。當(dāng)Daudi細(xì)胞轉(zhuǎn)染了有功能的β2m的基因或與表達(dá)β2m的細(xì)胞融合，Daudi細(xì)胞即可在細(xì)胞表面表達(dá)Ⅰ類抗原。α重鏈與β2m的結(jié)合可能發(fā)生在內(nèi)織網(wǎng)。有關(guān)β2m的免疫學(xué)功能近來受到重視。 用抗β2m的單克隆抗體NAMB1可抑制MLR中的反應(yīng)細(xì)胞。抗原與淋巴細(xì)胞接觸后18小時內(nèi)，抗β2m血清可抑制其抗體應(yīng)答。此外，β2m抗血清對PHA、ConA、PWM等對淋巴細(xì)胞的促有絲分裂作用都有明顯的抑制作用。由于β2m分子在細(xì)胞表面的數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于Ⅰ類抗原分子的數(shù)目，故β2m可能以作為HLAⅠ類抗原一部分和游離分子兩種形式存在。在某些病理情況下，血清和尿中β2m可明顯升高。
圖6-8 人MHC Ⅰ類分子多肽的折疊
注: 左圖側(cè)面觀，右圖頂部觀。白色箭頭代表β疊股，白圈表示α螺旋，黑色線為二硫鍵
1. Ⅱ類分子的結(jié)構(gòu) MHC Ⅱ類分子是由α、β兩條鏈通過結(jié)合緊密的非共價鍵連接組成的異源雙體。α鏈分子量32～34kDa,有2個N連接寡糖，β鏈 29～32kDa，有一個N-連接糖基化點(diǎn)(圖6-9)。Ⅱ類分子α、β鏈?zhǔn)怯刹煌蛩艽a。α、β鏈各有2個結(jié)構(gòu)域α1、α2及β1、β2。每個結(jié)構(gòu)域約含90氨基酸殘基，除α1區(qū)外，α2、β1、β2每個區(qū)各含一個二硫鍵。 α1和β1與Ig結(jié)構(gòu)域無相似性,組成肽結(jié)合區(qū)。α2和β2區(qū)與Igγ3和Cμ4相似,屬免疫球蛋白超家族C1型結(jié)構(gòu),非多態(tài)性。所有DR等位基因編碼的DR分子α2區(qū)結(jié)構(gòu)都相同, 但不同于DPα2或DQα2者。CD4分子與Ⅱ類分子非多態(tài)部分相結(jié)合。
圖6-9 MHCⅡ類分子結(jié)構(gòu)模式圖
Ⅱ 類抗原的多態(tài)性主要與 DQα、DQβ、DRβ和DPβ鏈有關(guān)。在人類Ⅱ類抗原是HLA-D/DP、DQ、DR抗原,其中D和DP抗原在MLR中為刺激T細(xì)胞激活的抗原決定簇 (major lymphocyte activating determinants,Lads抗原),而DR和DQ則刺激抗體的產(chǎn)生， 這與下述的HLA抗原檢測的方法有關(guān)。
α2和β2羧基端側(cè)有一個短的連接區(qū)。穿膜區(qū)約含25個氨基酸殘基。胞漿區(qū)可能與信號的轉(zhuǎn)導(dǎo)有關(guān)。盡管尚未獲得α和β鏈的X-線晶體衍射圖，從MHCⅠ、Ⅱ類分子結(jié)構(gòu)和功能的相似性以及最近結(jié)果提示MHCⅡ類分子肽結(jié)合的多肽折疊形式與MHC Ⅰ類分子十分相似，α1和β1各形成4條β折疊股和一條α螺旋。8條折疊股組成一個底層，支撐2個α螺旋，α、β鏈2個α螺旋形成肽結(jié)合區(qū)深槽的側(cè)面(圖6-10)。
最近在細(xì)胞內(nèi)發(fā)現(xiàn)與MHCⅡ類分子相連的第三條鏈，稱之γ鏈，約30kDa，屬免疫球蛋白超家族成員，非MHC編碼，γ鏈氨基端在胞漿內(nèi)，而羧基端在細(xì)胞膜外。 在γ鏈到達(dá)細(xì)胞膜之前它是與MHCⅡ類分子分離的。γ鏈確切的生理功能還不清楚，可能是(1)改變MHCⅡ 類分子α、β鏈翻譯后加工的性質(zhì)；(2)參與Ⅱ類分子細(xì)胞內(nèi)的運(yùn)行；(3)與Ⅱ類分子將外來抗原提呈給輔助性T細(xì)胞的功能有關(guān)；(4)最近又認(rèn)為γ鏈可防止機(jī)體自身合成的肽與Ⅱ類分子結(jié)合，以保證Ⅱ類分子肽結(jié)合點(diǎn)為外源性抗原結(jié)合之用。
圖6-10 MHCⅡ類分子多肽的折疊(推測)
注: 本圖為頂面觀，白色剪頭代表β折疊股，白圈表示α螺旋，黑
色線為二硫鍵，邊緣的虛線方塊表示尚未確定的多肽折疊。
2.I區(qū)相關(guān)抗關(guān)
(1)Ia抗原的概念: Klein、Shrefler(1974、1975年) 將小鼠I區(qū)基因所編碼的抗原稱為Ia抗原(I region associated antigen)，也有人將I區(qū)中的Ir基因的產(chǎn)物稱為Ia抗原。目前一般把人類Ⅱ類抗原，尤其DR抗原也稱為Ia抗原。
(2)Ia抗原的分布: 小鼠Ia抗原主要在B細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、表皮細(xì)胞、精子、活化T細(xì)胞、郎罕氏細(xì)胞、樹突狀細(xì)胞等。Ia抗原的組織分布見表6-6。
表6-6 Ia抗原的組織細(xì)胞分布(細(xì)胞熒光染色陽性率％)
Ia抗原主要分布在脾臟、淋巴結(jié)的淋巴細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、胚胎肝細(xì)胞、表皮細(xì)胞、活化內(nèi)皮細(xì)胞、骨髓細(xì)胞和精子細(xì)胞上，某些腫瘤細(xì)胞也具有Ia抗原。而紅細(xì)胞、血小板、腦組織、腎臟和成年肝細(xì)胞未見有Ia抗原。
無論是Th還是Tc/Ts被激活后一部分細(xì)胞表達(dá)Ia抗原。此外巨噬細(xì)胞、表皮郎罕氏細(xì)胞、樹突狀細(xì)胞也含有較高比例的Ia抗原，有人認(rèn)為Ia抗原還與巨噬細(xì)胞亞群分類有關(guān)。
D抗原分布還缺乏系統(tǒng)資料。但從現(xiàn)有資料中看到，除B淋巴細(xì)胞外，T細(xì)胞、單核細(xì)胞、上皮細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞和精子細(xì)胞也可以誘導(dǎo)淋巴母細(xì)胞反應(yīng)，提示上述細(xì)胞存在D抗原，而血小板不存在D抗原。
(3)Ia抗原的功能: Ia抗原最主要的功能是作為Ir基因的產(chǎn)物，參與免疫應(yīng)答的遺傳控制及其應(yīng)答過程中的遺傳限制作用，這將在本章第五節(jié)中重點(diǎn)加以討論。此外還有以下的生物學(xué)功能:
①與B細(xì)胞分化的關(guān)系: 分化發(fā)育尚未成熟的B細(xì)胞以及B細(xì)胞型白血病細(xì)胞均可檢出Ia抗原，成熟的漿細(xì)胞表面不能檢出Ia抗原。
②人類Ia抗原與MLR刺激: 在單向MLR中刺激同種異體T細(xì)胞增殖的刺激細(xì)胞除B細(xì)胞外，其它的Ia陽性細(xì)胞如建株B細(xì)胞、精子、巨噬細(xì)胞、郎罕氏細(xì)胞的刺激能力與表面Ia抗原有關(guān),巨噬細(xì)胞和郎罕氏細(xì)胞較強(qiáng)，精子較弱。抗人Ia樣抗血清或抗Ia樣單克隆抗體對人類MLR均有非常明顯的抑制效應(yīng)。
③人類Ia樣抗原與免疫輔佐細(xì)胞: 只有Ia陽性的單核-巨噬細(xì)胞、 表皮郎罕氏細(xì)胞和樹突狀細(xì)胞具有執(zhí)行抗原提呈細(xì)胞(antigen presenting cell,APC)的輔助免疫應(yīng)答的功能。最近發(fā)現(xiàn)Ia陽性B細(xì)胞也是機(jī)體重要的抗原提呈細(xì)胞。
④人類Ia樣與T淋巴細(xì)胞: T細(xì)胞經(jīng)活化后(包括PHA、ConA、PWM，可溶性抗原， 同種異體抗原刺激)能合成并在細(xì)胞表面表達(dá)Ia抗原，其特異性與同一個體Ia抗原相一致。促有絲分裂原激活的Ia陽性T細(xì)胞以PWM刺激后比例最高，PHA次之，ConA最低。
⑤Ia抗體與免疫增強(qiáng): 免疫增強(qiáng)(immunologicalenhancement) 主要是由Ia抗體介導(dǎo)的一種特異性免疫抑制作用。 有人認(rèn)為移植前輸血所引起移植物存活延長現(xiàn)象是由B細(xì)胞導(dǎo)致的主動免疫增強(qiáng)現(xiàn)象。免疫增強(qiáng)的機(jī)制還不十分明了，可能與Ia抗體與Ia抗原結(jié)合后，阻止了供體Ia抗原對Th的刺激作用，從而阻斷移植排斥免疫應(yīng)答的致敏過程；另一可能是Ia抗體的抗原結(jié)合位置可刺激受者產(chǎn)生抗獨(dú)特型抗體， 這種抗獨(dú)特型抗體可與Th細(xì)胞上Ia 抗原識別受體相結(jié)合，從而阻止了Th細(xì)胞對Ia抗原的識別，阻斷移植后排斥反應(yīng)的產(chǎn)生。
MHC I類、Ⅱ類基因外顯子和內(nèi)含子的組成相似（圖6-11)。第一個外顯子編碼先導(dǎo)序列。MHc I類分子α1、α2和α3是由三個不同的外顯子所編碼，空膜區(qū)和胞漿區(qū)是由數(shù)個較小的外顯子編碼。MHc I類分子胞漿部分每一個保守的磷酸化位點(diǎn)是由不同的小外顯子分別編碼。有多個調(diào)節(jié)MHC基因的轉(zhuǎn)錄的順式調(diào)節(jié)順序（cis-regulatory sequences)位于MHC基因外顯子的5`端，這些調(diào)節(jié)順序是作為反式作用的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)蛋白的結(jié)合位點(diǎn)。此外，在MHc I類基因中也發(fā)現(xiàn)有啟動子和增強(qiáng)子，并存在著對細(xì)胞因子特別是IFN-γ應(yīng)答的核苷酸序列。在MHc Ⅱ類基因中含有對于Ⅱ類基因表達(dá)所必需的、稱之為W（或H)、X和Y盒的三個保守的核甘酸序列。
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圖6-11 MHc Ⅰ、Ⅱ類基因外顯子內(nèi)含子結(jié)構(gòu)
IFN-γ可調(diào)節(jié)MHC I類和Ⅱ類分子的表達(dá)。IFN-γ幾乎對所有細(xì)胞MHc I類抗原的表達(dá)有促進(jìn)作用，其他的細(xì)胞因子如IFN-α、INF-β、TNF和LT也能促進(jìn)MHc I類分子的表達(dá)。IFN-γ等細(xì)胞因子促進(jìn)I類分子表達(dá)水平升高的機(jī)理可能是細(xì)胞因子激活的轉(zhuǎn)錄因子（cytokine-activatedtranscription factors)結(jié)合到I類基因DNA的調(diào)節(jié)序列bhskgw.cn/zhicheng/上。IFN-γ可促進(jìn)單核-巨噬細(xì)胞、郎罕氏細(xì)胞NHc Ⅱ類分子的表達(dá)，誘導(dǎo)MHc Ⅱ類分子陰性的內(nèi)皮細(xì)胞、上皮細(xì)胞和基質(zhì)細(xì)胞（stromal cell)表達(dá)Ⅱ類分子；樹突狀細(xì)胞和活化人T細(xì)胞可表達(dá)Ⅱ類分子，但I(xiàn)FN-γ無明顯調(diào)節(jié)作用；對于小鼠B細(xì)胞，IFN-γ作用后Ⅱ類分子表達(dá)反而降低，而IL-4有促進(jìn)表達(dá)的作用。
