食品免疫学补体系统与主要组织相容性复合物.ppt

1、第五章 补体系统与主要组织相容性复合物,补体系统,(Complement),Jules Bodet (1870-1961),Discoverer of complement,发现在新鲜血清中存在一种不耐热的成分，可辅助特异性抗体介导的溶菌作用,此君来自梅契尼科夫实验，师承吞噬细胞理论，但又发现了补体的溶菌作用，最终使得吞噬细胞理论式微。,第一节 补体系统概述,补体（complement，C）是人和动物血清中的一组与免疫功能有关，经活化后具有酶活性的蛋白质 因其对特异性抗体由辅助和补充作用，故称为补体。 补体系统是由30余种血清蛋白、膜结合性蛋白和补体受体组成的多分子系统，构成机体重要的防御机制

2、。 补体系统激活后，产生多种生物学效应，包括溶解细胞效应、调理吞噬作用、介导炎症反应、清除免疫复合物和免疫病理损伤等,一、补体系统的组成,根据补体系统各成分的作用，可将其分为三类补体系统的固有成分 包括经典途径中的CIq，C1r，C1s、C2、C4、C3、C5-C9；旁路途径中的B因子、D因子补体激活的调节蛋白 包括C1抑制物、P因子、I因子、H因子等可溶性蛋白和促衰变因子、膜辅助蛋白、同种限制因子等膜结合蛋白补体受体 包括多种补体片段的受体，如CR1-CR5、C3aR、C5aR等,二、补体系统的命名,参与补体经典激活途径的固有成分，按其被发现的先后分别命名为C1（q,r,s）、C2、.C9；

3、补体系统的其他成分以英文大写表示，如B因子、D因子、P因子、H因子、MBL等；补体调节蛋白多以其功能命名，如C1抑制物、C4结合蛋白、衰变加速因子等；补体活化后的裂解片段，以该成分的符号后面附加小写英文字母表示，如C3a、C3b等具有酶活性的成分或复合物，在其符号上划一横线表示，如C1、C3bBb灭活的补体片段，在其符号前加英文字母i表示，如iC3b,三、补体的理化性质,补体由体内多种细胞合成，肝细胞和巨噬细胞是产生补体的主要细胞补体成分均为球蛋白，大多是球蛋白，少数为或球蛋白。人类胚胎发育早期即可合成补体，出生后3-6个月达到成人水平补体的性质极不稳定，对热特别敏感，56，30分钟即被灭活。

4、室温下也很快失去活性,第二节 补体系统的激活与生物学作用,补体成分常以非活化形式存在，在某些物质的参与下或在特定的固相表面，补体成分依次被激活。(故君子事来而心始现，事去而心随空)被激活的前一组分具有裂解后一组分的活性，导致若干后续组分的活化，形成一系列补体级联反应，最终发挥溶细胞效应。激活过程中产生的多种补体片断，还广泛参与炎症反应和免疫调节补体的激活途径主要有经典途径，旁路途径和甘露聚糖结合凝集素途径（MBL），三条途径均具有共同的末端通路，即膜攻击复合物（MAC）的形成。,一、经典激活途径,经典激活途径（classical pathway） 是指激活物与C1q结合，顺序活化C1r、C1s

5、、C4、C2、C3，形成C3转化酶（C4b2b）与C5转化酶（C4b2b3b）的级联酶促反应过程,参与的补体成分（C1、C4、C2和C3）激活物质（抗原抗体复合物）激活过程（1）识别阶段（2）活化阶段（构型改变）,经典途径的激活顺序,识别阶段 抗原和抗体结合后，抗体发生构象改变，使Fc段的补体结合部位暴露，补体C1与之结合并被激活，这一过程称为识别阶段活化阶段 活化的C1s依次酶解C4、C2，形成具有酶活性的C3转化酶，后者进一步酶解C3并形成C5转化酶,IgM CH3区，IgG CH2区,C1分子的结构与功能 C1由 一个C1q、两个C1r 和两个C1s分子的共同组成。一个C1q分子如果同时

6、与两个以上的Fc段结合将造成其构象的变化，继之使C1r和C1s活化，启动补体活化的经典途径。,二、旁路激活途径,旁路激活途径（alternative pathway）又称替代激活途径，不依赖于抗体。微生物或外源异物直接激活C3，由B因子、D因子和备解素参与，形成C3和C5转化酶的级联酶促反应过程。种系发生上，旁路途径是最早出现的补体活化途径，是抵御微生物感染的非特异性防线旁路途径的激活物质是为补体激活提供保护性环境和接触表面的成分，如某些细菌、内毒素、酵母多糖、葡聚糖、真菌以及异种哺乳动物细胞等。,三、MBL激活途径,又称凝集素激活途径，指由血浆中甘露聚糖结合的凝集素直接识别多种病原微生物表面

7、的N-氨基半乳糖或甘露糖，进而依次活化MASP1、MASP2、C4、C2、C3，形成与经典途径相同的C3与C5转化酶的级联酶促反应过程,四、补体活化的共同末端效应,补体活化的经典途径、旁路途径和MBL途径共同的末端效应即膜攻击复合物（MAC）形成，导致细胞溶解MAC的组装 C5与C5转化酶中的C3b结合，并被裂解成C5a和C5b。前者释放入液相，后者仍结合于细胞表面，并可依次与C6、C7结合，所形成的C5b67复合物插入浆膜脂质双层中，进而与C8呈高亲和力结合，形成C5b678。该复合物可牢固的附着于细胞表面，但其溶细胞能力有限。MAC的效应机制,启动,扩增,效应,调控,Classical,M

8、BL,Alternative,（C3转化酶）,（C3、C5转化酶）,（MACs等）,Terminal Pathway,补体活化的经典途径、旁路途径和MBL途径共同的末端效应即膜攻击复合物（MAC）形成，导致细胞溶解,C5b+C6+C7+C8+C9 = MACs,MACs=,补体攻膜单位 细胞膜表面的C3b5b与C6、C7、C8依次结合形成C5b678复和物。该复和物诱发C9在细胞膜表面共聚，形成膜表面的通道结构MACs，造成胞膜的穿孔损伤。,MACs 的效应,第三节 补体活化的调控,补体的自身调控 补体激活过程中生成的某些中间产物极不稳定，成为级联反应的重要自限因素补体调节因子的作用 体内补体

9、调节因子可与不同补体成分相互作用，使补体的激活与抑制处于精细的平衡状态，从而既防止对自身组织造成损害，又能有效杀灭外来微生物 调节因子主要分为防止或限制补体在液相中自发激活的抑制剂；抑制或增强补体对底物正常作用的调节剂保护机体组织细胞免遭补体破坏作用的抑制剂,Factor H removes Bb from the alternative pathway C3 convertase breaking the positive feedback loop. Factor I inactivates C3b and C4b. C1 inhibitor (C1INH) binds to sites

10、on activated C1r and C1s shutting down their proteolytic activity.,经典和 MBP 途径的调节,CD46和 CD55 CD55（DAF）是经GPI锚固于胞膜表面的75 kDa 糖蛋白，能够与C3b结合并且降解C3/C5转化酶。CD46是一个分子量为56-66 kDa的共二聚体膜蛋白，与CD55、CR1和CR2等具有同源性。能够与C3b和C4b结合并使之被I因子降解。,经 典 途 径 的 调 节,IgM/IgG 的复合物,C1q : r : s,C1q,C1r : s,C1-INH,C4,C4b + C2,C4a,C2a,C4b2

11、b,C3,C3b,C3a,C4c +C4d,C2b,C4BP + I,Ca+,Mg+,Ca+,C3b,Bb,哺乳动物细胞表面 微生物细胞表面,C3b,灭活,H,唾液酸,H,替代途径的调节,H 因子 H因子与哺乳细胞表面的唾液酸结合之后被活化，抑制替代途径的补体活化。没有丰富的唾液酸的微生物细胞表面不能吸附H因子，容易成为补体系统的攻击对象。,H和I因子降解C3b,CD59（C8bp）与,与C8结合，阻止MACs的组装CD59与C8的结合具有种属特异性，故是同源限制因子（HRF）之一。,补体效应的同源限制性 异种器官移植,终末途径的调节,第三节 补体活化的调控,补体激活过程有级联放大作用，而且补

12、体的作用无特异性，既可针对入侵的病原体，又可针对自身组织细胞。体内如果缺乏适当的调控机制，势必导致血液补体成分消耗殆尽和造成自身组织的损伤。补体活化的调控是通过补体自身衰变、体液和细胞膜上存在的各种调节因子而实现,补体活化的调控,自身衰变调节体液调节因子（1）C1抑制物（2）C4结合蛋白（3）H因子（4）I因子膜结合型调节因子 （1）膜辅助蛋白（2）促衰变因子（3）同源限制因子,第四节 补体的生物学作用,溶细胞、溶菌及溶解病毒作用调理作用引起炎症反应清除免疫复合物机体抗感染免疫的主要机制参与特异性免疫应答补体系统与其他酶系统的相互作用,补体的其它生物学功能,补体的调理作用（C3b、C4b和iC

13、3b）,溶解细胞、细菌和病毒的细胞毒作用,清除循环免疫复合物,炎症介导作用（C3a和C5a）,第五节 补体系统异常与疾病,补体系统异常包括遗传型缺陷、补体含量的增高和降低等情况,第五节 补体系统异常与疾病,一、补体的遗传型缺陷1、补体成分的缺陷 反复感染，红斑狼疮等2、补体调节分子缺陷 反复溶血二、补体含量的改变 增高：急性炎症、组织损伤降低：慢性疾病等引起,补体系统的 一个中心，两个基本点 MACs的形成 反应的扩增 反应的调控 及其它效应,本章重点内容,掌握补体系统的概念及组成熟悉补体经典途径、MBL途径与旁路途径的激活过程熟悉补体的生物学作用了解补体系统的命名；补体活化的调控,本章重点内

14、容,名词解释补体系统、补体活化的经典途径、MBL途径、旁路途径、补体经典途径的识别、过敏毒素问答题试述补体系统的组成试比较三条补体激活途径的主要差异补体系统具有哪些生物学作用,第三节 MHC的基因和HLA分子的结构与功能,George D. Snell 1930s 发现肿瘤细胞在同系小鼠体内可以长期生存，但在不同品系的小鼠体内不能生存。非肿瘤细胞也具有相同的特点。,排斥反应的本质是免疫应答,特异性记忆性,主要组织相容性复合体,在人或动物个体间进行组织器官抑制，一般均发生排斥反应，移植排斥反应的本质是移植物受者对供者组织细胞所表达抗原产生免疫反应。其中，可诱导迅速而强烈排斥反应的抗原成为主要组织

15、相容性抗原，引起缓慢且较弱排斥反应的抗原称为次要组织相容性抗原。编码这一系统的基因是一组紧密连锁的基因组，称为主要组织相容性复合体（MHC）,一、概念 主要组织相容性复合体（MHC）： 受遗传控制的，代表个体特异性的主要组织抗原系统，参与器官移植排斥，免疫应答调控 。 MHC具有多态性（Polymorphism）的特点。,主要组织相容性复合体,MHC定位于动物或人某染色体的特定区域，呈高度多态性。MHC的编码产物即MHC分子或MHC分子或MHC抗原，表达于不同细胞表面，主要功能是参与抗原提呈、制约细胞间相互识别及诱导免疫应答。小鼠的主要组织相容性抗原系统称为H-2系统，其编码基因位于第17号染

16、色体尚，称H-2复合体。人类主要组织相容性抗原首先发现于外周血白细胞表面，故称人类白细胞抗原（HLA），其基因位于第6号染色体上，称HLA复合体,第一节 HLA复合体,一、HLA复合体的组成和定位 HLA复合体位于第6号染色体短臂上一个长度约为3600kb的区段内，目前已鉴定出239个基因座位，是迄今已知人体最复杂的基因复合体。 HLA复合体的特点之一是多基因性，即HLA复合体的基因数量和结构具有多样性。众多HLA基因依其编码分子的特性分为HLA-类、HLA-类及HLA-类基因,人MHC基因的结构,按编码产物的功能可将HLA基因分为：,经典基因 编码产物直接参与抗原提呈并决定个体的组织特异性免

17、疫功能相关基因 编码产物参与免疫应答免疫无关基因 编码产物与免疫无关，如位于HLA-类基因区的21羟化酶（CYP21）等。,HLA-类基因区,HLA-类基因,该基因区也含数十个基因座位，其中HLA-DR、-DP、DQ为经典的HLA-类基因。HLA-DO、DM等虽然位于HLA-类基因区，但其编码产物具有抗原加工、转运等其他功能,DP DQ DR 补体 B C A,HLA II类 HLA III类 HLA I 类,K I-A I-E 补体 D L,H-2 I 类 H-2 II类 H-2 III类 H-2 I 类,Human MHC,Mouse MHC,105 63 229 301 83 151 （

18、等位基因数）,小鼠MHC II类抗原又称Ia抗原，编码基因又称Ir基因,二、HLA复合体的遗传特征,（一）多基因性 多基因性（polygeny）是指HLA复合体具有多个结构和功能相似的基因座位，例如经典HLA类基因座位有HLA-A、-B、-C，他们不仅在基因和结构上相似，而且编码的蛋白质分子的主要功能都是提呈内源性抗原,（二）多态性（polymorphism）,HLA复合体的多态性指群体中不同个体在同一基因座上存在差别，即在随机婚配的群体中，同一基因座位可能存在两个以上等位基因。多态性的形成主要是HLA基因座位存在复等位基因及其共显性表达,HLA多态性的特点 对人群中不同亚型HLA-Ba 链的

19、氨基酸序列进行比较，发现它们的差异主要集中在N端的180个氨基酸残基之内，该区域恰好是组成MHC分子肽槽的部位。,复等位基因（multiple allele） 由于群体中的基因突变，同一基因座位可能出现两种以上，甚至可能出现两种以上，甚至数十种基因，即为复等位基因共显性（co-dominant）表达 共显性即两条染色体同一基因座位的每一等位基因均为显性基因，均能编码特异性抗原。,（三）单元型遗传,单元型（haplotype）指HLA基因在同一染色体上的结合，由紧密连锁的等位基因构成。它作为一个完整的遗传单位由亲代传给子代，子代的两个HLA单元型分别来自父母。,（四）连锁不平衡,HLA复合体各等

20、位基因均有各自的基因频率（在群体种出现的概率）若HLA各作为等位基因随机组合构成单元型，则某一单元型出现的频率应等于组成该单元型各基因频率的乘积。但实际上，某些基因更多地连锁在一起，而另一些基因连锁较少。这种单元型基因并非随机分布的现象称为连锁不平衡。,HLA复合体的遗传特征,1. 单元型遗传 2. 多态性现象 （1）复等位基因 （2）共显性表达 3. 连锁不平衡,案例：王小帅作品左右,左右主演刘威葳(右一)与影片原型阎英母子,故事的女主角枚竹是一名房产中介，每天的职业是带着一个个客户在一所所空房里徘徊，平凡安逸。她所遭遇的惟一不幸是三年前和前夫离婚，必须自己抚养他们的女儿。女儿禾禾五岁了。枚

21、竹再婚，有一个既爱自己又疼女儿的丈夫。可惜这个故事有个更不幸的开始，禾禾被查出得了白血病。枚竹平静的生活出现了巨大变故。由于没有合适的血源进行干细胞移植，医生提出：如果禾禾有个同胞弟妹，就可用脐带血救姐姐。为了救活惟一的女儿，枚竹决定找到前夫，目的只有一个：和他再生一个孩子！,第二节 HLA抗原及其功能,HLA-类基因区分别编码不同的产物，包括HLA-、HLA-类分子和HLA-类基因区编码的众多补体成分和其他血清蛋白。,（一）HLA-类分子,HLA-类分子是由两条多肽链组成的异源二聚体。其中链即重链（45kD）由HLA基因编码，为跨膜分子，具有多态性；轻链（12kD）由15号染色体上的非HLA

22、基因编码，称2微球蛋白（ 2m）无多态性。 链由膜外区（分1、 2和3三区）、跨膜区和胞浆区组成。2微球蛋白借二硫键与3区连接，形成完整的HLA-类分子复合物,HLA-类分子的三维空间构型图,（二）HLA-类分子,HLA-类分子是由两条多肽链非共价连接组成的跨膜异源二聚体。链（35kD）和链（28kD）均由HLA-类基因编码，基本结构也与类分子的链相似，膜外区含两个结构域，非别为1、2、1、2,HLA-类分子三维结构,二、HLA分子-抗原肽复合物,HLA分子高亲和力与抗原肽结合成复合物是保证HLA分子有效提呈抗原的重要前提，而T细胞抗原受体不能识别单独的抗原肽，只能识别HLA分子-抗原肽复合物

23、,MHC class I,MHC class II,Cleft geometry,Peptide is held in the cleft by non-covalent forces,（二）HLA提呈抗原肽的特性,相对选择性 在群体中HLA分子具有高度的多态性。不同的HLA分子的结构差异主要位于肽结合槽，抗原肽必须含特定的锚着残基，才能与之结合，此即相对选择性。包容性 虽然HLA分子对抗原肽具有相对选择性，但这种选择性并非严格的专一性。任何抗原肽，只要具有与特定HLA分子结合的锚着残基，均可被结合，此即包容性,三、HLA分子的表达,组织分布（1）HLA类分子广泛分布于体内各种有核细胞表面。（

24、2）HLA类分子主要表达在B细胞、单核/巨噬细胞、树突状细胞、活化的T细胞表面。此外在各种体液中也可出现HLA、HLA类分子,HLA-类分子的分布、结构和功能 （一）分布 1. 存在于有核细胞(含血小板和网织红细胞) 表面。 淋巴细胞 肾、肝脏、心脏 神经组织、 成熟的滋养细胞 2. 存在形式 （1）膜结合：有核细胞表面 （2）可溶性：存在于血清、初乳和尿液等体液中。,HLA-类分子的分布,1. APC B细胞、单核/巨噬细胞和树突状细胞； 2. 其他 激活的T细胞，精子和血管内皮细胞。,四、HLA分子的生物学功能,对蛋白质抗原的处理和递呈调节免疫应答（1）启动免疫应答（2）作为协同刺激因子（

25、3）MHC限制性（4）对免疫应答强弱的影响对T细胞分化的影响诱导同种免疫应答HLA与医学的关系,介导T细胞在胸腺的分化,单阳性T细胞的产生,MHC的调控NK细胞功能,A,5、HLA与医学的关系,HLA与同种器官移植HLA与疾病关联HLA分子表达异常与疾病的发生HLA分型的法医学中的应用,HLA在医学中的应用,HLA与同种器官移植的关系： 供受体间HLA的相似性越强，器官移植的成活率越高。通常最佳的移植物配对关系顺序为同卵双生同胞兄妹近亲远亲无亲缘者。HLA与输血反应的关系： 多次接收输血者会发生非溶血性输血反应，与受者血液中存在的抗白细胞和抗血小板HLA抗原的抗体有关，因此需多次接收输血者应选择成分输血。,HLA与疾病的相关性： 群体分子流行病学调查显示，某些疾病的发生与一种或几种HLA抗原的表达相关，因此HLA作为一种疾病发生的遗传标志可用于疾病的辅助诊断、预测、分类及预后判断。 带有某种HLA型别不代表一定会患病。HLA异常表达与疾病的关系： HLA-类分子的表达降低与肿瘤的发生有关；HLA-类分子表达异常与自身免疫病的发生有关。,