MHC分子入门：结构、作用及重要性
在人体复杂的免疫防御系统中，主要组织相容性复合体（Major Histocompatibility Complex, MHC）分子扮演着至关重要的角色。它们是细胞表面的一组糖蛋白，其主要功能是将抗原肽呈递给T淋巴细胞，从而启动或调节适应性免疫应答。MHC分子因其高度的多态性而闻名，对个体识别“自我”与“非我”、抵御感染以及在器官移植中发挥着决定性作用。
一、MHC I类分子
1. 结构
MHC I类分子是一种异二聚体，由一条较长的多形性α链（包含α1、α2和α3三个结构域）和一条较小的、非多形性的β2-微球蛋白链组成。α1和α2结构域共同形成一个深而封闭的肽结合槽，这个槽通常能容纳8-10个氨基酸长度的短肽。α3结构域是高度保守的，它与CD8+ T细胞上的CD8共受体结合，在T细胞活化过程中提供协同信号。
2. 作用
MHC I类分子几乎表达在所有有核细胞以及血小板表面。它们的主要功能是呈递来自细胞内源性蛋白质（如病毒蛋白或肿瘤细胞的异常蛋白）的抗原肽。当细胞受到病毒感染或发生癌变时，这些异常蛋白会被蛋白酶体降解成肽段，然后转运至内质网，与MHC I类分子结合。形成的肽-MHC I类复合物随后被转运到细胞表面，呈递给CD8+细胞毒性T淋巴细胞（CTL）。CTL识别这些复合物后，会被激活并清除受感染或病变的细胞，从而发挥细胞免疫效应。
3. 抗原呈递途径
细胞内的蛋白质被蛋白酶体降解为小肽。这些肽通过转运体相关抗原呈递蛋白（TAP）转运到内质网。在内质网中，它们与新合成的MHC I类分子结合。稳定结合了抗原肽的MHC I类分子随后通过高尔基体转运到细胞表面进行呈递。
二、MHC II类分子
1. 结构
MHC II类分子也是异二聚体，由两条大小相似的跨膜链组成：一条α链（包含α1和α2结构域）和一条β链（包含β1和β2结构域）。与MHC I类不同，这两条链都是多形性的，并由MHC基因座编码。肽结合槽由α1和β1结构域共同形成，其特点是两端开放，可以容纳更长的抗原肽，通常为12-24个氨基酸。β2结构域含有与CD4共受体结合的位点。
2. 作用
MHC II类分子主要表达在专业的抗原呈递细胞（Antigen-Presenting Cells, APCs）表面，如巨噬细胞、B淋巴细胞和树突状细胞。它们的功能是呈递来自细胞外源性蛋白质（如细菌毒素、胞外病原体）的抗原肽。APCs通过吞噬或内吞作用摄取外源抗原，并在胞内将其降解成肽段。这些肽段随后与MHC II类分子结合，形成的肽-MHC II类复合物被转运到细胞表面，呈递给CD4+辅助性T淋巴细胞（Th细胞）。Th细胞识别这些复合物后被激活，进而协调和调节其他免疫细胞（如B细胞产生抗体，或招募巨噬细胞）的功能，启动体液免疫和辅助细胞免疫应答。
3. 抗原呈递途径
外源性抗原被APCs内吞后，在酸性内吞体或溶酶体中被降解为肽段。MHC II类分子在内质网合成后，会带有一个不变链（Invariant Chain, Ii），不变链的作用是阻止MHC II类分子在内质网中过早地与内源性肽结合。含有不变链的MHC II类分子被转运到专门的MHC II类小室（MIIC或内吞体），在这里不变链被降解，抗原肽得以结合到MHC II类分子的肽结合槽中。最终，稳定的肽-MHC II类复合物被转运到细胞表面。
三、MHC分子的重要性
MHC分子在免疫系统中具有不可替代的重要性：
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抗原呈递与免疫应答的启动：MHC分子的核心作用是将病原体来源的肽片段呈递到细胞表面，供T细胞识别。这是启动适应性免疫应答、清除入侵病原体的关键第一步。没有MHC分子，T细胞就无法识别抗原，免疫系统将无法有效应对感染。
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自我识别与免疫耐受的建立：MHC分子在帮助免疫系统区分“自我”和“非我”中扮演着核心角色。T细胞在发育过程中会经历严格的选择，只有那些能够识别自身MHC分子但不强烈结合自身抗原肽的T细胞才能成熟并进入外周。这种机制防止了免疫系统攻击自身的健康组织，维持了免疫耐受。
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免疫多样性与物种生存：MHC基因具有高度的多态性，即在人群中存在大量的等位基因（基因的不同形式）。这种丰富的多态性确保了种群中能够呈递各种不同抗原肽的能力。这意味着即使面对不断变异的病原体，总会有部分个体能够有效地呈递并启动免疫应答，从而增强了整个物种对病原体挑战的适应性和生存能力。
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与自身免疫性疾病的关系：某些MHC等位基因与特定自身免疫性疾病的易感性密切相关。这是因为这些特定的MHC分子可能错误地呈递自身抗原肽，或以某种方式影响T细胞的识别，导致免疫系统攻击自身的组织和器官。
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在器官移植中的决定性作用：MHC分子最初就是因为其在移植排斥中的作用而被发现的。由于MHC的高度多态性，供体和受体之间的MHC分子差异可能导致受体的免疫系统将移植器官识别为“非我”，并对其发起强烈的免疫攻击，导致器官排斥。因此，在器官移植前进行MHC配型是降低排斥反应风险的关键步骤。
总结
MHC分子是适应性免疫系统的核心。通过精妙的结构和严谨的呈递机制，MHC I类和II类分子分别负责监测细胞内和细胞外病原体，并将抗原信息呈递给相应的T细胞，从而启动特异性免疫应答。它们不仅是清除感染和肿瘤细胞的关键，也是维持免疫耐受、区分“自我”与“非我”的基石。对MHC分子的深入理解，对于开发新的疫苗、治疗自身免疫性疾病以及提高器官移植成功率都具有深远的意义。
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MHC分子入门：结构、作用及重要性
在人体复杂的免疫防御系统中，主要组织相容性复合体（Major Histocompatibility Complex, MHC）分子扮演着至关重要的角色。它们是细胞表面的一组糖蛋白，其主要功能是将抗原肽呈递给T淋巴细胞，从而启动或调节适应性免疫应答。MHC分子因其高度的多态性而闻名，对个体识别“自我”与“非我”、抵御感染以及在器官移植中发挥着决定性作用。
一、MHC I类分子
1. 结构
MHC I类分子是一种异二聚体，由一条较长的多形性α链（包含α1、α2和α3三个结构域）和一条较小的、非多形性的β2-微球蛋白链组成。α1和α2结构域共同形成一个深而封闭的肽结合槽，这个槽通常能容纳8-10个氨基酸长度的短肽。α3结构域是高度保守的，它与CD8+ T细胞上的CD8共受体结合，在T细胞活化过程中提供协同信号。
2. 作用
MHC I类分子几乎表达在所有有核细胞以及血小板表面。它们的主要功能是呈递来自细胞内源性蛋白质（如病毒蛋白或肿瘤细胞的异常蛋白）的抗原肽。当细胞受到病毒感染或发生癌变时，这些异常蛋白会被蛋白酶体降解成肽段，然后转运至内质网，与MHC I类分子结合。形成的肽-MHC I类复合物随后被转运到细胞表面，呈递给CD8+细胞毒性T淋巴细胞（CTL）。CTL识别这些复合物后，会被激活并清除受感染或病变的细胞，从而发挥细胞免疫效应。
3. 抗原呈递途径
细胞内的蛋白质被蛋白酶体降解为小肽。这些肽通过转运体相关抗原呈递蛋白（TAP）转运到内质网。在内质网中，它们与新合成的MHC I类分子结合。稳定结合了抗原肽的MHC I类分子随后通过高尔基体转运到细胞表面进行呈递。
二、MHC II类分子
1. 结构
MHC II类分子也是异二聚体，由两条大小相似的跨膜链组成：一条α链（包含α1和α2结构域）和一条β链（包含β1和β2结构域）。与MHC I类不同，这两条链都是多形性的，并由MHC基因座编码。肽结合槽由α1和β1结构域共同形成，其特点是两端开放，可以容纳更长的抗原肽，通常为12-24个氨基酸。β2结构域含有与CD4共受体结合的位点。
2. 作用
MHC II类分子主要表达在专业的抗原呈递细胞（Antigen-Presenting Cells, APCs）表面，如巨噬细胞、B淋巴细胞和树突状细胞。它们的功能是呈递来自细胞外源性蛋白质（如细菌毒素、胞外病原体）的抗原肽。APCs通过吞噬或内吞作用摄取外源抗原，并在胞内将其降解成肽段。这些肽段随后与MHC II类分子结合，形成的肽-MHC II类复合物被转运到细胞表面，呈递给CD4+辅助性T淋巴细胞（Th细胞）。Th细胞识别这些复合物后被激活，进而协调和调节其他免疫细胞（如B细胞产生抗体，或招募巨噬细胞）的功能，启动体液免疫和辅助细胞免疫应答。
3. 抗原呈递途径
外源性抗原被APCs内吞后，在酸性内吞体或溶酶体中被降解为肽段。MHC II类分子在内质网合成后，会带有一个不变链（Invariant Chain, Ii），不变链的作用是阻止MHC II类分子在内质网中过早地与内源性肽结合。含有不变链的MHC II类分子被转运到专门的MHC II类小室（MIIC或内吞体），在这里不变链被降解，抗原肽得以结合到MHC II类分子的肽结合槽中。最终，稳定的肽-MHC II类复合物被转运到细胞表面。
三、MHC分子的重要性
MHC分子在免疫系统中具有不可替代的重要性：
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抗原呈递与免疫应答的启动：MHC分子的核心作用是将病原体来源的肽片段呈递到细胞表面，供T细胞识别。这是启动适应性免疫应答、清除入侵病原体的关键第一步。没有MHC分子，T细胞就无法识别抗原，免疫系统将无法有效应对感染。
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自我识别与免疫耐受的建立：MHC分子在帮助免疫系统区分“自我”和“非我”中扮演着核心角色。T细胞在发育过程中会经历严格的选择，只有那些能够识别自身MHC分子但不强烈结合自身抗原肽的T细胞才能成熟并进入外周。这种机制防止了免疫系统攻击自身的健康组织，维持了免疫耐受。
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免疫多样性与物种生存：MHC基因具有高度的多态性，即在人群中存在大量的等位基因（基因的不同形式）。这种丰富的多态性确保了种群中能够呈递各种不同抗原肽的能力。这意味着即使面对不断变异的病原体，总会有部分个体能够有效地呈递并启动免疫应答，从而增强了整个物种对病原体挑战的适应性和生存能力。
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与自身免疫性疾病的关系：某些MHC等位基因与特定自身免疫性疾病的易感性密切相关。这是因为这些特定的MHC分子可能错误地呈递自身抗原肽，或以某种方式影响T细胞的识别，导致免疫系统攻击自身的组织和器官。
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在器官移植中的决定性作用：MHC分子最初就是因为其在移植排斥中的作用而被发现的。由于MHC的高度多态性，供体和受体之间的MHC分子差异可能导致受体的免疫系统将移植器官识别为“非我”，并对其发起强烈的免疫攻击，导致器官排斥。因此，在器官移植前进行MHC配型是降低排斥反应风险的关键步骤。
总结
MHC分子是适应性免疫系统的核心。通过精妙的结构和严谨的呈递机制，MHC I类和II类分子分别负责监测细胞内和细胞外病原体，并将抗原信息呈递给相应的T细胞，从而启动特异性免疫应答。它们不仅是清除感染和肿瘤细胞的关键，也是维持免疫耐受、区分“自我”与“非我”的基石。对MHC分子的深入理解，对于开发新的疫苗、治疗自身免疫性疾病以及提高器官移植成功率都具有深远的意义。