第五章 免疫细胞膜分子(一)：主要组织相容性抗原
本世纪初即已发现，在不同种属或同种不同系的动物个体间进行正常组织或肿瘤移植会出现排斥，它是供者与受者组织不相容的反映。其后证明，排斥反应本质上是一种免疫反应，它是由组织表面的同种异型抗原诱导的。这种代表个体特异性的同种抗原称为组织相容性抗原(histocompatibility antigen)或移植抗原(transplantation antigen)。机体内与排斥反应有关的抗原系统多达20种以上，其中能引起强而迅速排斥反应者称为主要组织相容性抗原，其编码基因是一组紧密连锁的基因群，称为主要组织相容性复合体(major histocompatibility complex,MHC)。现已证明，控制机体免疫应答能力与调节功能的基因(immune uesponse gene,Ir gene )也存在于MHC内。因此，MHC不仅与移植排斥反应有关，也广泛参与免疫应答的诱导与调节。不同种属的哺乳类动物其MHC及编码的抗原系统有不同的命名，小鼠的主要组织相容性抗原系统称为H-2系统，人的则称为人白细胞抗原系统(human leucocyte antigen,HLA)。但它们的组成结构、分布和功能等却很相似。小鼠由于具有繁殖快、易于饲养等特点成为进行MHC研究的最重要动物。迄今对人类MHC的认识在很大程度上也来自对小鼠MHC即H-2复合体的研究。
第一节 MHC基因结构
一、小鼠H-2基因复合体
(一)H-2复合体的结构
本世纪30年代，Gorer在鉴定近交系小鼠血型抗原时曾发现4组红细胞抗原，命名为抗原Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ。其中抗原Ⅱ只存在于某些品系而不存在于另一些品系小鼠中。其后，Snell等用近交系小鼠中生长的肿瘤分别移植于其杂交子代，肿瘤只能在抗原Ⅱ阳性小鼠体内生长，在抗原Ⅱ阴性小鼠体内则被排斥，证明了抗原Ⅱ是一种组织相容性抗原，故称小鼠的组织相容性抗原为H-2(histocompatibility antigen-2,H-2)。以后，相继证明编码H-2抗原的基因定位于小鼠第17对染色体上，并证明是由多基因座组成，故称此基因群为主要组织相容性基因复合体。
这是一组紧密连锁的基因群，位于第17对染色体上的一个狭窄的区段内，它是由4个遗传区域(uegion)组成，即K区、I区、S区和D区。其中I区又可分为二个亚区(subrugion)即I-A和I-B亚区。在每区或亚区内至少包括一个基因座，如K区基因称为H-2K座。D区至少含有二个座，即H-2D座和H-2L座。I-A亚区含有Aα和Bβ二个座，I-E亚区含E-α和E-β二个座，S区含有6个座。
K和D区基因可编码H-2抗原系，I区基因编码的分子称为I区相关抗原或Ia抗原系(I-region associated antigen,Ia)。S区基因可分别编码补体成分(C4和B因子等)、性限制蛋白(sex-Iimited protem,SIP)以及TNF等因子(图5-1)
> 图5-1小鼠H-2复合体结构示意图
(二)H-2复合体的功能
Kiein于1981年按其功能将MHC基因座分为4类，即Ⅰ类座包括K、D和L座，其编码的分子称为Ⅰ类分子，即K、D和L分子。Ⅱ类座其编码的分子称为Ⅱ类分子即Ia抗原。Ⅲ类座其编码的分子称为Ⅲ类分子(包括血清因子、补体分子及TNF等)。Ⅳ类座位于D座右侧，是否属于H-2复合体尚未确定，但与H-2连锁，它包括Tla座和Qa座，其编码的分子称为Ⅳ类分子(Tla分子和Qa分子)。
1.Ⅰ类基因(H-2K，H-2D基因) Snell于50年代偶然发现H-2基因座不是由一个基因组成，他观察到二个品系小鼠(k/k和d/d)杂交的子代(F1：k/d)鼠能接受第三个品系小鼠，(a/a)的肿瘤移植，他对这种意外结果解释为H-2基因座含有二个基因(K/D),a/a品系小鼠具有来自k/k小鼠的一个基因(K)和来自d/d小鼠的另一个基因(D)。这种组合衍生自二个染色体上的相应位置分别 称为K座(K locus)和D座(D Locus),二个座分别编码不同的H-2抗原(K分子和T分子)即Ⅰ类分子。
在不同的品系中，K和D分子可能具有不同的抗原特异性称之为特有抗原(prviate antigen)。在K和D分子之间也存在一引些共同的抗原特异性称之为共有抗原(public antigen)。不同的抗原特异性可用编码抗原基因座名称和按检出顺序标明之，如K33、D2等。
在一条染色体上K和D座存在的基因总合称为H-2的单体型(haplotype),不同的单体型可用小写字母表示之。如C57BL品系小鼠的H-2单体型为H-2b,它的二个基因座编码的抗原特异性为K33和D2。
2.Ⅱ类基因(免疫应答基因) 近年来对免疫应答的遗传控制进行了系统研究，证明运动对许多抗原的免疫应答是受常染色体显性基因控制，称此基因为免疫应答基因( immune response gene,Ir基因)。McDevitt等研究了小鼠对人工合成多肽体抗原的免疫应答，首先证明了Ir基因与H-2复合体呈连锁关系，定位于H-2K和H-2D座之间，因与免疫应答相关，故称此区段为I区。
通过不同品系小鼠之间交配获得一种具有相同K和D基因的特殊重组体。有这种重组体小鼠进行相互免疫，惊奇地发现在K和D基因之间的染色体区段也控制细胞膜表面的同种异型抗原，将这种新发现的同种异型抗原称为I区相关抗原，即Ia抗原。这种抗原与K和D分子不同，它主要存在于B细胞、巨噬细胞、树突状细胞以及活化的T细胞上，而在其它组织上均未能发现Ia抗原的存在。其后证明Ia分子与多肽抗原呈递相关。
3.Ⅲ类类基(系指H-2S区的基因) 此区含有6个座，包括C4、C2、Bf、Slp、TNF等基因。分别编码C4分子、C2分子、补体B因子，性限制蛋白及肿瘤坏死因子(TNF)等。
二、人类HLA基因复合体
对人主要组织相容性抗原系统及其基因复合体的认识比小鼠约晚10年，法国学者Dausset在1958年首先发现，肾移植后出现排斥反应的患者以及多次输血的患者血清中含有能与供者白细胞发生反应的抗体。后者所针对的抗原即人类主要组织相溶性抗原。由于该抗原首先在白细胞表面被发现且含量最高，而且白细胞抗原(human leucocyte antigen,HAL)；人类MHC，即编码HLA的基因群自然数为HAL复合体。
(一)HLA复合体定位及结构
HLA复合体位于人第6号染色体的短臂上。该区DNA片段长度约3.5～4.0×千个碱基对，占人体整个基因组的1/3000。图5-2显示HLA复合体结构。HLA复合体共有数十个座，传统上按其产物的结构、表达方式、组织分布与功能可将这些基因座分为三类。
图5-2 人类HLA复合体结构示意图
1.HLA-Ⅰ类基因 在Ⅰ基因区内存在多达31个有关的Ⅰ类基因座,其中HLA-A、HLA-B和HLA-C为经典的HLA-Ⅰ类基因,其它基因的产物分布有限,且其功能不明,另外还有许多伪基因.
2.HLA-Ⅱ类基因 HLA-Ⅱ类基因区包括近30个基因座,其中经典的Ⅱ类基因一般指DR、DP和DQ，它们编码的产物均为双肽链(α、β)分子。近年来，陆续发现了一些位于Ⅱ类基因区的新基因座，其中某些基因的产物与内源性抗原的处理与呈递有关。
3.HLA-Ⅲ类基因 HLA-Ⅲ类基因区域至少已发现36个基因座，其中C2、C4、Bf座编码相应的补体成分，另外还有21羧化酶基因(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。补体C4由二个不同的基因(C4A与C4B)编码。HLA-Ⅲ类基因区结构见图5-3。
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>图5-3 HLA-Ⅲ基因区结构示意图
(二)HLA等位基因及编码产物的命名
按WHO-HLA命名委员会发布的资料，仅经典的HLA-Ⅰ、Ⅱ类座(A、B、C、DR、DQ、DP)等位基因即达279个。表5-1列出了至1991年11月已识别的HLA特异性。根据该委员会制定的命名原则，凡确定新的HLA抗原特异性都要明确其DNA序列。此外，下列几种情况在HLA特异性编号后加W(work shop)标记。
表5-1 已识别的HLA特异性(1991)
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受检者 |
甲 A1 A2 B8 B12 |
乙 A1 A1 B8 B12 |
丙 A1 A1 B8 B8 |
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表型 |
HLA-A1、2：B8、12 |
HLA-A1：B8、12 |
HLA-A1、B8 |
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基因型 |
HLA-A1、A2 HLA-B8、B12 |
HLA-A1、A1 HLA-B8、B12 |
HLA-A1、A1 HLA-B8、B8 |
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单体型 |
HLA-A1、B8/A2、B12 |
HLA-A1、B8/A1、B12 |
HLA-A1、B8/A1、B8 |
二倍体(diploid)生物的每一细胞均有两个同源染色体组，分别来自父母双方。故子女的HLA单体型也是一个来自父方，一个来自母方。在同胞之间比较HLA单体型型别只会出现下列三种可能性：二个单体型完全相同或完全不同的机率各占25%；有一个单体型相同的机率占50%。至于亲代与子代之间则必然有一个单体型相同，也只能有一个单体型相同(图5-40。这一遗传特点在器官移植供者的选择以及法医的亲子鉴定中得到了应用。
> 图5-4 HLA 单体型遗传示意图
> 注：a、b、c、d代表单体型
> A1、B8、A2、B35等代表HLA基因座等位基因
2.多态性现象 多态性(polymorphism)是指在一随机婚配的群体中，染色体同一基因座有两种以上基因型，即可能编码二种以上的产物。HLA复合体是迄今已知人体最复杂的基因复合体，有高度的多态性。HLA的多态性现象乃由于下列原因所致：①复等位基因(multiple alleles)：位于一对同源染色体上对应位置的一对基因称为等位基因(allele)；由于群体中的突变，同一座的基因系列称为复等位基因。前已述及，HLA复合体的每一座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。由于各个座位基因是随机组合的，故人群中的基因型可达108之多。②共显性(codominance)；一对等位基因同为显性称为共显性。HLA复合体中每一个等位基因均为共显性，从而大大增加了人群中HLA表型的多样性，达到107数量级。因此，除了同卵双生外，无关个体间HLA型别全相同的可能性极小。
HLA的高度多态性显示了遗传背景的多样性，这可能是高等动物抵御不利环境因素的一种适应性表现，从而维持种属的生存与延续具有重要的生物意义，但也对组织移植过程中寻找配型合的供体带来很大的困难。
3.连锁不平衡 HLA复合体各等位基因均有其各自的基因频率。基因频率是指某一特定等位基因与该基因座中全部等位基因总和的比例。随机婚配的群体中，在无新的突变和自然选择的情况下，基因频率可以代代维持不变，由于HLA复合体和各基因座是紧密连锁的，若各座的等位基因随机组合构成单体型，则某一单体型型别的出现频率应等于该单体型各基因比其它基因能更多或更少地连锁在起，从而出现连锁不平衡(linkage disepuilibrium)。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的预期频率为0.17×0.11=0.019。但实际所测行的A1-B8单体型频率是0.088故A1-B8处于连锁不平衡，实测频率与预期频率间的差值(△0.088-0.19=0.069)为连锁不平衡参数。在HLA复合体中已发现有50对以上等位基因显示连锁不平衡。产生连锁不平衡的机制尚不清楚。
00-09-04 16:32:2020 Mar 2001 21:14:07 +0800 刘小琴 校对
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