第五章　免疫細胞膜分子（一）：主要組織相容性抗原

　　本世紀初即已發現，在不同種屬或同種不同系的動物個體間進行正常組織或腫瘤移植會出現排斥，它是供者與受者組織不相容的反映。其後證明，排斥反應本質上是一種免疫反應，它是由組織表面的同種異型抗原誘導的。這種代表個體特異性的同種抗原稱為組織相容性抗原（histocompatibility antigen）或移植抗原（transplantation antigen）。機體內與排斥反應有關的抗原系統多達20種以上，其中能引起強而迅速排斥反應者稱為主要組織相容性抗原，其編碼基因是一組緊密連鎖的基因群，稱為主要組織相容性復合體（major histocompatibility complex,MHC）。現已證明，控制機體免疫應答能力與調節功能的基因（immune uesponse gene,Ir gene ）也存在于MHC內。因此，MHC不僅與移植排斥反應有關，也廣泛參與免疫應答的誘導與調節。不同種屬的哺乳類動物其MHC及編碼的抗原系統有不同的命名，小鼠的主要組織相容性抗原系統稱為H-2系統，人的則稱為人白細胞抗原系統（human leucocyte antigen,HLA）。但它們的組成結構、分布和功能等卻很相似。小鼠由于具有繁殖快、易于飼養等特點成為進行MHC研究的最重要動物。迄今對人類MHC的認識在很大程度上也來自對小鼠MHC即H-2復合體的研究。

第一節　MHC基因結構

　　一、小鼠H-2基因復合體

　　（一）H-2復合體的結構

　　本世紀30年代，Gorer在鑑定近交系小鼠血型抗原時曾發現4組紅細胞抗原，命名為抗原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。其後，Snell等用近交系小鼠中生長的腫瘤分別移植于其雜交子代，腫瘤只能在抗原Ⅱ陽性小鼠體內生長，在抗原Ⅱ陰性小鼠體內則被排斥，證明了抗原Ⅱ是一種組織相容性抗原，故稱小鼠的組織相容性抗原為H-2(histocompatibility antigen-2,H-2)。以後，相繼證明編碼H-2抗原的基因定位于小鼠第17對染色體上，並證明是由多基因座組成，故稱此基因群為主要組織相容性基因復合體。

　　這是一組緊密連鎖的基因群，位于第17對染色體上的一個狹窄的區段內，它是由4個遺傳區域（uegion）組成，即K區、I區、S區和D區。其中I區又可分為二個亞區（subrugion）即I-A和I-B亞區。在每區或亞區內至少包括一個基因座，如K區基因稱為H-2K座。D區至少含有二個座，即H-2D座和H-2L座。I-A亞區含有Aα和Bβ二個座，I-E亞區含E-α和E-β二個座，S區含有6個座。

　　K和D區基因可編碼H-2抗原系，I區基因編碼的分子稱為I區相關抗原或Ia抗原系（I-region associated antigen,Ia）。S區基因可分別編碼補體成分（C4和B因子等）、性限制蛋白(sex-Iimited protem,SIP)以及TNF等因子（圖5-1）

圖5-1小鼠H-2復合體結構示意圖

　　（二）H-2復合體的功能

　　Kiein于1981年按其功能將MHC基因座分為4類，即Ⅰ類座包括K、D和L座，其編碼的分子稱為Ⅰ類分子，即K、D和L分子。Ⅱ類座其編碼的分子稱為Ⅱ類分子即Ia抗原。Ⅲ類座其編碼的分子稱為Ⅲ類分子（包括血清因子、補體分子及TNF等）。Ⅳ類座位于D座右側，是否屬于H-2復合體尚未確定，但與H-2連鎖，它包括Tla座和Qa座，其編碼的分子稱為Ⅳ類分子（Tla分子和Qa分子）。

　　1．Ⅰ類基因（H-2K，H-2D基因） Snell于50年代偶然發現H-2基因座不是由一個基因組成，他觀察到二個品系小鼠(k/k和d/d)雜交的子代（F1：k/d）鼠能接受第三個品系小鼠，(a/a)的腫瘤移植，他對這種意外結果解釋為H-2基因座含有二個基因（K/D）,a/a品系小鼠具有來自k/k小鼠的一個基因（K）和來自d/d小鼠的另一個基因（D）。這種組合衍生自二個染色體上的相應位置分別稱為K座（K locus）和D座(D Locus),二個座分別編碼不同的H-2抗原（K分子和T分子）即Ⅰ類分子。

　　在不同的品系中，K和D分子可能具有不同的抗原特異性稱之為特有抗原（prviate antigen）。在K和D分子之間也存在一引些共同的抗原特異性稱之為共有抗原(public antigen)。不同的抗原特異性可用編碼抗原基因座名稱和按檢出順序標明之，如K33、D2等。

　　在一條染色體上K和D座存在的基因總合稱為H-2的單體型（haplotype）,不同的單體型可用小寫字母表示之。如C57BL品系小鼠的H-2單體型為H-2b,它的二個基因座編碼的抗原特異性為K33和D2。

　　2．Ⅱ類基因（免疫應答基因）近年來對免疫應答的遺傳控制進行了系統研究，證明運動對許多抗原的免疫應答是受常染色體顯性基因控制，稱此基因為免疫應答基因（immune response gene,Ir基因）。McDevitt等研究了小鼠對人工合成多肽體抗原的免疫應答，首先證明了Ir基因與H-2復合體呈連鎖關系，定位于H-2K和H-2D座之間，因與免疫應答相關，故稱此區段為I區。

　　通過不同品系小鼠之間交配獲得一種具有相同K和D基因的特殊重組體。有這種重組體小鼠進行相互免疫，驚奇地發現在K和D基因之間的染色體區段也控制細胞膜表面的同種異型抗原，將這種新發現的同種異型抗原稱為I區相關抗原，即Ia抗原。這種抗原與K和D分子不同，它主要存在于B細胞、巨噬細胞、樹突狀細胞以及活化的T細胞上，而在其它組織上均未能發現Ia抗原的存在。其後證明Ia分子與多肽抗原呈遞相關。

　　3．Ⅲ類類基（系指H-2S區的基因）此區含有6個座，包括C4、C2、Bf、Slp、TNF等基因。分別編碼C4分子、C2分子、補體B因子，性限制蛋白及腫瘤壞死因子（TNF）等。

　　二、人類HLA基因復合體

　　對人主要組織相容性抗原系統及其基因復合體的認識比小鼠約晚10年，法國學者Dausset在1958年首先發現，腎移植後出現排斥反應的患者以及多次輸血的患者血清中含有能與供者白細胞發生反應的抗體。後者所針對的抗原即人類主要組織相溶性抗原。由于該抗原首先在白細胞表面被發現且含量最高，而且白細胞抗原(human leucocyte antigen,HAL)；人類MHC，即編碼HLA的基因群自然數為HAL復合體。

　　（一）HLA復合體定位及結構

　　HLA復合體位于人第6號染色體的短臂上。該區DNA片段長度約3.5～4.0×千個堿基對，佔人體整個基因組的1/3000。圖5-2顯示HLA復合體結構。HLA復合體共有數十個座，傳統上按其產物的結構、表達方式、組織分布與功能可將這些基因座分為三類。

圖5-2 人類HLA復合體結構示意圖

　　1．HLA-Ⅰ類基因 在Ⅰ基因區內存在多達31個有關的Ⅰ類基因座,其中HLA-A、HLA-B和HLA-C為經典的HLA-Ⅰ類基因,其它基因的產物分布有限,且其功能不明,另外還有許多偽基因.

　　2.HLA-Ⅱ類基因 HLA-Ⅱ類基因區包括近30個基因座,其中經典的Ⅱ類基因一般指DR、DP和DQ，它們編碼的產物均為雙肽鏈（α、β）分子。近年來，陸續發現了一些位于Ⅱ類基因區的新基因座，其中某些基因的產物與內源性抗原的處理與呈遞有關。

　　3．HLA-Ⅲ類基因 HLA-Ⅲ類基因區域至少已發現36個基因座，其中C2、C4、Bf座編碼相應的補體成分，另外還有21羧化酶基因（CYP21A、B）腫瘤壞死因子基因（TNFA、B）以及熱休克蛋白70（heat shock protein70,HSP70）基因。補體C4由二個不同的基因（C4A與C4B）編碼。HLA-Ⅲ類基因區結構見圖5-3。

圖5-3 HLA-Ⅲ基因區結構示意圖

　　（二）HLA等位基因及編碼產物的命名

　　按WHO-HLA命名委員會發布的資料，僅經典的HLA-Ⅰ、Ⅱ類座（A、B、C、DR、DQ、DP）等位基因即達279個。表5-1列出了至1991年11月已識別的HLA特異性。根據該委員會制定的命名原則，凡確定新的HLA抗原特異性都要明確其DNA序列。此外，下列幾種情況在HLA特異性編號後加W（work　shop）標記。

表5-1 已識別的HLA特異性（1991）

　　①Bw4和Bw6作為表位以其它B座等位基因個區別；②C座的特異性加w,以與補體相區分；③由經典細胞學分型方法鑑定D和DP特異性加W。

　　（三）HLA復合機遺傳特征

　　HLA復合體具備某些有別于其它真核基因系統的特征。

　　1．單體型遺傳方式 HLA復合體是一組緊密連鎖的基因群。這些連鎖在一條染色體上的等位基因很少發生同源染色體間的交換，構成一個單體型（haplotype）。在遺傳過程中，HLA單體型作為一個完整的遺傳單位由親代傳給子代。有必要區分HLA表型、基因型與單體型這三個概念。某一個體HLA抗原特異性型別稱為表型（phenotype）；HLA基因在體細胞兩條染色體上的組合稱為基因型（genotype）；HLA基因在同一條染色體上的組合稱為單體型（haplotype）（表5-2）。

　　二倍體（diploid）生物的每一細胞均有兩個同源染色體組，分別來自父母雙方。故子女的HLA單體型也是一個來自父方，一個來自母方。在同胞之間比較HLA單體型型別只會出現下列三種可能性：二個單體型完全相同或完全不同的機率各佔25%；有一個單體型相同的機率佔50%。至于親代與子代之間則必然有一個單體型相同，也只能有一個單體型相同（圖5-40。這一遺傳特點在器官移植供者的選擇以及法醫的親子鑑定中得到了應用。

圖5－4　HLA 單體型遺傳示意圖

注：a、b、c、d代表單體型

A1、B8、A2、B35等代表HLA基因座等位基因

　　2．多態性現象 多態性（polymorphism）是指在一隨機婚配的群體中，染色體同一基因座有兩種以上基因型，即可能編碼二種以上的產物。HLA復合體是迄今已知人體最復雜的基因復合體，有高度的多態性。HLA的多態性現象乃由于下列原因所致：①復等位基因（multiple alleles）：位于一對同源染色體上對應位置的一對基因稱為等位基因（allele）；由于群體中的突變，同一座的基因系列稱為復等位基因。前已述及，HLA復合體的每一座均存在為數眾多的復等位基因，這是HLA高度多態性的最主要原因。由于各個座位基因是隨機組合的，故人群中的基因型可達108之多。②共顯性(codominance)；一對等位基因同為顯性稱為共顯性。HLA復合體中每一個等位基因均為共顯性，從而大大增加了人群中HLA表型的多樣性，達到107數量級。因此，除了同卵雙生外，無關個體間HLA型別全相同的可能性極小。

　　HLA的高度多態性顯示了遺傳背景的多樣性，這可能是高等動物抵禦不利環境因素的一種適應性表現，從而維持種屬的生存與延續具有重要的生物意義，但也對組織移植過程中尋找配型合的供體帶來很大的困難。

　　3．連鎖不平衡 HLA復合體各等位基因均有其各自的基因頻率。基因頻率是指某一特定等位基因與該基因座中全部等位基因總和的比例。隨機婚配的群體中，在無新的突變和自然選擇的情況下，基因頻率可以代代維持不變，由于HLA復合體和各基因座是緊密連鎖的，若各座的等位基因隨機組合構成單體型，則某一單體型型別的出現頻率應等于該單體型各基因比其它基因能更多或更少地連鎖在起，從而出現連鎖不平衡（linkage disepuilibrium）。例如，在北歐白人中HLA-A1和HLA-B8頻率分別為0.17和0.11。若隨機組合，則單體型A1-B8的預期頻率為0.17×0.11=0.019。但實際所測行的A1-B8單體型頻率是0.088故A1-B8處于連鎖不平衡，實測頻率與預期頻率間的差值（△0.088-0.19=0.069）為連鎖不平衡參數。在HLA復合體中已發現有50對以上等位基因顯示連鎖不平衡。產生連鎖不平衡的機制尚不清楚。