主要組織相容性復合體(一)
主要組織相容性復合體 (major histocompatibility complex, MHC):簡稱MHC,是脊椎動物中的一組緊密連鎖的基因構成的復合座位,包括為一些細胞表面抗原編碼的以及為血清補體成分編碼的基因,它們控制著機體的免疫應答和疾病易感性。MHC有高度遺傳多態性,與器官移植和疾病遺傳有密切關系,還可作為良好的遺傳標志用于群體演化的研究。
簡史 :1936年P.A.戈勒試圖鑒定小鼠近交系的血型。他用不同近交系小鼠的紅細胞免疫家兔,這樣得到的兔抗小鼠紅細胞血清可檢出小鼠四種紅細胞抗原,其中抗原Ⅱ與腫瘤移植物的成活有密切關系。他把有抗原Ⅱ和沒有抗原Ⅱ的小鼠的雜交子代與沒有抗原Ⅱ的親代品系回交,回交子代中抗原Ⅱ發生分離。沒有抗原Ⅱ的回交子代排斥腫瘤移植物。這表明抗原Ⅱ是一種組織相容性抗原。抗原Ⅱ和它的基因被稱為組織相容性-2,簡稱H-2。后來的研究證明H-2不是一個座位,而是包含著一系列座位的復合體,被稱為H-2復合體。在迄今所研究過的多種脊椎動物中都存在著與小鼠H-2復合體相當的復合座位。人的MHC稱為HLA,獼猴的MHC稱為RhLA等。脊椎動物的MHC有基本相似的遺傳結構(見圖)。
MHC的遺傳結構: 以對小鼠H-2復合體的了解最為深入。H-2復合體在小鼠17號染色體上,長度在0.3-1.5分摩(cM, centiMorgan,相當于1%重組率)之間。H-2復合體包括K、I、S、G、D/L、T6個區,Ⅰ區又再分為A、B、J、E、C5個亞區。每個區或亞區至少已檢出一個座位。目前共檢出H-2復合體18個座位,某些座位可能相同,可以肯定的是10個座位。
HLA復合體在人的第6號染色體上,已檢出A、B、C、D/DR四或五個座位,全長約1.5分摩。
MHC的基因按產物的功能至少可劃為三大類。
第Ⅰ類基因: 為細胞表面第一類抗原糖蛋白肽鏈編碼的基因,分屬于兩個或三個座位,每個座位都有很多共顯性的等位基因。小鼠的第Ⅰ類基因座位是H-2K、H-2D和H-2L,已發現H-2K座位的56個等位基因,H-2D座位的45個等位基因,H-2L也有很多等位基因。人的第Ⅰ類基因座位是HLA-A、HLA-B和HLA-C。截至1980年第八屆國際組織相容性試驗會議已發現HLA-A座位17個等位基因,HLA-B座位34個等位基因,HLA-C座位8個等位基因。第一類抗原分子由重鏈和輕鏈構成,第Ⅰ類基因是重鏈的結構基因。已知人第Ⅰ類抗原的輕鏈由第15號染色體上的基因編碼。
第Ⅱ類基因: 為細胞表面第Ⅱ類抗原糖蛋白肽鏈編碼的基因。在小鼠H-2復合體中第Ⅱ類基因在H2-K座位和H2-D座位之間的Ⅰ區。小鼠的Ⅰ區有一系列控制免疫調節的基因。第Ⅱ類基因稱為Ⅰ區相關基因或免疫相關基因,簡稱Ia基因,它的產物是Ia抗原。人的第Ⅱ類基因不在HLA-A座位和HLA-B座位之間,而在HLA-B座位著絲粒一側的D/DR區。人的Ia樣抗原也由特異性抗血清檢出,稱為DR抗原,受HLA-DR座位控制。
第Ⅱ類基因也是共顯性復等位基因,產物是第Ⅱ類抗原。第Ⅱ類抗原分子也α由和β兩條帶有多糖側鏈的多肽鏈構成,已知小鼠有兩種形式的Ia抗原分子:A分子和E分子。A分子的α鏈(Aα)和β鏈(Aβ)都由Ⅰ-A亞區編碼。E分子的α鏈由Ⅰ-E亞區編碼,它的β鏈((Eβ)也由Ⅰ-A區編碼。在小鼠Ⅰ區和人的D/DR區還有免疫應答基因,簡稱Ir基因,也屬于第Ⅱ類基因。有證據表明Ir基因就是Ia基因。
第Ⅲ類基因: 編碼一些血清蛋白質的基因。在小鼠H-2復合體中這些基因在S區。曾用抗血清檢出Ss(血清蛋白質)座位和Slp(sex limited protein,性限蛋白質)座位。現在知道它們就是血清補體系統中C4成分的結構基因。
人類與小鼠S區相當的結構在HLA-D和HLA-B之間,其中有補體系統成分C2、C4、Bf(因子B)的座位,但圖序未定。
MHC產物的免疫生物學功能: 脊椎動物MHC最顯著的特點之一是它的遺傳多態性。兩個或兩個以上連鎖基因的組合稱為單倍型。MHC有大量的不同的單倍型,再由兩個單倍型組合構成一個人的基因型,因此估計地球上決不會有MHC相同的人,每個人都是獨特的。1980年法國免疫學家J.多塞認為MHC是機體的身份證,它們最基本的生物學功能是自我識別,即指導T細胞識別“自身”與“非己”,參與調節機體免疫應答。
第Ⅰ類抗原分布于所有有核細胞表面,第二類抗原分布于B細胞、巨噬細胞及活化T細胞的表面。小鼠被病毒感染后形成特異性細胞毒性T細胞,這些細胞毒性T細胞可以在體外殺傷受同樣病毒感染的靶細胞,但是只有在受同樣病毒感染的靶細胞帶有與細胞毒性T細胞同樣的第一類抗原時,才能發生殺傷作用。這一事實說明細胞毒性T細胞能識別第Ⅰ類抗原,它的殺傷作用受第Ⅰ類抗原約束。第Ⅱ類抗原也有類似的約束作用。抗原激活協助性T細胞需要有巨噬細胞等抗原提呈細胞(antigen presenting cell, APC)來提呈抗原。協助性T細胞再次接觸同一抗原時,必須再次提呈抗原的巨噬細胞表面的第Ⅱ類抗原與初次提呈抗原時巨噬細胞表面的第Ⅱ類抗原相同,才能發生特異性增殖反應。這說明協助性T細胞能識別第Ⅱ類抗原,它的再次反應受第Ⅱ類抗原約束。T細胞在識別外來抗原時必須同時識別MHC產物,從而受到約束。這種識別和約束是MHC產物調節免疫應答的基本過程。
應用
移植配型: MHC是在分析移植物排異的遺傳基礎時被發現的。第Ⅰ類抗原和第Ⅱ類抗原都是很強的組織相容性抗原或稱移植抗原。小鼠皮膚移植的供者和受者的H-2復合體完全不相容時,皮片在9~14天內被排斥;在供者和受者的H-2K座位或H-2D座位或H-2Ⅰ-A亞區不相容時,皮膚通常在14~21天內被排斥。
每個人有一對6號染色體。設父親的一對HLA單倍型為a、b,母親的一對HLA單倍型c、d。子女中HLA基因型可有ac、ad、bc、bd四種組合。親子之間必有一條HLA相同。同胞之間二條HLA單倍型相同的機會是25%,一條HLA單倍型相同的機會是50%,二條HLA單倍型都不相同的機會也是25%。親屬間移植皮片和移植腎的存活期都隨受者對供者的HLA相容程度提高而提高。HLA相同同胞間移植腎的四年存活率可達90%以上。HLA配型同樣可以提高移植尸體腎的存活率,在HLA-A、-B、-DR座位沒有或只有一個抗原不相容者,二年存活率可達80%。
疾病相關: HLA復合體的高度多態性使它成為人體6號染色體極好的遺傳標志,可用于研究某些疾病的遺傳基礎。先天性腎上腺增生是由于21-羥化酶缺乏所致。對6個有一例以上先天性腎上腺增生患者的家系作HLA分型,發現五個家系患者同胞的HLA相同,提示21-羥化酶座位與HLA座位連鎖。已知多種疾病與特殊的HLA抗原關聯,如強直性脊椎炎與B27關聯;慢性活動性肝炎、重癥肌無力、突眼性甲狀腺腫等與HLA-B8和HLA-DR3關聯等。
親子鑒定: HLA作為遺傳標志可用于親子鑒定。利用羊水細胞,還可對親子鑒定作產前診斷。
人類學研究: 人類不同人群的MHC各座位的基因有不同的基因頻率。某些抗原在全人類都常見,如A2。某些抗原則在某一人種中完全不存在,如Bw54不存在于白種人和非洲黑種人中,Bw38不存在于非洲黑種人中,Bw46和Bw54常見于東方人。
某些HLA單倍型頻率可顯著高于或低于它的隨機理論期望值,這是因為有關的連鎖基因處于連鎖不平衡狀態。觀察值和期望值之差稱為連鎖不平衡參數或△值。分析不同人群△值的分布格局,可以揭示人群的遷移方向。例如單倍型A1、B8的△值說明人群由東向西遷移,與印歐遷移相應。從北歐向南歐,單倍型A3、B7的△值增高。
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