第五章　主要組織相容性復(fù)合體

學(xué)習(xí)目標

1．掌握MHC、HLA的概念、經(jīng)典的HLA－Ⅰ類分子和Ⅱ類分子的編碼基因、分子結(jié)構(gòu)、組織分布和生物學(xué)功能。

2．熟悉HLA復(fù)合體的遺傳特點。

3．了解免疫功能相關(guān)基因及HLA的醫(yī)學(xué)意義。

很早以前，人類就有了移植的設(shè)想。遠古埃及的獅身人面像，就是最原始的移植雛形。直到1900年，紅細胞表面血型抗原的發(fā)現(xiàn)，使異體間輸血變得安全可行，人類才向移植邁出了第一步。接著，人們又開始探索如何跨越異體之間器官移植的障礙。在二次世界大戰(zhàn)后，George Snell開始用congenic小鼠研究移植排斥現(xiàn)象，研究發(fā)現(xiàn):移植物的排斥由多基因決定，這些基因分布于不同染色體上，分別稱為H－1、H－2、H－3、……，其中位于小鼠第17號染色體的H－2基因，其產(chǎn)物在移植排斥反應(yīng)中起主要作用，是移植物不相容的主要決定者，其在結(jié)構(gòu)上是多基因復(fù)合體，因此，將小鼠的H－2稱為主要組織相容性復(fù)合體(major histocompatibility complex，MHC)，由它們編碼產(chǎn)生的抗原稱為主要組織相容性抗原(major histocompatibility antigen，MHA)。隨后發(fā)現(xiàn)，各種動物特別是哺乳動物都有MHC，因此，將存在于脊椎動物某一號染色體上，編碼主要組織相容性抗原的一組緊密連鎖的基因群稱為主要組織相容性復(fù)合體。其產(chǎn)物為MHC分子，又稱為白細胞抗原(leucocyte antigen，LA)

人類的MHC稱為HLA(human leukocyte antigen)基因或HLA基因復(fù)合體，它是位于第6號染色體短臂的一群緊密連鎖的基因群;相應(yīng)的，HLA基因復(fù)合體編碼的重要產(chǎn)物中就有在移植排斥反應(yīng)中發(fā)揮主要作用的人類MHC分子，即人類白細胞抗原(human leukocyte antigen，HLA)。

MHC的發(fā)現(xiàn)，雖為異體之間的器官移植排斥反應(yīng)提供了理論依據(jù)，但是，在自然界并不存在異體間組織或器官的交換和移植，即MHC的生物學(xué)功能并非主宰移植排斥反應(yīng)，用“組織相容性”一詞來為這一基因系統(tǒng)定名顯然是不確切的，僅僅是由于習(xí)慣和尊重歷史而沿用至今。那么，MHC本來的意義究竟何在?隨著研究的深入，人們發(fā)現(xiàn)MHC的主要功能，是以其產(chǎn)物提呈抗原肽進而激活淋巴細胞，不僅參與特異性免疫應(yīng)答的啟動，控制免疫細胞間的相互作用，還與某些疾病的易感性密切相關(guān)。

第一節(jié)　人類MHC分子的結(jié)構(gòu)、分布和主要生理功能

人類的MHC分子根據(jù)結(jié)構(gòu)和功能分為兩類，即人類MHC－I類分子(HLA－I類分子)和人類MHC－Ⅱ類分子(HLA－Ⅱ類分子)(圖5－1)。

圖5－1　MHC－Ⅰ類分子和Ⅱ類分子及其編碼基因的結(jié)構(gòu)

一、HLA－Ⅰ類分子

1．結(jié)構(gòu)和分區(qū)　HLA－Ⅰ類分子由兩條肽鏈組成，一條鏈為重鏈(或α鏈)，由HLA－I類基因編碼，另一條鏈為輕鏈，即β2微球蛋白(β2m)，由15號染色體編碼，二者以非共價鍵結(jié)合。HLA－I類分子功能區(qū)如下。①多肽結(jié)合區(qū):α1與α2結(jié)構(gòu)域形成槽樣結(jié)構(gòu)，是與內(nèi)源性抗原肽結(jié)合的部位。②Ig樣區(qū):近膜的α3結(jié)構(gòu)域與β2m互相結(jié)合并折疊，α3結(jié)構(gòu)域氨基酸序列高度保守，與免疫球蛋白恒定區(qū)具有同源性。此區(qū)域是T細胞CD8分子識別部位，β2m具有維持HLA－Ⅰ類分子穩(wěn)定的作用。③跨膜區(qū):僅α鏈有跨膜區(qū)，含疏水性氨基酸，它們形成螺旋狀結(jié)構(gòu)穿過細胞膜的脂質(zhì)雙層，并由此將I類分子錨定在膜上。④胞漿區(qū):與細胞內(nèi)外信息傳遞有關(guān)。

2．分布　HLA－1類分子廣泛分布于所有有核細胞、血小板和網(wǎng)織紅細胞表面。成熟紅細胞、神經(jīng)細胞和成熟的滋養(yǎng)層細胞不表達HLA－I類分子;不同的組織細胞表達的HLA－I類分子密度各異，外周血白細胞和淋巴結(jié)、脾臟淋巴細胞表達HLA－I類分子水平最高，其次為肝、腎、皮膚、主動脈和肌肉細胞。

3．HLA－Ⅰ類分子的主要生理功能

(1)胞質(zhì)溶膠途徑遞呈內(nèi)源性抗原肽　內(nèi)源性抗原是指自身細胞合成的抗原，如病毒抗原、腫瘤抗原。這些內(nèi)源性抗原必須和自身HLA－I類分子結(jié)合，形成內(nèi)源性抗原肽－HLA－I類分子復(fù)合物表達于細胞表面，才能被CD8+ T細胞識別。

在宿主細胞胞漿內(nèi)的內(nèi)源性抗原受胞內(nèi)蛋白酶復(fù)合體或稱為低分子量多肽(low molecularmass polypeptide，LMP)的作用，降解成多肽片段(約8～12個氨基酸)，隨后由抗原加工相關(guān)轉(zhuǎn)運體(transporter associated with antigen processing，TAP)轉(zhuǎn)運到粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中，與該處新合成的HLA－I類分子結(jié)合成多肽片段I類分子復(fù)合體，并從粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)移入高爾基體，最后移到細胞表面，將復(fù)合體遞呈給CD8+ Tc細胞。

(2)限制Tc細胞的殺傷作用　體內(nèi)表達CD8分子的成熟T細胞即具有殺傷靶細胞作用的Tc細胞。Tc細胞識別殺傷靶細胞是通過其表面的抗原識別受體(TCR)結(jié)合靶細胞表面的抗原肽－HLA－I類分子復(fù)合物，同時通過其表面輔助受體CD8分子結(jié)合HLAI類分子的Ig樣區(qū)，這一現(xiàn)象稱為MHC限制性。受MHC限制性的約束，Tc細胞只能殺傷膜表面表達相應(yīng)抗原肽－HLA－I類分子復(fù)合物的淋巴細胞。

二、HLA－Ⅱ類分子

1．結(jié)構(gòu)和分區(qū)　HLA－Ⅱ類分子由兩條分子量相似的肽鏈借助非共價鍵組成，一條為α鏈，另一條為β鏈，均由HLA－Ⅱ類基因編碼。HLA－Ⅱ類分子功能區(qū)如下。①多肽結(jié)合區(qū):α1與β1結(jié)構(gòu)域形成槽樣結(jié)構(gòu)，是與外源性抗原肽結(jié)合的部位。②Ig樣區(qū):由α2和β2結(jié)構(gòu)域組成，二者氨基酸序列高度保守，均與免疫球蛋白恒定區(qū)具有同源性。在抗原遞呈過程中，Th細胞的CD4分子與HLA－Ⅱ類分子特異結(jié)合的部位即位于該區(qū)域。③跨膜區(qū):α、β鏈均具有此區(qū)，將HLA－Ⅱ類分子錨定在膜上。④胞漿區(qū):與細胞內(nèi)外信息傳遞有關(guān)。

2．分布　HLA－Ⅱ類分子的分布比較局限，主要表達于B細胞、單核－巨噬細胞和樹突狀細胞等抗原遞呈細胞上，精子細胞和某些活化的T細胞上也有HLA－Ⅱ類分子。一些在正常情況下不表達HLA分子的細胞，在免疫應(yīng)答過程中亦可受細胞因子的誘導(dǎo)表達HLA－Ⅱ類分子，因此HLA－Ⅱ類分子的表達被看成是抗原遞呈能力的標志。IL－1、IL－2和干擾素在體內(nèi)外均能增強HLA－Ⅱ類分子的表達。

3．HLA－Ⅱ類分子的主要生理功能

(1)溶酶體途徑遞呈外源性抗原肽　外源性抗原是指APC通過吞噬、吞飲攝入細胞內(nèi)的抗原。如細菌和某些可溶性蛋白等。這些外源性抗原必須經(jīng)APC攝取、加工、處理成抗原肽－HLA－Ⅱ類分子復(fù)合物表達于APC細胞表面，才能被CD4+ T細胞識別。

APC經(jīng)吞噬或胞飲作用將外源性抗原攝入胞內(nèi)，分別在吞噬體(phagosome)或稱為內(nèi)體(endosome)的酸性環(huán)境下被蛋白水解酶作用降解為多肽片段(約12～20個氨基酸)。同時，在粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)生成的HLA－Ⅱ類分子α鏈和β鏈與恒定鏈(invariant chain，Ii鏈)結(jié)合成復(fù)合體(恒定鏈可防止HLA－Ⅱ類分子與內(nèi)源性多肽結(jié)合)，進入高爾基體，再轉(zhuǎn)入分泌性小泡中。這種富含HLA－Ⅱ類分子Ii鏈復(fù)合體的分泌性小泡可與含有抗原多肽片段的吞噬體發(fā)生融合，Ii鏈在酸性環(huán)境下被水解酶降解，HLA－Ⅱ類分子變成開放型，抗原多肽片段可與HLA－Ⅱ類分子結(jié)合形成復(fù)合體。最后，多肽片段－HLA－Ⅱ類分子復(fù)合體轉(zhuǎn)移到細胞膜表面，遞呈給CD4+ Th細胞(圖5－2)。

(2)限制Th細胞的作用　體內(nèi)表達CD4分子的成熟T細胞即具有輔助功能的Th細胞。Th細胞與APC細胞相互作用時，也受MHC限制性的約束，即Th細胞表面的TCR與APC細胞表面的抗原肽－HLA－II類分子復(fù)合物結(jié)合的同時，Th細胞表面輔助受體CD4分子還必須與HLA－II類分子的Ig樣區(qū)結(jié)合。

此外，HLA－I類和HLA－II類分子還參與免疫調(diào)節(jié)和胸腺T細胞的分化成熟過程。

另外須指出，在生理情況下，許多自身抗原也是通過上述兩條途徑與MHC－Ⅰ類或Ⅱ類分子結(jié)合形成自身多肽－MHC－Ⅰ類(或Ⅱ類)分子復(fù)合體表達于細胞表面，并占細胞表面的多肽－MHC－Ⅰ類(或Ⅱ類)分子復(fù)合體的絕大部分，而真正表達外來抗原多肽－MHC－Ⅰ類(或Ⅱ類)分子復(fù)合體是少數(shù)。正常情況下T細胞并不對自身多肽－MHC分子復(fù)合體產(chǎn)生應(yīng)答，而表現(xiàn)為自身耐受，因為對自身抗原成分起反應(yīng)的T細胞克隆在胸腺內(nèi)發(fā)育分化中已被陰性選擇過程所淘汰或抑制。

圖5－2　MHC－Ⅰ類和Ⅱ類分子遞呈抗原肽的過程

第二節(jié)　人類MHC的基因結(jié)構(gòu)

人類MHC位于第6號染色體短臂上，全長約3 600 kb，其結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，共有244個基因座位，其中128個為功能性基因、96個為假基因。人類的MHC具有明顯的多基因性(即復(fù)合體是由多個位置相鄰的基因座位所組成，它們編碼的產(chǎn)物具有相同或相似的功能)和多態(tài)性(見HLA的遺傳特點)，截至2002年，已確定的MHC基因復(fù)合體等位基因總數(shù)達到1 556個。

根據(jù)MHC編碼分子的結(jié)構(gòu)和功能的不同，傳統(tǒng)上將整個復(fù)合體的基因分成三類即MHC－I類、MHC－Ⅱ類和MHC－Ⅲ類基因(圖5－3)。

圖5－3　HLA基因結(jié)構(gòu)示意圖

Ⅰ類基因區(qū)位于著絲點的遠端，主要包括HLA－B、C、A三個經(jīng)典基因位點，其編碼產(chǎn)物即HLA－B、C、A三種HLA－I類分子的α鏈。新近又發(fā)現(xiàn)E、F、G、H、K和L等位點，均為非經(jīng)典的HLA－I類基因位點，編碼產(chǎn)物除參與病毒免疫逃避和母胎耐受外(如HLA－E、G)，其余還不清楚。

Ⅱ類基因區(qū)位于著絲點的近端，是結(jié)構(gòu)最為復(fù)雜的一個區(qū)，主要由DP、DQ、DR三個經(jīng)典基因亞區(qū)構(gòu)成，每個亞區(qū)又包括兩個或兩個以上的功能基因，其編碼產(chǎn)物為HLA－Ⅱ類分子的α鏈和β鏈。如DRA基因位點編碼產(chǎn)物為HLA－Ⅱ類分子HLA－DR的α鏈，DPB基因位點編碼產(chǎn)物為HLA－Ⅱ類分子HLA－DP的β鏈。

Ⅲ類基因區(qū)位于Ⅱ類和I類基因區(qū)之間，含有編碼補體成分C2、C4、B因子及TNF、熱休克蛋白和21羥化酶等的基因，除MIC位點外，大多無明顯多態(tài)性。MIC為MHC－I類相關(guān)基因家族，包括MICA(已檢測到有54個等位基因)和MICB基因，其產(chǎn)物是NK細胞激活性受體NKG2G的配體。不同的MICA等位基因在啟動NK殺傷活性上可能存在差異。

以上是對MHC傳統(tǒng)上的分類，但近年來傾向于以兩種類型加以概括:一是經(jīng)典的MHC－I類和Ⅱ類基因，它們的產(chǎn)物(HLA－I類和Ⅱ類分子)直接參與抗原遞呈，并顯示極為豐富的多態(tài)性;二是免疫功能相關(guān)基因，它們不顯示或僅顯示有限的多態(tài)性，其產(chǎn)物主要參與調(diào)控固有免疫。主要表現(xiàn)在以下三個方面:①經(jīng)典的Ⅲ類基因編碼補體成分，參與補體反應(yīng)和免疫性疾病的發(fā)生;②非經(jīng)典Ⅰ類基因和MIC基因產(chǎn)物可作為配體分子，以不同的親和力結(jié)合激活和抑制性受體，調(diào)節(jié)NK細胞和部分殺傷細胞的活性;③炎癥相關(guān)基因參與啟動和調(diào)控炎癥反應(yīng)，并在應(yīng)激反應(yīng)中發(fā)揮作用。

第三節(jié)　HLA的遺傳特點和基因的檢測與命名

一、HLA的遺傳特點

1．連鎖不平衡和單元型　HLA不同基因座位的各個等位基因在人群中以一定的頻率出現(xiàn)。例如，HLA－DRBI* 0901和DQBI* 0701在北方漢族人中的出現(xiàn)頻率分別是15．6%和21．9%。按隨機分配的規(guī)律，這兩個等位基因同時出現(xiàn)在一條染色體上的幾率應(yīng)是上述兩個頻率的乘積(0．156×0．219= 0．034)，即3．4%，然而實際上兩者同時出現(xiàn)的頻率是11．3%，為理論值的3．3倍。此現(xiàn)象稱為連鎖不平衡(linkage disequilibrium)，意指分屬兩個或兩個以上基因座位的等位基因，同時出現(xiàn)在一條染色體上的幾率高于隨機出現(xiàn)的頻率。這表明，處于連鎖不平衡狀態(tài)中的等位基因往往經(jīng)常地連鎖在一起，由此引入單元型概念。單元型(haplotype)指的是染色體上MHC不同座位等位基因的特定結(jié)合。這樣，某些單元型在群體中可呈現(xiàn)較高的頻率，并較之單一座位的HLA基因型別更能顯示人種和地理的特點。而且，檢測單元型比分析單一的等位基因頻率，更有助于從無血緣關(guān)系人群中尋找HLA相匹配的器官移植供者。

2．共顯性遺傳　共顯性(co－dominance)是指某位點的等位基因不論是雜合子還是純合子，均能同等表達，兩者的編碼產(chǎn)物都可在細胞表面檢測到。故每個位點可具有兩個抗原，可能相同，也可能不相同;這些抗原組成了個體的表型(phenotype)。多數(shù)個體的HLA位點都是雜合子，但當(dāng)父親和母親在某位點上具有相同的等位基因時，其子代的這個位點就成為純合子。

3．多態(tài)性　多態(tài)性(polymorphism)是指一個基因位點上存在多個等位基因(allele)，是群體中不同個體間各等位基因擁有狀態(tài)上的變化。對某一個基因座位，一個個體最多只能有兩個等位基因，分別出現(xiàn)在來自父母方的同源染色體上。因此MHC的多態(tài)性是一個群體概念。人類MHC的多態(tài)性和多基因性均從不同水平對MHC多樣性進行描述:多基因性著重于同一個個體中擁有非常多的MHC基因座位，而多態(tài)性指群體中各基因座位等位基因的變化(表5－1)。

表5－1　呈現(xiàn)多態(tài)性的HLA基因座位及已獲正式命名的等位基因數(shù)(2002年7月)

*包括DRB4～DRB7以及DOA/DOB、DMA/DMB等。

二、HLA系統(tǒng)基因的檢測和命名

對HLA系統(tǒng)基因的命名，星號(*)前為基因座位，星號后為等位基因。例如HLAA* 0103代表HLA－I類分子A座位的第103號等位基因;HLA－DRB1* 1102代表Ⅱ類基因DRB1座位第1102號等位基因。1102并不表明DRB1座位已經(jīng)發(fā)現(xiàn)1100多種等位基因，而是代表第11主型，第2號等位基因，主型相同的HLA分子，免疫原性相同，但免疫原性相同的(即為同一主型HLA分子)基因型并不一定相同，因此，又將免疫原性相同的HLA分子按基因型再分為某某號等位基因。這一命名系統(tǒng)為有待發(fā)現(xiàn)的基因座位和等位基因空出了位置。

等位基因及其產(chǎn)物結(jié)構(gòu)上存在差異，主要表現(xiàn)在編碼肽結(jié)合區(qū)結(jié)合抗原肽部位以及該部位編碼產(chǎn)物氨基酸在組成上和序列上的不同，為此，可采用PCR技術(shù)針對性擴增相應(yīng)的基因片段，再通過測序，或者用顯示等位基因特異性的探針與之雜交，確定不同個體的等位基因特異性，稱為HLA等位基因分型(genotyping)，這對尋找合適的器官移植供體，分析疾病易感基因和在法醫(yī)學(xué)上進行親子鑒定都是十分重要的。

第四節(jié)　HLA的醫(yī)學(xué)意義

HLA系統(tǒng)作為高度多態(tài)性的遺傳標志，使人類具有個體獨特性，其抗原頻率、等位基因頻率、單元型組合和分布頻率均成為區(qū)別群體中個體差異遺傳基礎(chǔ)的極好材料，并具有重要實際意義。

一、HLA與器官移植

器官移植是現(xiàn)代醫(yī)學(xué)重要的治療手段之一。其成敗的關(guān)鍵取決于供者和受者之間HLA型別是否相符，即HLA各基因位點上的等位基因是否相同。因此，要對供者作HLA分型和交叉配合試驗(cross－matching)。在腎臟移植中，各HLA座位配合的重要性依次為HLA－DR、HLA－B、HLA－A。在骨髓移植中，為預(yù)防移植物抗宿主反應(yīng)，一般要求從同胞中選擇HLA完全相同的個體作為供者。另外，測定血清中可溶性HLA分子的含量，有助于監(jiān)測移植物的排斥現(xiàn)象。

二、HLA與疾病的相關(guān)性

帶有某些特定HLA型別的個體易患某一疾病(稱為陽性關(guān)聯(lián))或?qū)υ摷膊∮休^強的抵抗力(稱為陰性關(guān)聯(lián))皆納入HLA和疾病關(guān)聯(lián)的范疇。這一關(guān)聯(lián)，是通過對患病人群和健康人群作HLA分型后，用統(tǒng)計學(xué)方法加以判別的。典型例子是強直性脊柱炎(AS)患者中HLA－B27抗原陽性率高達58%～97%，而在健康對照人群中僅為1%～8%，由此確定強直性脊柱炎和HLA－B27屬陽性關(guān)聯(lián)。換言之，帶有B27等位基因的個體易于患強直性脊柱炎。經(jīng)計算，其相對風(fēng)險程度(RR)為55～376(因不同人種而異)，即B27陽性個體較之B27陰性個體罹患AS的機會要大55倍到376倍，表明HLA－B27是決定強直性脊柱炎疾病易感性的關(guān)鍵遺傳因素。

迄今，記錄在案和HLA關(guān)聯(lián)的疾病達500余種，大部分為自身免疫病，重要者見表5－2。

表5－2　和HLA呈現(xiàn)強關(guān)聯(lián)的一些自身免疫病

三、HLA與人類學(xué)

HLA系統(tǒng)的多態(tài)性是人類進化的產(chǎn)物，因此各人種、各民族的HLA抗原分布、基因頻率、單元型組合及頻率能為研究民族和種族的起源、演變、進化和遷移提供極為有價值的信息，組織相容性學(xué)會已組織兩次以上世界范圍內(nèi)的不同水平上的HLA抗原及等位基因調(diào)查，并繪制了系統(tǒng)樹。我國HLA工作者也已對中國內(nèi)地南北漢族的HLA多態(tài)性分布進行了調(diào)查，發(fā)現(xiàn)高加索人種起源的HLA抗原(A1、A3、B7、B8、B14)在華北人中有較高頻率向南方逐漸降低，而起源于東南亞的HLA抗原(All、B46)則在華南人中有較高頻率向北方逐漸降低的梯度分布。根據(jù)遺傳距離聚類分析表明，中華民族包含華北、華南兩大群體，提出中華民族雙重起源學(xué)說。對我國西雙版納傣族群體HLA－Ⅱ類的基因分析也發(fā)現(xiàn)DR、DQ、DP等位基因頻率與連鎖不平衡單元型明顯有別于白種人及其他人種而具有該民族的獨特性。

四、HLA與母胎關(guān)系

成熟的胎盤滋養(yǎng)層細胞不表達HLA－I類抗原，從而保護了攜帶父方HLA單元型的胎兒不被母體排斥。另一方面，原因不明的習(xí)慣性流產(chǎn)也被認為與HLA有關(guān)。其機理可能是父母雙方HLA不相容性過弱，不能產(chǎn)生胎兒保護性抗體而使胎兒流產(chǎn)。這一現(xiàn)象與排斥反應(yīng)的機理相矛盾。目前已有報道，采用輸入第三者或丈夫的淋巴細胞以激發(fā)孕婦同種異體反應(yīng)的方法治療習(xí)慣性流產(chǎn)。

五、HLA與法醫(yī)

HLA系統(tǒng)所顯示的多基因性和多態(tài)性意味著在無血緣關(guān)系的人群中，HLA表現(xiàn)型完全相同者是極其罕見的。而且，每個人所擁有的HLA等位基因型別一般終身不變，這意味著特定等位基因及其以共顯性形式表達的產(chǎn)物，可以成為不同個體用以顯示個體性的遺傳標志。在同一家庭內(nèi)，HLA的遺傳是以單元為單位從親代遺傳給子代，子代的兩個HLA單元型各來自雙親一方，因此，借助HLA基因型或表型的檢測分型技術(shù)，在法醫(yī)上被廣泛用于親子鑒定和對死者“驗明證身”。

HLA或MHC的意義絕不應(yīng)低估在上述幾個方面，而應(yīng)從其參與免疫識別的重要性上理解為天生萬物所以能演變至今日的一個重要基礎(chǔ)。

(靳　靜)