主要组织相容性复合体(major histocompatibility complex,MHC)是一组与免疫应答密切相关、决定移植组织是否相容、紧密连锁的基因群。哺乳动物都有 MHC。小鼠的MHC称为H-2基因复合体;人的MHC 称为人类白细胞抗原(human leukocyte antigen,HLA)基因复合体,其编码产物称为HLA分子或 HLA 抗原。

                                            第一节 MHC结构及其遗传特性

1999年10月出版的Nature杂志刊登了HLA基因组全部序列HLA基因复合体位干人第6号染色体短臂6p21.31内,全长3.6Mb,共有224个基因座,其中128个为有功能基因座,可表达蛋白分子。 HLA基因复合体包括 HLAI类、Ⅱ类和Ⅲ类基因区。HLAI类基因区由经典I类基因座(HLA Ia)即A、B、C和非经典I类基因座(HLAIb)即E、G等组成。Ⅱ类基因区由经典的DP、DO、DR和参与抗原加工提呈的DM、TAP、PSMB等基因座组成。Ⅲ类基因区包括补体基因 C2、B、C4及参与炎症反应的基因 TNF、LTA、LTB 和 HSP 等基因座位。

MHC 基因分为两种类型:一是经典的I类基因和经典的Ⅱ类基因,它们的产物具有抗原提呈功能,显示极为丰富的多态性,直接参与T细胞的激活和分化,参与调控适应性免疫应答;二是免疫功能相关基因,包括传统的Ⅲ类基因,以及新近确认的多种基因,它们或参与调控固有免疫应答,或参与抗原加工,不显示或仅显示有限的多态性。

一、经典的 HLA I类及Ⅱ类基因

经典的HLAI类基因座集中在远离着丝粒的一端,按序包括BCA三个座位(图8-1),产物称为HLAI类分子。I类基因仅编码I类分子异二聚体中的重链,轻链又名 β微球蛋白(B,microglobulin, B,m),由第15号染色体上的基因编码。经典的HLAⅡ类基因座在复合体中靠近着丝粒一侧,依次由DP、DQ和DR三个亚区组成。每一亚区又包括A和B两种功能基因座位(图8-1)分别编码分子量相近的HLAⅡ类分子的α链和β链,形成a/β异二聚体蛋白(DPα/DPβ、DQα/DQβ和 DRα/DRβ)。每个MHC基因均含有多个外显子,分别编码 MHC分子的胞外区跨膜区和胞质区。外显子上MHC 分子的对应关系如图 8-2。

二、免疫功能相关基因

免疫功能相关基因分布干HLA复合体的I类和Ⅱ类基因区以及Ⅲ类基因区(图8-1)通常不显示或仅显示有限的多态性。除了非经典性I类分子和MHCI类链相关分子(MHCI chain-related MIC),基因产物一般不能和抗原肽形成复合物,但它们或参与抗原加工,或在固有免疫和免疫调节中发挥作用。

(一)血清补体成分的编码基因

此类基因属经典 HLA Ⅲ类基因(图8-1),所表达的产物为C4、Bf和C2 等补体组分。

(二) 抗原加工相关基因

1. 蛋白酶体 B亚单位(proteasome subunit beta tvpe. PSMB)基因 编码胞质中蛋白酶体的ß亚单位。
           2.抗原加工相关转运物(transporters associated with antigen processing，TAP)基因 TAP 是内质网膜上的异二聚体分子,由 TAP1 和 TAP2 两个基因编码。
           3. HLA-DM 基因 包括 DMA 和 DMB,其产物参与 APC 对外源性抗原的加工。
           4. HLA-DO基因 包括 DOA 和DOB.分别编码 HLA-DO 分子的α链和B链。HLA-DO 分子是HLA-DM 行使功能的调节蛋白。
            5. TAP 相关蛋白基因 其产物称 tapasin,即 TAP 相关蛋白(TAP-associated protein)。上述免疫功能相关基因全部位于 HLA 系统的Ⅱ类基因区(见图 8-1)。
          (三 ) 非经典I类基因

          1.HLA-E  产物由重链(α链)和Bm组成,已检出26种等位基因。HLA-E分子表达于各种组织细胞,在羊膜和滋养层细胞表面高表达。其抗原结合槽具有高度的疏水性,能结合来自HLA-Ia和一些HLA-G 分子信号肽的肽段,形成复合物。HLA-E 分子是 NK细胞表面C型凝集素受体家族(CD94/NKG2)的专一性配体,由于其与杀伤细胞抑制性受体结合的亲和力明显高于与杀伤细胞活化性受体结合的亲和力,因此具有抑制 NK细胞对自身细胞杀伤的作用。
          2.HLA-G 其编码的重链和Bm组成功能分子。HLA-G分子主要分布于母胎界面绒毛外滋养层细胞,在母胎耐受中发挥功能。
          (四)炎症相关基因
         在HLAI类基因区靠 类基因一侧,新近检出多个免疫功能相关基因(见图8-1)包括肿瘤坏死因子基因家族(TNF、LTA和LTB)、MIC基因家族和热休克蛋白基因家族(HSP70)等。这些基因多数和炎症反应有关。
         三、MHC 的遗传特点
         (一)MHC的多态性
        多态性(polymorphism)指群体中单个基因座位存在两个以上不同等位基因的现象。HLA I和Ⅱ类等位基因产物的表达具有共显性特点,即同一个体中,一个基因座位上来自同源染色体的两个等位基因皆能得到表达,因而一个个体通常拥有的经典I类和Ⅱ类 HLA 等位基因产物有 12 种以上(图8-3)。

   
   

          HLA基因复合体是人体多态性最丰富的基因系统。截至2017年9月,已确定的 HLA 等位基因总数达到 17 331 个,其中等位基因数量最多的座位是 HLA-B(4859 个)。这表明,非亲缘关系个体间存在两个相同等位基因的概率会很低，因而,进行组织和器官移植时移植物会受到免疫排斥。表8-1提供了 HLA 主要座位的等位基因数。

   
   

           在蛋白质水平,HLA多态性主要表现在各种等位基因产物在结构上存在差异,即 HLA 分子抗原结合槽的氨基酸残基组成和序列不同。为此,针对性地扩增相应的基因片段之后,通过测序或采用显示等位基因特异性的探针检测,可确定特定个体的等位基因特异性,即从大量的 HLA等位基因中找出属于该个体的12种I类和Ⅱ类分子编码基因,称为HLA基因分型(HLA genotyping)。这对于寻找合适的组织器官移植供受体、分析疾病易感基因和在法医学上进行亲子鉴定都十分重要。
   

           (二)单体型和连锁不平衡
            MHC 的单体型(haplotype)指同一染色体上紧密连锁的MHC等位基因的组合。MHC等位基因的构成和分布还有两个特点。
           1.等位基因的非随机性表达 群体中各等位基因其实并不以相同的频率出现。如 HLA-DRBI和HLA-DOB1 座位的等位基因数分别是2122 和1152(表8-1),其中两个等位基因 DRB1*09:01和DQB1*07:01在群体中的频率,按随机分配的原则,应该是0.047%(1/2122)和0.087%(1/1152),然而,在我国北方汉族人群中它们的频率分别高达 15.6%和 21.9%。在斯堪的纳维亚白种人中,DRBI和DOB1基因座位上高频率分布的等位基因是DRB1*05:01和DQB1*02:01。说明不同人种中优势表达的等位基因及其组成的单体型可以不同。
            2.连锁不平衡 不仅等位基因出现的频率不均一,两个等位基因同时出现在一条染色体上的机会,往往也不是随机的。连锁不平衡(linkage disequilibrium)指分属两个或两个以上基因座位的等位基因同时出现在一条染色体上的概率,高干随机出现的频率。例如上面提到北方汉族人中高频率表达的等位基因DRB1*09:01和DOB1*07:01同时出现在一条染色体上的概率,按随机分配规律,应是其频率的乘积为3.4%(0.156x0.219=0.034),然而实际两者同时出现的频率是11.3%,为理论值的 3.3 倍。

           非随机表达的等位基因和构成连锁不平衡的等位基因组成,因人种和地理族群的不同而出现差异,属长期自然选择的结果。其意义在于,第一,可作为人种种群基因结构的一个特征,追溯和分析人种的迁移和进化规律:第二高频率表达的等位基因如果与种群抵抗特定疾病相关,可以此开展疾病的诊断和防治:第三,有利于寻找 HLA 相匹配的移植物供者。