第六章 主要组织兼容性复合体

组织兼容性（histocompatibility）是指器官或组织移植时供者与受者相互接受的程度；如兼容则不互相排斥，不兼容就会出现排斥反应枣一种免疫应答效应；诱导排斥反应的抗原称为组织兼容性抗原，也称为移植抗原（详见第二十九章）。人和各种哺乳动物的组织兼容性抗原都十分复杂，但有一组抗原起决定性作用，称为主要组织兼容性抗原（majorhistocompatibilityantigen，MHA），其余的称为次要组织兼容性抗原。编码MHA的基因是一组呈高度多态性的基因群，集中分布于各种动物某对染色体上的特定区域，称为主要组织相容性复合体（majorhistocompatibilitycomplex，MHC）。MHC编码的产物称为MHC分子，可分布于不同类型的细胞表面，不但决定着宿主的组织相容性，而且与宿主的免疫应答和免疫调节密切相关，其意义已远远超出了移植免疫的范畴。
MHC的发现主要得益于对近交系小鼠（inbredmice）及同类系小鼠（congenicmice）的研究。近交系小鼠又称纯系小鼠，是通过连续20代以上同胞兄弟姊妹交配而育成，同一系内各个体的遗传背景完全相同，同源染色体都是纯体型。同类系小鼠是应用两纯系小鼠不断杂交和回交筛选而育成，同一系内各个体的MHC结构有所不同，其他遗传背景完全一致；这种动物对研究MHC非常重要。另外还可用不同的同类系小鼠杂交进一步产生重组体小鼠。
1936年，R.Gorer利用近交系小鼠研究发现：小鼠的自发肿瘤移植到同系小鼠体内能够生长，但在不同系小鼠则遭排斥；这种排斥作用不仅针对肿瘤，也针对供者正常的组织、细胞；还发现决定移植物排斥的基因与红细胞抗原2的基因一致，故将其称为H-2系统。1948年C.Snell用同类系小鼠证明了H-2基因复合体（图6-1），并陆续发现了其他动物的MHC。1954年，J.Dausset利用多产妇血清发现了人类的MHC棗HLA系统。于1963年，B.Benacerraf发现了免疫应答（Ir）基因，并发现Ir基因与MHC紧密连锁。因此，Benacerraf、Dausset和Snell分享了1980年度的诺贝尔生理学奖。
mianyixuehemianyixuejianyan025.jpg小鼠H-2基因结构示意图
图6-1小鼠H-2基因结构示意图
除了人和哺乳动物之外，很多脊椎动物及两栖动物均有各自独特的MHC。在迄今为止所研究过的哺乳动物中，除小鼠的MHC称为H-2外，其他种属多以白细胞抗原（leukocyteantigen，LA）命名，例如人的MHC是HLA（humanleudocyteantigen），恒河猴的为RhLA，狗的为DLA，家兔的为RLA，豚鼠的为GPLA等。MHC的研究开创了免疫遗传学的新领域，许多免疫学的重要问题可望从MHC研究中找到答案。

一、HLA的基因组成 人类的MHC称为HLA复合体，位于第6对染色体的短臂上，长度为4分摩（centimorgan，cM），约为4000kb。整个复合体上有近60个基因座，已正式命名的等位基因278个。根据编码分子的特性不同，可将整个复合体的基因分成三类：Ⅰ类、Ⅱ类和Ⅲ类基因（图6-2）。 mianyixuehemianyixuejianyan026.jpgHLA基因结构示意图 图6-2HLA基因结构示意图 1．类基因区位于着丝点的远端，主要包括HLA-A、B、C三个位点；新近又提出E、F、G、H、K和L位点。 2．类基因区位于着丝点的近端，是结构最为复杂的一个区，主要由DR、DQ、DP三个亚区构成，每个亚区又有若干个位点。新近又鉴定了DO、DZ、DX三个亚区。 3．类基因区含有编码补体成分C2、C4、B因子及TNF、热休克蛋白和21羟化酶的基因。 4．非HLA基因这些基因位于HLA区域内，其功能与HLA相关；目前已经命名的有两类：LMP（largemultifunctionalprotease，或lowmolicularweightpolypeptides）和TAP（transporterassociatedwithantigenprocessing，或transporterofantigenpeptides）。LMP为蛋白酶体相关基因，由LMP2和LMP7组成；TAP为ABC转运蛋白基因，包括TAP1和TAP2；它们的功能可能与抗原的处理和递呈有关。 二、HLA的多态性 HLA复合体是人体最复杂的基因系统，呈高度的多态性，主要原因之一是由于HLA复合体的复等位基因所致。 遗传学上将某一个体同源染色体上对应位置的一对基因称为等位基因（alleles）；当群体中位于同一位点的等位基因多于两种时，称为复等位基因（muotiplealleles）。HLA复合体Ⅰ类和Ⅱ类基因位点多为复等位基因。1995年公布的用血清学、MLR和PLT确认的HLA特异性见表6-1。 表6-1HLAⅠ类和Ⅰ类基因特异性总表（1995）

A	B		C	DR	DQ	DP	D
A1	B7	B5102	Cw1	DR1	DQ2	DPw1	Dw1
A2	B703	B5103	Cw2	DR103	DQ4	DPw2	Dw2
A203	B8	B52(5)	Cw3	DR2	DQ5(1)	DPw3	Dw3
A210	B13	B53	Cw4	DR3	DQ6(1)	DPw4	Dw4
A3	B15	B54(22)	Cw5	DR4	DQ793)	DPw5	Dw5
A11	B18	B55(22)	Cw6	DR7	DQ8(3)	DPw6	Dw6
A23(9)	B27	B56(22)	Cw7	DR8	DQ9(3)		Dw7
A24(9)	B35	B57(17)	Cw8	DR9			Dw8
A2403	B37	B58(17)	Cw9(w3)	DR10			Dw9
A25(10)	B38(16)	B59		DR11(5)			Dw10
A26(10)	B39(16)	B60(40)		DR12(5)			Dw11(w7)
A29(19)	B3901	B61(40)		DR13(6)			Dw12
A30(19)	B3902	B62(15)		DR14(6)			Dw13
A31(19)	B40	B63(15)		DR1403			Dw14
A32(19)	B4005	B64(14)		DR1404			Dw15
A33(19)	B41	B65(14)		DR15(2)			Dw16
A34(10)	B42	B67		DR16(2)			Dw17(w7)
A36	B44(12)	B70		DR17(3)			Dw18(w6)
A43	B45(12)	B71(70)		DR18(3)			Dw19(w6)
A66(10)	B46	B72(70)		DR51			Dw20
A68(28)	B47	B73		DR52			Dw21
A69(28)	B48	B75(15)		DR53			Dw22
A74(19)	B49(21)	B76(15)					Dw23
	B50(21)	B77(15)					Dw24
	B51(5)	B7801					Dw25
							Dw26

HLA抗原的命名由世界卫生组织命名委员会确定，每个特异性抗原均以其基因位点的字头附以适当的数字（按抗原被发现或官方认可的顺序）表示。标有w（workshop）的为暂用名，得到认可后将其去掉；1991年决定：新特异性的申报要有明确的DNA顺序，并根据DNA间关系命名，故取消w；现在所保留的w已非当初实验室暂定名的含义，例如保留Cw以示与补体缩写区别，保留Dw和DPw以示其用细胞学方法检测。后面带括弧的表示该特异性由括弧内的特异性分解而来，括弧内为早期确认的抗原，包含多个特异性。表中D抗原不是独立基因位点的编码产物，而是与DR和DQ广泛相关，是用细胞学方法检测的抗原。 表6-1所列特异性是用血清学方法和细胞学方法鉴定出来的，几乎每次会议都命名新的特异性。如此复杂的基因及产物，再加上单倍体共显性遗传的特点，可随机组合成一个巨大的数字；以致在人群中除同卵双胎外，难以找到HLA完全相同者。这充分体现了HLA对免疫调控的个体差异，也为同种器官移植增加了困难。 现在用分子生物学方法可在基因水平上鉴定出更大的HLA多态性，例如HLA-A2的基因有12个变异体（A*0201～A*0212），其差别仅在第19密码子一个碱基的置换。1994年3月WHO命名委员会公布的Ⅰ类和Ⅱ类等位基因为440个，1995年1月又发现了35个新的基因序列，并对以前的报告进行了部分修正。 三、HLA的遗传特点 1．单倍型遗传单倍型（haplotype）是指一条染色体上HLA各位点基因紧密连锁组成的基因单位。人体细胞为二倍体型，两个单倍型分别来自父亲和母亲，共同组成个体的基因型（genotype）。由于一条染色体上HLA各位点的距离非常近，很少发生同源染色体之间的交换，因此新代的HLA以单倍型为单位将遗传信息传给子代。例如父亲的基因型为ab，母亲的为cd，则子代可能有4种基因型，ac，ad，bc，bd，某一个体获得任一基因型的可能性都是1/4。故两个同胞有完全相同或完全不同HLA基因型的可能性都是1/4；一个单倍型相同的可能性是1/2。而子代和亲代总是共有一个相同的单倍型。 2．共显性遗传共显性（co-dominance）是指某位点的等位基因不论是杂合子还是纯合子，均能同等表达，两者的编码产物都可在细胞表面检测到。故每个位点可具有两个抗原，可能相同，也可能不相同；这些抗原组成了个体的表型（phenotype）。多数个体的HLA位点都是杂合子，但当父亲和母亲在某位点上具有相同的等位基因时，其子代的这个位点就成为纯合子。 3．连锁不平衡理论上，一个HLA位点的等位基因与另一个或几个位点的等位基因在某一单倍型出现的频率应等于各自频率的乘积。然而在很多情况下，预期的单倍型频率往往与实际检测的频率相差很大，在不同的地区或不同的人群，某些基因相伴出现的频率特别高，这种现象称为连锁不平衡（linkagedisequilibrium）。HLA基因连锁不平衡的发生机制目前尚不清楚，但已经发现某些疾病的发生与HLA复合体中某些特定的等位基因密切相关；某些连锁不平衡倾向于出现在某些区域、某些人种和某些民族。深入探讨连锁不平衡的发生机制无疑将有助于对某些疾病的诊断和治疗，亦将为人类学研究增添新的内容。 四、HLA的分型技术 HLAⅠ类抗原的DQ、DR用血清学检测法进行分型，因此在方法学上称为血清学鉴定的抗原（serologicallydefinedantigen，SD抗原）；DP和D特性需用细胞学方法进行检测，因此称为淋巴细胞鉴定的抗原（lymphocytedefinedantigen，LD抗原）。虽然HLA的基因分型技术发展很快，但目前仍不能完全取代血清学分型法和细胞分型法（详见第二十八章）。

虽然不同个体、不同种属的MHC结构不同，但其编码的分子在化学结构、组织分布及功能上均十分相近，可以分成三类：即Ⅰ类分子，Ⅱ类分子和Ⅲ类分子；其编码基因也相应地分成三类。Ⅰ类和Ⅱ类分子是结构相似的细胞膜表面糖蛋白，除作为移植抗原外，还与抗原递呈及某些疾病相关。Ⅲ类分子包括C2、C4、B因子和肿瘤坏死因子等多种可溶性蛋白质，相互间差别很大，与Ⅰ类和Ⅱ类分子在结构和功能上相关性很小，本章不予讨论。

（一）Ⅰ类分子的结构
人类的类分子由HLA的A、B、C、E、F、G、H、K和L等基因编码；但因后几类基因的性质和作用尚不清楚，所以目前所称的类分子主要指HLA-A、B、C位点的抗原。
Ⅰ类分子是由非共价键连接的两条肽链组成的糖蛋白；其中一条称为重链或α链，另一条为轻链或称为β2微球蛋白（β2m）。α链的分子量为44kD，结构呈多态性；其羧基端穿过细胞膜，伸入胞浆之中，氨基端则游离于细胞膜外（图6-3）。α链的膜外区肽段折叠形成三个功能区，分别称为α1、α2、和α3区；每个功能区约含90个氨基酸残基，其结构与Ig相似；α1和α2区的氨基酸顺序变化较大，决定着Ⅰ类分子的多态性。β2m不MHC基因编码，而是第15号染色体上单个基因编码的产物，分子量12kD。其结构与Ig恒定区（CH3）有较大同源性，属于Ig超族成员，没有同种异型决定簇，但具有种属特异性。β2m不穿过细胞膜，也不与细胞膜接触，而是以非共价形式附着于α3的功能区上。虽然β2m不直接参与Ⅰ类分子的抗原递呈过程，但是它能促进内质网中新合成的Ⅰ类分子向细胞表面运输，并对稳定Ⅰ类分子的结构具有一定作用。
mianyixuehemianyixuejianyan027.jpgHLA分子结构示意图
图6-3HLA分子结构示意图
利用X线结晶衍射图分析，阐明了Ⅰ类分子的三维结构：α1和α2功能区共同构成了槽形的抗原肽段结合部位，来自α1和α2的8条反向平行的β片层结构组成槽的底部；而α1和α2功能区的其余部分各自形成一个α-螺旋，两条螺旋相互毗邻，相互平行，在分子的远端共同构成槽的侧壁；槽的底部和侧壁体现Ⅰ类分子的多肽性，也决定了Ⅰ类分子与抗原结合的特异性；α3功能区具有与CD8分子结合的空间构型（图6-4）。
mianyixuehemianyixuejianyan028.jpgHLAⅠ类分子多肽折迭立体结构示意图
mianyixuehemianyixuejianyan029.jpgHLAⅠ类分子多肽折迭立体结构示意图
图6-4HLAⅠ类分子多肽折迭立体结构示意图
A：侧面观；B：上面观
Ⅰ类分子与抗原的结合有一定的选择性，但是没有抗体和TCR与抗原结合的特异性高。Ⅰ类分子的抗原结合槽能够容纳8～10个氨基酸长度的抗原片段，其抗原结合点主要与氨基酸顺序相对恒定的抗原肽段的骨干结合，而将抗原肽段上多变的氨基酸侧链处于游离状态；这些侧链却能与TCR和抗体结合。每个细胞表面可以表达约106个Ⅰ类分子，每个Ⅰ类分子都能与相当各类的抗原肽段结合。因此每个细胞都具有同时递呈许多不同抗原的潜力，从而保证一个正常的个体对绝大多数抗原发生Ⅰ类限制性的免疫应答。
（二）Ⅰ类分子的分布和功能
MHCⅠ类分子分布于几乎所有有核细胞表面，但不同组织细胞的表达水平差异很大：淋巴细胞表面Ⅰ类抗原的密度最高，肾、肝、肺、心及皮肤次之，肌肉、神经组织和内分泌细胞上抗原最少，而成熟红细胞、胎盘滋养层细胞上未能检出，血清、尿液中及初乳等体液中也有可溶性形式存在的Ⅰ类抗原。干扰素、肿瘤坏死因子在体内外均可增强各种细胞对Ⅰ类分子的表达。
Ⅰ类分子的重要生理功能是对CD8+T细胞的抗原识别功能起限制性作用，也就是参与向CD8+T细胞递呈抗原的过程。CD8+T细胞只能识别与相同Ⅰ类分子结合的抗原（多为内源性的细胞抗原，如病毒感染的细胞和肿瘤细胞等），这种现象称为MHC限制性。例如，当病毒感染了某个细胞，病毒抗原可被分解成一些短肽片段，后者与在内质网中合成的Ⅰ类分子结合后表达于细胞表面，才能被CD8+T细胞识别。Ⅰ类分子主要介导Tc细胞的细胞毒作用，也是重要的移植抗原。

（一）Ⅱ类分子的结构
人类的MHCⅡ类分子由HLA复合体中的D区基因编码，已经明确的Ⅱ类分子包括HLA-DR、DP和DQ抗原。Ⅱ类分子亦是由非共价连接的两条多肽链组成，分别称为α链和β链；与Ⅰ类分子不同的是，两条链均由HLA基因编码。α链的分子量约34kD，β链约29kD；两条肽链均嵌入细胞膜，伸入胞质之中；其膜外区各有两个Ig样的功能区（图6-3），分别称为α1、α2、β1和β2功能区。
X线结晶衍射图显示，Ⅱ类分子的α1和β1功能区共同形成一个与Ⅰ类分子相似的槽型结构的多肽结合区。1和β1各有一个螺旋，形成槽的两侧壁，其余部分形成片层，构成槽的底部。Ⅱ类分子的多态性也体现在多肽结合槽的侧壁和底部，所以其空间构型依编码基因的不同而异。类分子的抗原结合特性亦与Ⅰ类分子一样，特异性不强，每个分子可能与多种肽片结合；但与Ⅰ类分子不同的是，Ⅱ类分子肽结合槽的两端呈开放状（Ⅰ类分子的结合槽两端呈封闭状），能够容纳较长（10～18个氨基酸残基）的肽段。
（二）Ⅱ类分子的分布和功能
Ⅱ类分子的分布比较局限，主要表达于B细胞、单核－巨噬细胞和树突状细胞等抗原递呈细胞上，精子细胞和某些活化的T细胞上也有Ⅱ类分子。一些在正常情况下不表达Ⅱ类分子的细胞，在免疫应答过程中亦可受细胞因子的诱导表达Ⅱ类分子，因此Ⅱ类分子的表达被看成是抗原递呈能力的标志。IL-1、IL-2和干扰素在体内外均能增强Ⅱ类分子的表达。有些组织在病理条件下也可表达一些类抗原，如胰岛β细胞、甲状腺细胞等。
Ⅱ类分子的功能主要是在免疫应答的始动阶段将经过处理的抗原片段递呈给CD4+T细胞。正如CD8+T细胞只能识别与MHCⅠ类分子结合的抗原片段一样，CD4+T细胞只能识别Ⅱ类分子结合的抗原片段。Ⅱ类分子主要参与外源性抗原的递呈，在一些条件下也可递内源性抗原。在组织或器官移植过程中，Ⅱ类分子是引起移植排斥反应的重要靶抗原，包括引起宿主抗移植物反应（HVGR）和移植物抗宿主反应（GVHR）。在免疫应答中，Ⅱ类抗原主要是协调免疫细胞间的相互作用，调控体液免疫和细胞免疫应答。

（一）MHC与器官移植 前已述及，通过移植排斥的研究发现了MHC，所以MHC的意义首先与器官移植相关。Ⅰ类和Ⅱ类分子是引起同种异体移植排斥反应的主要抗原，供者与受者MHC的相似程度直接反映两者的兼容性；供－受者间的MHC相似性越高，移植成功的可能性越大。同卵双胎或多胎兄弟姊妹之间进行移植时几乎不发生排斥反应；亲子之间有一条HLA单倍型相同，移植成功的可能性也较大；而在无任何亲源关系的个体之间进行器官移植时存活率要低得多。为了降低移植排斥反应，延长移植物的存活时间，移植前的重要工作就是通过HLA检测的方法进行组织配型，选择HLA抗原与受者尽量相同的供者；在移植后发生排斥反应时进行恰当的免疫抑制（详见第二十八章）。 （二）MHC与免疫应答 1．免疫调控作用动物实验证明，不同品质的小鼠对同一抗原的应答能力大不相同：甲小鼠可产生抗体应答和细胞性应答，乙小鼠完全无应答，两者杂交的F1有应答能力。这说明对某抗原的应答能力受遗传调控，Benacerraf将这种控制基因称免疫应答基因（immuneresponsegene，Ir基因）；Ir基因的编码产物称为免疫应答抗原（immuneresponseassociatedantigen，Ia抗原）；后来发现实际上就是MHCⅡ类基因及其抗原。Ⅱ类分子调控免疫应答的机制尚未清楚，可能是不同Ⅱ类分子与抗原结合的部位不同，因此递呈给TH细胞的抗原表位也不相同。 2．MHC限定性识别当抗原递呈向免疫活性细胞递呈抗原时，免疫活性细胞在识别特异性抗原的同时，必须识别递呈细胞的MHC抗原，这种机制称为MHC限定性（MHCrestriction）。CD4+T细胞必须识别Ⅱ类分子的特异性，CD8+T细胞必须识别Ⅰ类分子的特异性；MHC分子对抗原识别的机制已如前述，而识别的后果见第七章。 （三）MHC与疾病 近20年来，已发现50余种人类疾病与HLA的一种或数种抗原相关，例如某些传染病和自身免疫病，强直性脊柱炎就是其中一个典型代表。在美国白人中，90％的强直性脊柱炎患者为HLA-B27，而正常人HLA-B27仅为9％，表明HLA-B27与强直性脊柱炎的发生呈高度相关。需要指出的是，这种“相关性”只是一种统计学的概念，并不表明两者之间有绝对的因果关系，因为除了HLA之外，其它基因及许多未知的环境因素都可能影响疾病的发生。HLA与某疾病的相关程度常用相对危险性（relativerisk，RR）表示，这是带有某种HLA抗原的人群发生某种疾病的频率与不带该抗原的人群发生某病频率的比值，其公式为： RR＝患者（Ag+/Ag－）／对照（Ag+/Ag－） RR数值越大，表示某病与该抗原的相关性越强。一般地说，RR值大于3就表示相关性较强；但是如果某抗原在患者中出现的频率低于20％，即使RR值很大，也无较大意义。表6-2列出了几种疾病与HLA的RR数值。 表6-2HLA与某些疾病的相对危险性

疾病	HLA	RR
霍奇金病	A1	1.4
特发性血色素沉着症	A3	8.2
先天性肾上腺皮质增生	B47	15.4
强直性脊柱炎	B27	87.4
急性前葡萄腺炎	B27	10.4
亚急性甲状腺炎	B35	13.7
银屑病（牛皮癣）	Cw6	13.3
疱疹性皮炎	DR3	15.4
乳糜泻	DR3	10.3
特发性阿狄森病	DR3	6.3
突眼性甲状腺肿	DR3	3.7
胰岛素依赖型糖尿病	DR3	3.3
	DR4	6.4
重症肌无力	DR3	2.5
	D8	2.7
系统性红斑狼疮	DR3	5.8
多发性硬化	DR2	4.1
类风湿性关节炎	DR4	4.2
天疱疮	DR4	14.4
慢性甲状腺炎（桥本病）	DR5	3.2
恶性贫血	DR5	5.4

MHC在HLA相关疾病中的作用机制目前尚不十分清楚，抗原决定簇选择（determinantselection）学说部分地解释了MHC的作用：①某些自身抗原的抗原片段与某个或几个特定HLA抗原的结合力比与其它HLA分子的结合力高得多，因此带有该特异性HLA分子的个体较易针对此抗原产生MHC限制性的免疫应答，引起自身免疫病；②某些HLA分子与病原体的某些抗原相同（共同抗原），不能有效地产生对该病原体的免疫应答，导致机体对该病原体所致的感染性疾病的易感性增强。虽然决定族选择学说还未得到证实，但是许多动物实验结果均支持这一学说。 （四）MHC与法医学 HLA是体内最复杂的多态性基因系统，其表现型数以亿计，两个无血缘关系的个体很难具有完全相同的HLA，而且HLA终身不变。因此HLA检测至少具有两方面的意义：①由于HLA具有单倍型遗传的特点，每个子代均从其父母各得到一个单倍型，因此可用于亲子关系鉴定。②如用分子生物学方法，尚可对极少量的陈旧性标本进行检测，在法医学上可用于凶犯身份鉴定和死者身份鉴定。 （五）MHC与人类学研究 不同民族的种族起源等人类学研究可从多方面进行，如历史、文化、语言、体质和基因等，其中唯基因受外界环境的影响最小，故其意义最大。因为HLA的基因连锁不平衡，某些基因或单倍型在不同种族或地区人群的频率分布有明显差异，故在人类学研究中可为探讨人类的源流和迁移提供有用的资料。