脊椎動物的主要組織相容性復合體基因研究進展

林友福 俞耀飛 李金江 邵偉偉 張凱波

(浙江省麗水學院生態(tài)學院 麗水 323000)

主要組織相容性復合體(major histocompatibility complex, MHC)與免疫系統(tǒng)有著不可分割的關系，它是由緊密連鎖的高度多態(tài)的基因位點所組成的染色體上的一個遺傳區(qū)域，其編碼的產物分布于各種細胞膜上，參與抗原呈遞，并具有動物遺傳的多樣性，與動物的抗病性和生產性狀相關[1]。上世紀50年代，在小鼠中首次開展了MHC基因的研究工作，之后陸續(xù)發(fā)現(xiàn)MHC基因在其他哺乳類和鳥類的不同染色體上均有分布[2]；此外，在低等脊椎動物(如魚類[3]、兩棲類[4]和爬行類[5])中也同樣發(fā)現(xiàn)存在MHC基因。本文概述MHC基因的結構和功能，以及不同類群脊椎動物中MHC基因的研究進展。

1 MHC基因的結構和功能

1.1 結構 研究發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)脊椎動物的MHC基因位于同一條染色體上[6]。根據(jù)表達產物類型，MHC基因通常可分為Ⅰ、 Ⅱ和Ⅲ類。這三類基因都是由多基因座組成，但在結構組成、表達組織的類型、刺激的T細胞的類群及多態(tài)性演化方面都不相同。Ⅰ類基因座位單個出現(xiàn),Ⅱ類基因座位成對出現(xiàn),而Ⅲ類基因則位于Ⅰ和Ⅱ類基因之間，包含編碼補體成分和其他血清蛋白的基因，主要基因產物為C2、 C4和B因子等。每個基因座位都存在著數(shù)量不等的等位基因，它們是MHC基因多態(tài)性的一個重要因素。由于MHC基因呈共顯性表達，所以在同一個體細胞表面可存在多種不同的MHC分子。

1.2 功能 在MHC基因中，有些是直接參與抗原遞呈的，包括Ⅰ及Ⅱ類基因；有些是免疫相關基因，其表達產物參與抗原遞呈過程，并激發(fā)免疫應答，包括Ⅲ類分子中的補體、腫瘤壞死因子-α(TNF-α)、腫瘤壞死因子-β(TNF-β)、熱休克70kDa蛋白(HSP70)及新發(fā)現(xiàn)的低分子量蛋白質(LMP)和抗原加工相關轉運體(TAP)等；還有些則與免疫功能無關。MHC分子中存在具有多態(tài)性的抗原結合位點。MHC除與免疫、疾病有緊密聯(lián)系外，還因MHC基因的進化速度比較快而使其具有高多態(tài)性，為進化機制提供了平衡選擇。

2 不同類群脊椎動物MHC基因的研究進展

2.1 魚類 硬骨魚中，MHC Ⅱ類基因在不同染色體位置上有一定的變異性，而MHC Ⅰ類基因則相對保守；不過，在軟骨魚中這兩種基因均較為穩(wěn)定[7]。MHC基因與魚類抗疾病的能力有較大關聯(lián)并表現(xiàn)出遺傳多樣性[8]。種群內不同個體對突發(fā)性外界傳染性病原體易感性的提高、抗病能力單一化以及生存能力下降，都與MHC基因多樣性水平降低有關；在不同病原體的抗性研究中，大麻哈魚的MHC ⅡB位點雜合個體的存活率明顯升高，且此基因在不同的魚體中的表達有差異[9]。與疾病相關的MHC基因具多態(tài)性及連鎖不平衡等特點，適于研究魚類的遺傳基礎，也可為魚類抗病性的育種提供依據(jù)。

2.2 兩棲動物 20世紀70年代，研究證明兩棲動物也具有MHC基因[10]，且MHC基因的整個結構在兩棲動物中表現(xiàn)出高度的保守性。因此，兩棲動物被認為是研究MHC進化的理想動物模型。此外，以MHC基因位點作為遺傳標記，已經推斷兩棲動物與更高等脊椎動物的分化時間約為3.5億年前[11]。

2.3 爬行動物 爬行動物MHC分子也主要包括Ⅰ和Ⅱ類分子。其中MHC Ⅰ類分子沒有特異性，幾乎分布在所有有核細胞表面，但在不同組織細胞的表達水平可能存在一定差異；而MHC Ⅱ類分子分布較局限，一般表達在抗原遞呈細胞上[12]。MHC Ⅰ類基因在爬行動物中首次發(fā)現(xiàn)于綠叢林蜥(Ameivaameiva)及北水蛇(Nerodiasipedon)[5]。與其他脊椎動物MHC Ⅰ類基因表達的導肽(leading peptide)區(qū)、跨膜相關的結構域以及胞質區(qū)結構域等進行比較，發(fā)現(xiàn)爬行動物的MHC Ⅰ類基因所表達的蛋白質中氨基酸殘基含量較少，并呈現(xiàn)相對的保守狀態(tài)[5]。

2.4 鳥類 MHC基因標記技術是保護生物學研究的一種有效的手段，適于種群內及種群間與進化及適應過程相關課題的研究。鳥類中MHC的研究在雀形目和雞形目中進行得較多[13]。研究表明MHC基因與鳥類的種群有關，且具有一定的變異性。例如，雀形目MHC Ⅰ類和Ⅱ類基因中的內含子及基因間的區(qū)域具有的復雜結構與雞形目不同[14]。研究發(fā)現(xiàn)，斑胸草雀(Poephilaguttata)的1個MHC基因位置與雞不同，且沒有明顯的Y位點[15]。

2.5 哺乳動物 哺乳動物的MHC基因幾乎分布在同一條染色體上[6]。MHC常用于哺乳動物進化的分子標記。例如，通過建立MHC Ⅰ類基因的特異性基因型和單倍型的分型方法搭建分子標記系統(tǒng)，完成了大熊貓野外個體的山系遺傳變異、分化和適應性進化的多態(tài)性維持機制的研究工作。此外，MHC還可用于哺乳動物遺傳多樣性的研究。例如，對馬進行的分子遺傳多樣性研究揭示，馬的MHC Ⅱ類基因區(qū)中4個功能基因的第2外顯子都具有多態(tài)性。

3 展望

因為MHC基因的進化速度比其他與免疫密切相關的基因家族快，并且具有較高的多態(tài)性，所以其可為進化機制提供平衡選擇。從魚類到哺乳動物，MHC不斷完善，從進化角度來看這是生物高度適應環(huán)境的結果，有利于物種的分化和多樣性。MHC遺傳標記對于種群遺傳結構及變異性的分析、保護遺傳學以及物種進化的研究等都具有重要的意義。MHC基因還與抗病能力有關，對于脊椎動物的抗病性研究也有著重要的意義。相信隨著MHC基因研究的深入，將為物種進化研究以及人類的健康事業(yè)做出更多的貢獻。