豬抗病基因SLA的研究進展

錢藝璠，孫海潮，關軒承，楊明華，唐佳睿，趙彥光，趙素梅*

（1.云南農業大學動物科學技術學院，云南昆明 650201；2.景洪市動物衛生監督所，云南景洪 666100；3.云南省畜牧獸醫科學院養豬與動物營養研究所，云南昆明 650244）

主要組織相容性復合體（Major Histocompatibility Complex，MHC）這一概念是由美國著名遺傳學家GEORGE D.SNELL 在1956 年研究小鼠移植排斥反應時提出的。到目前為止，國內外已有許多研究者對MHC 做了大量的研究，研究結果表明，哺乳動物的MHC 是基因組中基因最密集的區域之一，包含了已知參與病原體應答和自身免疫控制的多態性組織相容性基因家族。編碼MHC 的基因是由若干位點的染色體區段組成的連鎖群，其主要分布于脊椎動物染色體的特定區域［1-2］。

早在1970 年，科學家VIZA D 等就首先提出了豬的MHC 這一概念［3］，因于 MHC 基因產物分布于白細胞的表面，故又稱為豬白細胞抗原（Swine Leukocyte Antigen，SLA）。SLA 是一個復雜的遺傳系統，它為研究基因組的表達調控和遺傳多樣性提供了非常多的模型系統［4］。SLA 是一組不連續的、連鎖不平衡的基因，其遺傳方式為單倍型遺傳，并且具有高度的多態性與特異性。經過科學家們大量研究發現，SLA 基因的結構和功能緊密地聯系著動物對疾病的抵抗能力及動物的生產性能，并且由它編碼細胞表面的糖蛋白在抗原呈遞、器官的移植、免疫應答及調控方面起著重要的作用［5］。

在養殖業發展過程中，動物疾病嚴重威脅著畜禽健康，導致畜禽產品質量、產量下降或直接造成動物的死亡，給畜牧業造成巨大的經濟損失，阻礙著畜牧業的快速發展。隨著分子生物學和分子遺傳學等科學研究的進步，為得到抗病能力強的動物品種，抗病基因逐漸受到人們的關注，并成為研究的熱點。

1 SLA的分類及特點

SLA 位于豬的第7 號染色體著絲粒兩邊，由3 個基因簇或區域組成，即I 類基因、Ⅱ類基因和Ⅲ類基因，其中SLA-Ⅱ類區域位于長臂上，而靠近絲粒端的是SLA-Ⅲ類與靠近端粒的I 類區域相連接［6］。

SLA-I 類基因是重鏈（α 鏈）與輕鏈β2 微球蛋白（β2 m）以非共價結合而構成的糖蛋白［7-8］；因其肽鏈的多態性取決于這些蛋白的功能區，故基因的多態性存在于每個基因的一或二外顯子內；其α 鏈具有多態性，但β 2 m 是單態的。I 類分子廣泛存在于機體所有有核細胞表面，且在淋巴細胞表面分布最多，是誘導機體產生免疫應答的主要抗原，亦為誘導細胞毒性T 淋巴細胞（Cytotoxic T Lymphocyte，CTL）識別、直接殺傷靶細胞的分子。許多SLA-I 類基因已被測序，大多數為cDNA。通過反轉錄（RT-PCR）和測序，從cDNA 中鑒定了幾種SLA-I 類單倍型［9］。按照傳統分類法可知SLA-I 類基因至少有3 個位點A、B、C，其產物SLA 分別為SLA-A、SLA-B、SLA-C，并且與人類主要組織相容性復合體（Human Leukocyte Antigen，HLA）的I 類基因十分相近。相對來說，在哺乳動物中MHC-I 類基因在豬上的表達量較少，在人和嚙齒動物中表達量較多［1-2］。

由于SLA-Ⅱ類基因由α 鏈和β 鏈以非共價鍵組成，其分布較窄，所以只在B 細胞、抗原呈遞細胞和激活的T 細胞表面，參與呈遞外來抗原，約束輔助性T 細胞的識別功能［10］。SLA-Ⅱ類分子或SLA-Ⅱ類抗原是由SLA-Ⅱ類基因編碼的一類細胞表面跨膜蛋白，主要位于調節T 細胞、吞噬細胞、淋巴細胞和豬的血漿上皮細胞中。Ⅱ類基因主要有DRA、DRB、DQA、DQB、DOB、DPA、TAP 及LMP 等。因為Ⅱ類的多等位基因決定了有多種SLA-Ⅱ類的分子，從而能結合不同的抗原，能夠調控外源性抗原和疫苗的免疫應答反應［11］。外源性抗原（如細菌抗原、外源蛋白、滅活疫苗等）在線粒體或溶酶體中與SLA-Ⅱ類分子結合，然后遞呈給協助CD4+T 淋巴細胞，從而觸發免疫反應。目前也發現，SLA-Ⅱ類分子在一定條件下也可遞呈內源性抗原片段［12-13］。

SLA-Ⅱ類分子在免疫應答中起重要的調控作用，主要是對外源性抗原的呈遞。其中SLA-Ⅱ類基因中遺傳多態性最為豐富的區域為DR 和DQ 亞區，這2 個區域在控制機體的免疫應答和免疫調節中發揮著極為重要的作用，并且與豬的抗病能力密切相關。至今為止總共發現了167 個SLA-Ⅱ類等位基因，因SLA-Ⅱ類基因第二外顯子的編碼序列的區域是直接編碼的抗原結合區，所以具有高度多態性，是近年來SLA-Ⅱ類等位基因的研究重點［13］。近年來，國內外對豬SLA-Ⅱ類區域的DRB 和DQB 基因研究較多，關于DQA 基因的研究相對來說較少。在Ⅱ類分子中的α1和β1鏈上，特別是β1鏈有著較高多態性，編碼α1和β1結構域的Ⅱ類基因外顯子2 也有著較高多態性，有利于機體適應不同外來抗原［14］。

SLA-Ⅲ類基因位于SLA-I 和SLA-Ⅱ類基因之間，在Ⅲ類基因區域內共有36 個基因被定位，有的編碼與免疫相關，有的卻與免疫系統無明顯關聯；其主要作用是控制某些補體成分及受體的產生，但是產物一般不參與抗原呈遞過程［15-17］。

SLA 分子決定著T 淋巴細胞受體（T Cell Receptor，TCR）特異性識別抗原，SLA 等位基因的不同就可能會導致同一種抗原肽進入不同的SLA 分子抗原結合區（Peptide Binding Region，PBR），從而造成各個機體的免疫反應不同。同一個TCR 用一種抗原，但是抗原呈遞細胞（Antigen Presenting Cells，APC）的基因型不同，對T 細胞的刺激也是不同的，同一基因型的APC 結合不同的抗原對同一種T 細胞就會有不同強度的刺激［17］。

因豬對疾病的抵抗能力的差異取決于不同的基因多態性，所以為了以后豬的抗病育種需要對不同SLA 類基因進行分型，并尋找不同類型的基因與抗病能力之間的關系。

2 SLA的多態性

基因多態性又被叫作基因組的個體差異，主要由基因突變、人工選擇、自然選擇等因素導致，主要指在基因組水平上由單個核苷酸（Single Nucleotide Polymorphism，SNP）的變異所引起的DNA 序列的多態性。組織相容性抗原包括眾多復雜的抗原系統，均由相應的基因編碼，根據引起排斥反應的移植抗原的強度將組織相容性抗原分為主要組織相容性抗原系統和次要組織相容性抗原系統2 類。

SLA 發現以來，其最顯著的特性就是是具有遺傳多態性。因對SLA 多態性的研究有助于發現和疾病相關的基因，所以全球各國對SLA 多態性展開了廣泛的研究。SLA 基因多態性的水平被認為是種群的抗病能力和生存能力的重要指標，其作為與機體免疫相關的基因，因各個體的生存環境、氣候地理條件等因素的不同，也會導致SLA 基因多態性水平不同，相對應的具有不同SLA 基因多態性的豬對疾病的抵抗力也存在著差異。大量研究表明，SLA 基因具有高度的多態性，并且這種高度多態性與基因的突變、選擇、重組和基因轉變與遺傳作用有著較為密切的關聯。在基因組中，SLA 是多態性最為豐富的區域，對SLA 的遺傳變異分析可以提供物種遺傳水平多樣性的信息，具有重要的生物學意義［18-19］。

國內已有許多關于SLA 基因多態性研究。包文斌等通過基因多態性分析，共檢測到野豬和國內外17 個家豬品種SLA-DRB 基因第2 外顯子的4 個等位基因和10 種基因型［20］；母童等通過對煙臺黑豬SLA-DQB 基因外顯子2 進行Hae-Ⅲ限制性內切酶消化后發現酶切位點突變偏離了Hardy-Weinberg 平衡［21］，這說明煙臺黑豬的遺傳多態性較為豐富；奚衍洋等對采自吉林省長春市豬場里20 頭不同長白豬個體SLA-Ⅱ-DRB1 第2 外顯子的多態性進行了研究［22］，通過遺傳多態性分析可以看出豬的DRB1 基因是具有高度多態性的；中國農科院哈爾濱獸醫研究所實驗動物與比較醫學團隊對融水小型豬的SLA 基因多態性進行了分析，在其8 個多態位點上一共鑒定出42 個等位基因，存在7 個SLA-I 類和6 個Ⅱ類單倍型［23］。

由于各豬種的生存環境不同而導致其面臨著不同的平衡選擇壓力，SLA 基因的高度多態性正是這種選擇壓力的體現。

3 SLA的抗病性

因SLA 基因參與了免疫反應中的抗原呈遞過程，有相關研究發現并證明了SLA 與許多動物疾病的抗病性、易感性及動物的免疫應答有著諸多關聯，進而能夠成為抗病能力的候選標記基因。作為與免疫相關的功能基因，SLA-I 類基因和SLA-Ⅱ類基因在免疫系統中的表達水平均較高，這是機體免疫水平的重要表現，也可能是影響豬的抗逆性和免疫水平的主要因素。由于病毒變異頻繁且在豬的體內可能會引起機體持續性感染，使得研發出的疫苗無法完全控制某些疾病的流行，因此抗病育種和研究十分重要。SLA-Ⅱ類基因與許多疾病的抗性、易感性和免疫應答能力之間有著明確的相關性，例如存在于DR 亞區的DRB、DQB 基因第2 外顯子編碼區是SLA抗原分子最重要的抗原結合區，該位點表現出了高度的多態性；其多態性水平的降低可能會導致種群內個體對某些傳染病的易感性增高，導致種群抗病能力、生存力下降，不利于種群的遺傳保護［24］。

有研究發現SLA 抗原與豬對各種疾病的抗性和易感性有著不同程度的相關。KLAUS 等對2 個品種的豬進行研究后發現，SLA 基因與豬繁殖與呼吸綜合征、豬偽狂犬病及支原體肺炎有著一定的關聯［25］；楊巧麗等研究結果顯示，SLA-DRA 基因外顯子1、2、4 存在多態性，其多態性與仔豬腹瀉相關，可作為豬抗病育種輔助選擇應用中一個潛在的標記位點［26］；母童等對煙臺黑豬SLA-DQB 基因外顯子2 多態性及其與仔豬腹瀉進行了關聯分析，發現仔豬腹瀉的易感性和抗病能力和不同的基因型密切相關［21］；漫曉丹在對豬的SLA-DRB1 基因與豬繁殖與呼吸綜合征病毒（Porcine Reproductive and Respiratory Syndrome，PRRSV）抗性的關聯研究中發現，SLA-DRB1 作為豬MHC-Ⅱ類基因中所具有功能的能夠表達的基因之一，在抗原的識別與遞呈、免疫應答與調控等方面發揮著異常重要的作用［27］。以上的研究結論均可以幫助育種者有選擇性地增加與提高抗病性相關的SLA 等位基因的基因頻率，為提高豬的抗病性能提供參考。

由于豬的一些生理上的遺傳特征與人類較相似且繁殖周期較短，特別是部分SLA 基因結構與HLA 相似，SLA 復合體在異種移植組織和器官中為識別自我和非我的實驗中構建了非常好的模型，所以豬已成為異種器官移植的研究上較為理想的生物醫學模型和供體。不斷增加的移植等待者和供體器官供應數量之間存在巨大差距，全世界器官移植和細胞移植都面臨著挑戰。全球范圍內捐獻的人體器官和組織的短缺促使人們努力通過基因工程等研究，將豬作為人類患者異種移植的潛在來源［28-29］。現已有對豬的腎臟、心臟、胰島等器官和組織進行移植的試驗和研究，以及毒理學和藥物篩選、使用等領域的研究［30-32］；在一些研究中，豬的SLA 已顯示出對于機體各類特殊的免疫參數的影響，如在大白豬種群中發現了SLA 復合物和補體溶血的活性有關［16］。

4 SLA研究意義及展望

豬肉提供了豐富的動物性蛋白質，為了確保動物的健康和食品安全，大部分國家和地區通過接種疫苗的方法來預防傳染病。盡管各國有研發出相關的藥物用于預防和治療動物的疾病，但依舊無法從根本上對動物疾病進行控制和消滅。豬的抗病育種是一項復雜的、系統性的工程，應該從遺傳素質上來提高豬對病原的抗性，并結合免疫接種對豬的疾病進行控制，所以SLA 與抗病能力的研究成為當下研究的熱點。隨著對SLA 研究的深入，有關疾病的致病基因、候選基因、特殊的致病等位基因及SLA 單倍型等不斷被發現，進而利用SLA 與疾病抗性的關聯來提高豬抗病能力就會相對容易。

隨著對SLA 的進一步研究，SLA 分子在機體調節免疫應答、參與免疫反應及在人-豬異種器官和組織移植中的生物醫學功能等將進一步被發掘。根據現代養豬業不同的生產和需要及人類對動物性食品安全要求的不斷提高，可以通過了解和研究不同的SLA 類基因分型，為輔助選擇培育具有抗病性的豬種提供更加完善的理論基礎，在家畜抗病育種方面發揮積極作用。