脊椎动物的主要组织相容性复合体基因研究进展

林友福 俞耀飞 李金江 邵伟伟 张凯波

(浙江省丽水学院生态学院 丽水 323000)

主要组织相容性复合体(major histocompatibility complex, MHC)与免疫系统有着不可分割的关系，它是由紧密连锁的高度多态的基因位点所组成的染色体上的一个遗传区域，其编码的产物分布于各种细胞膜上，参与抗原呈递，并具有动物遗传的多样性，与动物的抗病性和生产性状相关[1]。上世纪50年代，在小鼠中首次开展了MHC基因的研究工作，之后陆续发现MHC基因在其他哺乳类和鸟类的不同染色体上均有分布[2]；此外，在低等脊椎动物(如鱼类[3]、两栖类[4]和爬行类[5])中也同样发现存在MHC基因。本文概述MHC基因的结构和功能，以及不同类群脊椎动物中MHC基因的研究进展。

1 MHC基因的结构和功能

1.1 结构 研究发现，大多数脊椎动物的MHC基因位于同一条染色体上[6]。根据表达产物类型，MHC基因通常可分为Ⅰ、 Ⅱ和Ⅲ类。这三类基因都是由多基因座组成，但在结构组成、表达组织的类型、刺激的T细胞的类群及多态性演化方面都不相同。Ⅰ类基因座位单个出现,Ⅱ类基因座位成对出现,而Ⅲ类基因则位于Ⅰ和Ⅱ类基因之间，包含编码补体成分和其他血清蛋白的基因，主要基因产物为C2、 C4和B因子等。每个基因座位都存在着数量不等的等位基因，它们是MHC基因多态性的一个重要因素。由于MHC基因呈共显性表达，所以在同一个体细胞表面可存在多种不同的MHC分子。

1.2 功能 在MHC基因中，有些是直接参与抗原递呈的，包括Ⅰ及Ⅱ类基因；有些是免疫相关基因，其表达产物参与抗原递呈过程，并激发免疫应答，包括Ⅲ类分子中的补体、肿瘤坏死因子-α(TNF-α)、肿瘤坏死因子-β(TNF-β)、热休克70kDa蛋白(HSP70)及新发现的低分子量蛋白质(LMP)和抗原加工相关转运体(TAP)等；还有些则与免疫功能无关。MHC分子中存在具有多态性的抗原结合位点。MHC除与免疫、疾病有紧密联系外，还因MHC基因的进化速度比较快而使其具有高多态性，为进化机制提供了平衡选择。

2 不同类群脊椎动物MHC基因的研究进展

2.1 鱼类 硬骨鱼中，MHC Ⅱ类基因在不同染色体位置上有一定的变异性，而MHC Ⅰ类基因则相对保守；不过，在软骨鱼中这两种基因均较为稳定[7]。MHC基因与鱼类抗疾病的能力有较大关联并表现出遗传多样性[8]。种群内不同个体对突发性外界传染性病原体易感性的提高、抗病能力单一化以及生存能力下降，都与MHC基因多样性水平降低有关；在不同病原体的抗性研究中，大麻哈鱼的MHC ⅡB位点杂合个体的存活率明显升高，且此基因在不同的鱼体中的表达有差异[9]。与疾病相关的MHC基因具多态性及连锁不平衡等特点，适于研究鱼类的遗传基础，也可为鱼类抗病性的育种提供依据。

2.2 两栖动物 20世纪70年代，研究证明两栖动物也具有MHC基因[10]，且MHC基因的整个结构在两栖动物中表现出高度的保守性。因此，两栖动物被认为是研究MHC进化的理想动物模型。此外，以MHC基因位点作为遗传标记，已经推断两栖动物与更高等脊椎动物的分化时间约为3.5亿年前[11]。

2.3 爬行动物 爬行动物MHC分子也主要包括Ⅰ和Ⅱ类分子。其中MHC Ⅰ类分子没有特异性，几乎分布在所有有核细胞表面，但在不同组织细胞的表达水平可能存在一定差异；而MHC Ⅱ类分子分布较局限，一般表达在抗原递呈细胞上[12]。MHC Ⅰ类基因在爬行动物中首次发现于绿丛林蜥(Ameivaameiva)及北水蛇(Nerodiasipedon)[5]。与其他脊椎动物MHC Ⅰ类基因表达的导肽(leading peptide)区、跨膜相关的结构域以及胞质区结构域等进行比较，发现爬行动物的MHC Ⅰ类基因所表达的蛋白质中氨基酸残基含量较少，并呈现相对的保守状态[5]。

2.4 鸟类 MHC基因标记技术是保护生物学研究的一种有效的手段，适于种群内及种群间与进化及适应过程相关课题的研究。鸟类中MHC的研究在雀形目和鸡形目中进行得较多[13]。研究表明MHC基因与鸟类的种群有关，且具有一定的变异性。例如，雀形目MHC Ⅰ类和Ⅱ类基因中的内含子及基因间的区域具有的复杂结构与鸡形目不同[14]。研究发现，斑胸草雀(Poephilaguttata)的1个MHC基因位置与鸡不同，且没有明显的Y位点[15]。

2.5 哺乳动物 哺乳动物的MHC基因几乎分布在同一条染色体上[6]。MHC常用于哺乳动物进化的分子标记。例如，通过建立MHC Ⅰ类基因的特异性基因型和单倍型的分型方法搭建分子标记系统，完成了大熊猫野外个体的山系遗传变异、分化和适应性进化的多态性维持机制的研究工作。此外，MHC还可用于哺乳动物遗传多样性的研究。例如，对马进行的分子遗传多样性研究揭示，马的MHC Ⅱ类基因区中4个功能基因的第2外显子都具有多态性。

3 展望

因为MHC基因的进化速度比其他与免疫密切相关的基因家族快，并且具有较高的多态性，所以其可为进化机制提供平衡选择。从鱼类到哺乳动物，MHC不断完善，从进化角度来看这是生物高度适应环境的结果，有利于物种的分化和多样性。MHC遗传标记对于种群遗传结构及变异性的分析、保护遗传学以及物种进化的研究等都具有重要的意义。MHC基因还与抗病能力有关，对于脊椎动物的抗病性研究也有着重要的意义。相信随着MHC基因研究的深入，将为物种进化研究以及人类的健康事业做出更多的贡献。