羊MHC基因与疾病相关性研究进展

宋晓越，屈 雷，史 雷，刘锦旺，朱海鲸，李陇平

(榆林学院 陕西省陕北绒山羊工程技术研究中心，陕西 榆林 719000)

主要组织相容性复合体(Major histocompatibility complex,MHC)基因是广泛存在于脊椎动物染色体上的一段紧密连锁且高度多态的多基因家族。MHC基因可编码种类极为丰富的产物，主要用于呈递抗原从而引起机体的免疫应答。众多研究表明，MHC基因与抗病性及繁殖成功率密切相关[1]。

羊隶属于偶蹄目羊亚科，除肉用和毛用外，羊奶、羊血、羊骨、羊肝和羊胆等还具较高药用价值，可治疗多种疾病。近年来，我国许多农户依靠养羊而大发“羊财”。但在养殖过程中存在着众多的疫病危害，例如结核病和布鲁菌病，都属于人兽共患病，严重危害人畜的健康，对养羊户和社会造成巨大的经济损失。目前，对疫病的防治主要采用消毒、疫苗防控和药物治疗等方式，虽起到一些作用，但每年各地仍有一定规模的疫情暴发，威胁人畜健康，对养殖业也造成较大冲击。如何从根本上减少疫病感染，提高羊的抗病性能已成为一项急待解决的重要课题。目前，国内外研究已发现MHC基因与多种动物的抗病性紧密相关[2]，从而使MHC基因成为了家畜抗病育种的新希望。因此，本文总结了近年国内外对羊MHC基因与抗病相关性的研究进展，旨在为羊等家畜的疫病预防提供新的思路，并展望基于MHC基因提高羊等家畜免疫力和抗病性能的前景。

1 MHC基因结构与特点

依据基因的功能，MHC基因可分为I类、II类和III类3个亚家族。每一亚家族中又包含着若干个基因座位，研究表明，这些基因座位中很多都具有高度的多态性。I类与II类MHC分子能够分别呈递内源性和外源性的抗原，参与调节机体的免疫反应[3]；III类分子主要是一些补体成分。

绵羊MHC称为绵羊白细胞抗原(Ovine leucocyte antigen,OLA)，位于20号染色体上；山羊的MHC简称为GOLA。研究表明，羊的MHC基因具有丰富的多态性，特别是在DQ和DR区。而MHC基因的多态性水平恰恰反映了物种对疾病的抵御能力和种群的生存能力。这是由于不同MHC分子的抗原结合位点(Antigen binding site,ABS)构成不同，因此能够呈递的抗原种类也有差异，从而可抵御种类繁多的病原体[4]。

2 羊MHC基因与疾病的相关性

目前，已有大量研究表明，羊MHC基因确实与数十种疾病的抗性或易感性相关。其中大部分是由细菌、病毒等微生物引发的传染病和寄生虫病(见表1)。

2.1 由细菌、病毒等微生物引发的传染病 在绵羊中，Hulme等[5]发现，MHC基因的多态性和蛇形毛圆线虫病相关。Litchfield等[6]研究表明，MHC基因与绵羊对腐蹄病的抵御有关系。随后有报道发现，OLA-I、DRB1、DY和C4基因与绵羊胃肠道线虫病相关；OLA-DRB1的多态水平与绵羊对慢性进行性肺炎和肺腺癌(OPA)的抵御能力有关[7-8]。但也有报道表明，MHC基因与疾病无显著的相关性[9]。我国众多研究者也在积极开展绵羊MHC基因与疾病抗性的研究，并获得了丰硕的成果。刘秀等[10]发现，虽然藏绵羊MHC等位基因的种类与国外品种存在差异，但仍可推断出DQA2*F和DQA2*L等位基因具有较强的抗腐蹄病潜力。类似的结果在Chios羊的DQA2中也得到了证实[11]。陈月娥等[12]发现，中国美利奴羊DRB1基因SNP 109C > T位点与布鲁菌病有关，Hap8和Hap9单倍型在病例组中的频率均显著高于正常组(P<0.05)，推测这2种单倍型和布鲁菌病的易感性有关。随后DQB2基因也被发现与布鲁菌病易感性呈显著相关[13]。还有报道表明，巴什拜羊和盘羊的DRB3与支原体肺炎有关[14]；甘肃高山细毛羊、小尾寒羊的DQB1和DRB1基因与乳房炎有关[15-16]。

在山羊中，Ruff和Lazary首次证明了导致关节炎的CAE病毒(Caprine arthritis-encephalitis virus)受MHC系统的影响[17-18]。之后相继发现DRB位点与羊副结核病的抗性及易感性相关[19]；DYA位点还与由立克次氏体引起的心水病的易感性有关[20]；高山野山羊的MHC杂合性与对角膜结膜炎的抗性显著相关[21]等。

2.2 寄生虫病 研究发现，多个品种的绵羊DRB基因都与对线虫的抗性和易感性有关；哈萨克绵羊的DRB1基因、多浪羊和中国美利奴羊DQB1、DRB1基因的若干个位点都分别与棘球蚴病(包虫病)的抗性和易感性相关[22-26]。

在山羊中，发现GOLA-DYA基因与线虫病的易感性有关[20]；Corley等[27]发现肉用山羊的DRB1*1101等位基因表达量在被线虫感染的山羊组中显著高于抗性山羊组(P<0.05)，说明是线虫病的易感性等位基因。

3 MHC基因的抗病机制

研究表明，I类和II类MHC基因都具有很高的多态性，特别是在抗原结合位点。MHC基因正是借助于表达出的高度变异的抗原结合区来抵御种类繁多的病原体。MHC基因的抗病机制主要表现在抗原结合区和特定的抗原肽能否结合以及结合能力的强弱。而MHC基因的多态性则直接影响着抗原结合区的蛋白质组成与构象，从而形成与特定的抗原肽在结合能力上的差异。可以说，MHC基因的高度多态性是物种抵御病原体的一个良好表征，而且对于适应性进化和免疫的研究都具有意义。邢凤等[28]发现，波尔山羊、莱芜黑山羊和鲁波山羊DQA2及DQB1基因都具有较高的多态性，并且揭示了DQA2和DQB1基因都与血液免疫指标存在着一定的相关性。惠文巧等[29]对不同MHC基因型的哈萨克绵羊人工感染细粒棘球病，发现抗性组表现出以抗体IgE和IgM以及Th1细胞因子为优势的分泌，这提示着具有抗性MHC基因型的绵羊可能受其高水平细胞因子和抗体的作用而表现出强的抗病能力。蒋松等[30]利用哈萨克绵羊MHC基因的DRB1-MvaⅠbc-SacⅡab-Hin1Ⅰab单倍型对细粒棘球蚴病的抗性来区分不同基因型的哈萨克绵羊，分别将抗病羊和非抗病羊人工感染细粒棘球蚴病一定时间后取小肠组织做Solexa深度测序，发现miRNA的差异表达主要涉及表皮细胞细菌入侵、代谢途径和肿瘤通路等，说明上述途径中有可能具有和宿主抗病性相关的调控机制，而特定的MHC基因型与免疫相关基因的表达有联系。类似的方法还推测在哈萨克绵羊中高表达的PPA1基因可能和MHC抗性基因型有关，绵羊可通过PPA1在机体能量供给中的重要作用来抵抗细粒棘球蚴病[31]。

研究发现，MHC基因与气味相关，在亲缘关系近的个体中MHC基因型差异较小，个体间的气味也较相近。而动物一般喜欢与气味差异大的个体交配以避免近交可能带来的疾病风险，这种行为维持了MHC的多态性，也促进了MHC杂合个体的增加。众所周知，杂合个体具有的杂合子优势，其在抵御疾病的能力上更强；且MHC基因是共显性基因，杂合个体能够呈递更多种类的抗原，从而具有更广泛的抗病性。Schaschl等[32]认为，在雄性中随年龄增加的DRB杂合子比例表明MHC杂合的雄性寿命比纯合子高，这说明MHC基因通过杂合子优势介导的免疫反应对雄性的重要作用。

表1 羊MHC基因与疾病的相关性研究汇总

在进化中，宿主与病原体之间能形成“共进化”模式：原本可以抵御病原体的MHC基因型会被不断进化的病原体适应，以致不再具有较强的抗病性，这时在宿主中如果产生一个新的等位基因，则病原体短期内还不能适应，所以这个新等位基因就可以凭借较强的抗病性在宿主中保留。如此循环就产生了大量的MHC等位基因，可产生出大量非同义替换的SNP从而影响MHC分子的结构和功能[33-34]，进而引发对疾病反应的差异。这种新的等位基因可被看作是一种“好基因”，该基因不仅具有抵御病原体的潜力，还可以通过表形吸引异性，从而将“好基因”在种群内传播，提高群体的免疫力。Eide等[35]对山羊和其他动物的研究发现具有特定的MHC I类等位基因的动物比没有这一等位基因的动物免疫力更高，说明特定的MHC基因可能通过“好基因”的方式影响着动物的抗病能力。

4 羊MHC基因的应用与前景

近年来，国内外对MHC基因的大量研究对探索某些疾病的免疫性、基因预测和早期预防都有着重要的意义，也为动物的抗病育种提供了理论支撑。

目前，有研究者已将部分发现应用于疾病检测上。例如绵羊的腐蹄病一般采用药物防治但不易控制病情还可能有药物残留的风险，而国外已将DQA2基因作为抗腐蹄病的标记，并应用于抗病选育的商业化检测中，林肯大学通过检测MHC基因的2个基因座位来评估腐蹄病的感染风险，从而可提供具腐蹄病抗性的种羊[36]。我国研究者发明了藏绵羊腐蹄病抗性检测试剂盒，通过检测DQA2基因外显子2的多态性来判断羊只对腐蹄病的抗性，从而确定是否留种[37]。

在繁殖方面的研究发现，河西绒山羊DQB2基因外显子3的CF基因型可能与流产抗性有关[38]。罗玉柱等[39]也发现具有DRB1*18等位基因的河西绒山羊更易发生流产，而DRB1*03和DRB1*11等位基因则与流产病的抗性相关；并以此为基础发明了山羊流产病检测试剂盒，可快速判断羊只抗流产能力的强弱从而指导选育。

但是，迄今为止，对羊MHC基因的研究仍不够全面和深入，大多数研究都集中在II类基因的DQ和DR区，且研究方法也较为单一。因此，如何充分利用我国丰富的绵羊及山羊品种资源，深入挖掘MHC基因和抗病性的联系，在抗病育种领域和农牧区经济的提升中都具有十分重大的意义。此外，Yakubu等[40]发现尼日利亚山羊的DRB基因与耐热性有关。还有研究表明，MHC基因和动物存活率[41]、繁殖、嗅觉、配偶选择[42]及亲缘识别等相关。提示着MHC基因在种群生存发展和抗病育种研究外还有更多有意义的探索方向。