大鼠主要組織相容性復(fù)合體RT1研究進展

王淑菁，岳秉飛

(中國藥品生物制品檢定所，北京 100050)

綜述與專論

大鼠主要組織相容性復(fù)合體RT1研究進展

王淑菁，岳秉飛

(中國藥品生物制品檢定所，北京 100050)

主要組織相容性復(fù)合體在免疫應(yīng)答中起著重要作用，其多態(tài)性研究及應(yīng)答機制一直是基礎(chǔ)免疫學(xué)的熱點。大鼠基因組草圖已經(jīng)繪制完成，對于主要組織相容性復(fù)合體RT1分子水平的遺傳學(xué)，基因組學(xué)，進化及功能方面的研究日漸深入。本文主要介紹了實驗大鼠MHC復(fù)合體基因的遺傳結(jié)構(gòu)，并繪制了其物理結(jié)構(gòu)圖譜。重點闡述大鼠的RT1復(fù)合體基因的多態(tài)性研究，以及RT1復(fù)合體對大鼠的移植模型和復(fù)雜疾病模型的意義。

大鼠;RT1復(fù)合體;多態(tài)性;疾病模型

動物的主要組織相容性抗原是重要的免疫遺傳特征，具有十分重要的生物學(xué)意義。像其他物種一樣，大鼠主要組織相容性復(fù)合體RT1復(fù)合體是一類具有高度多態(tài)性、含有多個基因座并緊密連鎖的基因群，其中最典型的是I類和Ⅱ類基因，控制抗原識別特異性及適應(yīng)性免疫反應(yīng)。大鼠的 RT1，最初是通過血清學(xué)研究檢測出來［1］。本文就 RT1復(fù)合體的研究進展作概要敘述。

1 大鼠MHC遺傳結(jié)構(gòu)和基因表達

近交系BN大鼠的基因組草圖已基本完成，通過對于大小鼠及人類基因組序列分析對比，根據(jù)系統(tǒng)發(fā)育學(xué)預(yù)測大鼠和小鼠是大約在兩千萬年至四千萬年前分化成兩個物種，而嚙齒類與靈長類動物是大約在一億年前就分化開來。RT1復(fù)合(體具有與小鼠和人類MHC相同的染色體著絲粒的定位方向，但是，大鼠和小鼠的 MHC復(fù)合體著絲粒端的Cryaa圖，卻 出 現(xiàn) 在 人 類 另 一 條 染 色 體 上HSA21q23.3上。在人類MHC復(fù)合體端粒側(cè)RFP、HFE及組蛋白基因簇，其相關(guān)基因卻發(fā)現(xiàn)在大鼠的17號染色體和小鼠的 13號染色體上［2，3］。盡管MHC I型和Ⅱ型基因序列高度保守，但仍然存在有不同種屬和品系之間的微小差異，例如，大鼠與小鼠比較，在MHCⅡ端粒側(cè)M區(qū)中，大鼠有長LINE重復(fù)插入，RT1.M6雙拷貝和 RT1.M5倒置，并且，大鼠BN品系和LEW品系M區(qū)的開放讀碼框架也存在差異，提示 MHC在進化過程中的潛在動態(tài)變化［4］。

通過已建立的大鼠MHC BAC/PAC contig－based圖譜，發(fā)現(xiàn)MHC分子定位在大鼠20號染色體短臂上，長度約為3921 kb，至少包含220個基因。大鼠

圖1 大鼠RT1復(fù)合體物理結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Physical map of RT1 complex

大鼠MHC分為Ⅰ型、Ⅱ型及Ⅲ型。MHCⅠ型基因通常分為Ⅰa和Ⅰb亞類，Ⅰa型基因高度多態(tài)性，在淋巴細(xì)胞上高密度的表達，多態(tài)性主要發(fā)生在肽結(jié)合區(qū)(PBR)，有利于群體水平平衡選擇。Ⅰb型基因單態(tài)性或寡態(tài)性，限制性組織低表達。廣泛表達Ⅰa分子的細(xì)胞將抗原提呈給CD4 T淋巴細(xì)胞，Ⅰb功能尚不清楚。Ⅱ型區(qū)編碼Ⅱ類分子，將抗原提呈給CD8 T淋巴細(xì)胞。Ⅰ型和Ⅱ型基因嵌在保守的結(jié)構(gòu)基因之間，結(jié)構(gòu)基因編碼的產(chǎn)物與適應(yīng)性免疫免疫反應(yīng)中抗原加工和肽段轉(zhuǎn)運有關(guān)。Ⅲ型基因表達的產(chǎn)物包括補體系統(tǒng)(C4，Bf，C2)，腫瘤壞死因子家族(Tnf，Lta，Ltb)和熱休克蛋白70家族(Hspa/a，Hspa/b，Hspa/l)。這顯示MHC除參與適應(yīng)性免疫應(yīng)答，還與抗原非特異性和內(nèi)在免疫機制有關(guān)［3］。

2 多態(tài)性分析及遺傳檢測研究

MHC是高等脊椎動物基因組中多態(tài)性程度最高的基因系統(tǒng)。MHC的多態(tài)性是由基因DNA序列變異造成的，產(chǎn)生多態(tài)性的分子機制主要是基因轉(zhuǎn)換(gene conversion)，而不是點突變。通過比較同一位座的各種等位基因的DNA序列發(fā)現(xiàn)，基因DNA變異的位置集中于為某些構(gòu)成抗原結(jié)合槽的氨基酸編碼的DNA區(qū)。兩個等位基因之間氨基酸差別，少至一個，最多可達20個［5］。

傳統(tǒng)上，不同品系大鼠的遺傳質(zhì)量檢測是對其物理遺傳性狀標(biāo)記(如毛色，體積大小和形狀，行為觀察等)，免疫學(xué)性狀標(biāo)記(如MHC基因編碼多態(tài)的遺傳結(jié)構(gòu)分析是建立在分離近交系 RT1重組單倍型基礎(chǔ)上，主要分為RT1－A(著絲粒I型區(qū))，RT1－B/D區(qū)(Ⅱ型區(qū))，Ⅲ型區(qū)及RT1－C/E/M(端粒I型區(qū))(圖1)。大鼠MHC包含8個I型基因簇，即RT1－A，－CE，－N，－M1，M4，M3A，M3B，－M2［3］。其中，著絲粒側(cè)I型區(qū)和端粒側(cè)I型區(qū)第一個基因簇RT1－CE被Ⅱ型和Ⅲ型區(qū)分隔開。RT1－A和RT1－C/E/M基因的相似性通過其基因產(chǎn)物在細(xì)胞毒作用和血清學(xué)水平的交叉反應(yīng)而顯示［4］。性檢測)和生物化學(xué)標(biāo)記(如同工酶)的研究［6］。隨著分子生物學(xué)技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了測定DNA多態(tài)性的方法，直接測定具有差異的基因，在DNA水平反映動物機體遺傳差異，使得檢測結(jié)果更加具有說服力。

2.1 免疫學(xué)性狀標(biāo)記檢測

常用的免疫學(xué)方法有皮膚移植法，微量細(xì)胞毒法，腫瘤移植法，血清反應(yīng)法等。大鼠 RT1的遺傳多樣性多由血清學(xué)檢測評價，這種檢測依賴于一系列抗原特異性血清識別RT1－A和RT1－B/D編碼的Ⅰ型、Ⅱ型分子的同種異型。該方法快速、操作簡單、敏感度高、重復(fù)性好，易于推廣。但其特異性差，由于動物個體差異很難達到檢測的標(biāo)準(zhǔn)化，并且這種方法是利用表型為遺傳標(biāo)記推測相應(yīng)的遺傳背景，存在不同程度的精確性不高，反應(yīng)遺傳概貌有限等局限性。

2.2 微衛(wèi)星DNA檢測法

微衛(wèi)星DNA多是由1～6 bp堿基組成一個重復(fù)單位，多次串聯(lián)重復(fù)序列，又稱為短序列重復(fù)(short tandem repeat，STR)、簡單重復(fù)序列(single sequence repeats，SSR)，其多態(tài)性稱為簡單序列長度多態(tài)性(single sequence length polymorphism，SSLP)。微衛(wèi)星DNA技術(shù)具有共顯性、多態(tài)性豐富和雜合程度高等特點，通過多態(tài)信息含量(PIC)、群體雜合度、遺傳距離等進行準(zhǔn)確的測定，已廣泛應(yīng)用于群體遺傳學(xué)分析、基因圖譜分析、親緣關(guān)系及進化趨勢等研究［6］。

Mashimo等［7］對122個大鼠品系的基因組進行SSLP標(biāo)記，報告357個SSLP標(biāo)記，在20號染色體上確立有10個SSLP位點。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，SSLP標(biāo)記在整個大鼠基因組平均分布距離為7.59 Mb，在這些品系中平均標(biāo)記的數(shù)目為259，顯示了高度多態(tài)性。Takagi等［8］在大鼠RT1區(qū)新發(fā)現(xiàn)57個簡單序列長度多態(tài)性(SSLP)，與已存在確立的10個SSLPs，共67個SSLPs，通過 PCR技術(shù)對67個不同近交系進行基因分型和遺傳圖譜繪制。結(jié)果表明，這些SSLPs標(biāo)記之間的平均距離為(52.5±39.4)kb，同時，67個品系的等位基因數(shù)目從2～22之間，平均等位基因約 8.04±3.44，平均多態(tài)率為 71% ± 23%，能夠去評價高度多態(tài)的 RT1區(qū)。在67個品系中發(fā)現(xiàn)28個SSLP單倍體，約包括三個基因組區(qū)，主要不連續(xù)和高度重復(fù)率出現(xiàn)在 D20Yum41和D20Yum42，其物理位置在3302～3332 kb。PCRSSLP的基因分型能夠?qū)⒋蠖鄶?shù)血清型細(xì)分為大量的等位基因亞型，并且有助于尋找疾病易感性的RT1特定基因位點。

2.3 單核苷酸多態(tài)性(SNP)檢測法

單核苷酸多態(tài)性(SNP)是由于單個核苷酸之間的差異而引起的遺傳多樣性的DNA片段，用于檢測基因組單個核苷酸的改變。SNP是基因組中最豐富的DNA序列變化形式，是最常見的可遺傳變異。許多由于選擇壓力或者遺傳漂變而發(fā)生的潛在變異只有通過 SNP分析才能被檢測出來。SNP檢測方法具有簡便快捷，高通量，效率高，自動化等特點，SNP標(biāo)記將在大鼠遺傳控制檢測中成為理想的遺傳標(biāo)記［9］。Guryer等［10］通過全基因組鳥槍法片段(whole genomic shotgun，WGS)和表達序列標(biāo)簽(exprssed sequence tags，ESTs)對已識別的高密度33305個候選 SNPs進行證實，結(jié)果表明，66%的SNPs是在不同大鼠品系中通用的，并新發(fā)現(xiàn)287個新的SNPs，同時，在染色體上SNPs的連鎖分布圖上發(fā)現(xiàn)，同源(synonymous)和非同源(nonsynomymous) SNPs密度在20號染色體RT1區(qū)多態(tài)性程度較高。Saar等［11］運用3000000個不同SNPs對167種近交系、2種重組近交系和F2互交系大鼠進行基因型分析，結(jié)果表明，共產(chǎn)生20238個有效地SNPs，其中有48個SNPs位于20號染色體的RT1上，平均遺傳距離為1.13 cm。同時構(gòu)建了SNPs標(biāo)記遺傳圖譜，闡述了連鎖不平衡的程度。

3 RT1中易感基因與相關(guān)疾病的研究

MHC編碼分子參與抗原提呈，介導(dǎo)免疫反應(yīng)，其編碼基因與自身免疫疾病的發(fā)生、發(fā)展高度相關(guān)。大鼠MHC控制的易感性自發(fā)性疾病發(fā)現(xiàn)于BB大鼠品系的I型糖尿病和甲狀腺炎。同時，大鼠作為理想的實驗性變態(tài)反應(yīng)性腦脊髓炎和實驗性關(guān)節(jié)炎的動物模型，這些模型類似于人類多發(fā)性硬化和類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎疾病，這些疾病相關(guān)性數(shù)量性狀位點(QTL)也定位到RT1復(fù)合體上［12］。除此以外，不同發(fā)病原因的表型如前列腺癌易感性、高血壓、肥胖以及不育等，也會與RT1復(fù)合體有關(guān)。值得注意的是，應(yīng)激誘導(dǎo)的血壓升高的QTL已定位到RT1復(fù)合體區(qū)，并提示Ⅲ型區(qū)中編碼Hsp70的基因可能與此效應(yīng)有關(guān)［13，14］。目前，在 RT1復(fù)合體上的 25個QTLs已在Rat Genome Database上登記。

3.1 RT1復(fù)合體與1型糖尿病

Ⅰ型糖尿病是遺傳結(jié)構(gòu)和環(huán)境因素共同作用的自身免疫性疾病，BB大鼠，LETL大鼠和 LEW. 1AR1－iddm是常用的實驗性Ⅰ型糖尿病的動物模型，遺傳分析證明 MHC分子是所有動物模型中糖尿病發(fā)生發(fā)展的易感位點，除此之外，其他基因可能影響疾病發(fā)展，如INS(insulin)，CTLA4和PTPNl2等［15］。大鼠LETL和KDP大鼠具有相同的MHC單倍型，RT1u(RT1.AuBuDuCu)，而 LEW.1AR1－iddm大鼠是重組單倍型RT1r2(RT1.AaBuDuCu)，但MHCⅡ單倍型(RT1.BuDu)是在所有大鼠Ⅰ型糖尿病模型中所共有的單倍型，提示MHCⅡu單倍型是Ⅰ型糖尿病的易感基因［16］。Yokoi等［17］構(gòu)建了同類系大鼠，即在攜帶 RT1u單倍型非 KDP(Komeda disabetes－prone)遺傳背景大鼠轉(zhuǎn)入 KDP大鼠突變的Cblb基因，通過同類系大鼠和KDP大鼠比較，結(jié)果表明，同類系大鼠發(fā)生Ⅰ型糖尿病，證實了MHC RT1u單倍型和突變Cblb基因在Ⅰ型糖尿病中的雙易感基因模型，同時同類系大鼠中Ⅰ型糖尿病發(fā)生率相對較低且延遲發(fā)生，提示同類系中可能存在與易感基因相關(guān)的遺傳結(jié)構(gòu)的修飾。

3.2 RT1復(fù)合體與實驗性過敏性腦脊髓炎(EAE)

在大鼠EAE模型中發(fā)現(xiàn)不同品系的大鼠對選用的誘導(dǎo)抗原的易感性不同，例如，Muhllab等［18］通過對四種重組MHC單倍型大鼠分析MHC分子的疾病易感性，結(jié)果表明，RT1.B(l)大鼠對髓鞘堿性蛋白(MBP)作為抗原發(fā)生EAE高度易感，而對髓鞘少突膠質(zhì)細(xì)胞糖蛋白(MOG)鼠有抗性，而RT1.B (N)大鼠則正好相反，同時將易感基因定位于MHCⅡ(RT1.B/D)和MHCⅢ著絲粒區(qū)。De Graaf等［19］發(fā)現(xiàn)MBP、MOG蛋白誘導(dǎo)發(fā)生EAE的敏感性，與抗原特定的肽段及RT1－B/D編碼的Ⅱ型分子抗原親和力、T細(xì)胞反應(yīng)性高度相關(guān)。

3.3 RT1復(fù)合體與實驗性關(guān)節(jié)炎(RA)

大鼠的實驗性關(guān)節(jié)炎模型現(xiàn)已被廣泛應(yīng)用，用以評估RA可能的病因及新的治療方案。Kawahito等［20］報道了結(jié)核分枝桿菌誘導(dǎo)性關(guān)節(jié)炎(Mbt－AIA)的QTL，Aial，定位到大鼠20色染色體上P末端的區(qū)域。Vingsbo等［21］發(fā)現(xiàn)在樸日斯烷誘導(dǎo)性關(guān)節(jié)炎(PIA)中，判定20號染色體與 PIA有關(guān)，通過LEW大鼠MHC同種型比較分析表明關(guān)節(jié)炎的嚴(yán)重程度和發(fā)展程度在不同MHC單元型而不同。發(fā)現(xiàn)RT1f單元型的大鼠對 PIA高度敏感。呂社民等［22］在PIA大鼠動物模型中，在 DA×E3和 LEW.1F× E3F2代連鎖分析中確立15個與PIA相關(guān)的QTLs。其中，Pia1在20號染色體上，與關(guān)節(jié)炎的急性嚴(yán)重性發(fā)展相關(guān)，并且是 DA顯性遺傳模式。同時發(fā)現(xiàn)在其他染色體上存在多個易感基因，并確定Ncf1與大鼠PIA的嚴(yán)重程度有關(guān)。提示RA作為多基因疾病，除MHC分子外，非MHC分子上的QTLs也會影響RA的發(fā)生發(fā)展。

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Progress on the Major Histocompatibility Complex(RT1)of the Rat

WANG Shu－jing，YUE Bing－fei
(National Institute for the Quality Control of Pharmaceutical and Biological Products，Beijing 100050，China)

The major histocompatibility complex plays an important role in immune response，and the polymorphism and response mechanism has been the hot spot of basic immunology.Rat genome draft has been drawn to complete，and it has gone deep into the study on genetic，genome，evolutionary，and functional aspects at the molecular level.This review of the RT1 complex，the major histocompatibility complex(MHC)of rat，primarily introduces its genetic structure and gives the physical map of RT1 complex.Study on the RT1 complex gene polymorphism has been emphasized and the elucidation of the RT1 complex provides important information for using the rat as a model of experiment transplantation and complex diseases.

Rat;RT1 complex;Polymorphism;Disease models

Q953

A

1671－7856(2010)05－0075－04

2009－11－24

王淑菁(1985－)，女，碩士生，研究方向:免疫遺傳檢測。E－mail:wsj2008gogo@163.com

岳秉飛(1960－)，男，研究員，博士。研究方向:動物遺傳學(xué)。E－mail:yue－bingfei@nicpbp.org.cn