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

錢藝璠，孫海潮，關軒承，等.豬抗病基因SLA的研究進展[J].南方農(nóng)業(yè)，2021，15（24）：-184.

摘 要 豬白細胞抗體SLA是豬主要相容性復合體MHC基因的編碼產(chǎn)物，分為SLA-I、SLA-Ⅱ和SLA-Ⅲ 3大類，在豬的機體免疫應答及異種器官、組織的移植研究中起著非常重要的作用。對近年來國內外關于SLA分類、功能、多態(tài)性及抗病性研究進展進行闡述，以期對以后豬的抗病育種及異種器官和組織的移植等研究提供理論參考。

關鍵詞 豬白細胞抗原;分類;功能;多態(tài)性;抗病性

中圖分類號：S828 文獻標志碼：A DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2021.24.085

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(qū)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(tài)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(qū)段組成的連鎖群，其主要分布于脊椎動物染色體的特定區(qū)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(chǎn)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(tǒng)，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(tǒng)[4]。SLA是一組不連續(xù)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(tài)性與特異性。經(jīng)過科學家們大量研究發(fā)現(xiàn)，SLA基因的結構和功能緊密地聯(lián)系著動物對疾病的抵抗能力及動物的生產(chǎn)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(yǎng)殖業(yè)發(fā)展過程中，動物疾病嚴重威脅著畜禽健康，導致畜禽產(chǎn)品質量、產(chǎn)量下降或直接造成動物的死亡，給畜牧業(yè)造成巨大的經(jīng)濟損失，阻礙著畜牧業(yè)的快速發(fā)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(qū)域組成，即I類基因、Ⅱ類基因和Ⅲ類基因，其中SLA-Ⅱ類區(qū)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(qū)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(tài)性取決于這些蛋白的功能區(qū)，故基因的多態(tài)性存在于每個基因的一或二外顯子內;其α鏈具有多態(tài)性，但β 2 m是單態(tài)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(chǎn)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(shù)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(tǒng)分類法可知SLA-I類基因至少有3個位點A、B、C，其產(chǎn)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(jié)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(xié)助CD4+T淋巴細胞，從而觸發(fā)免疫反應。目前也發(fā)現(xiàn)，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(tài)性最為豐富的區(qū)域為DR和DQ亞區(qū)，這2個區(qū)域在控制機體的免疫應答和免疫調節(jié)中發(fā)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(fā)現(xiàn)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(qū)域是直接編碼的抗原結合區(qū)，所以具有高度多態(tài)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(qū)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(tài)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(tài)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(qū)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(tǒng)無明顯關聯(lián);其主要作用是控制某些補體成分及受體的產(chǎn)生，但是產(chǎn)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(qū)（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(tài)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(tài)性

基因多態(tài)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(tài)性。組織相容性抗原包括眾多復雜的抗原系統(tǒng)，均由相應的基因編碼，根據(jù)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(tǒng)和次要組織相容性抗原系統(tǒng)2類。

SLA發(fā)現(xiàn)以來，其最顯著的特性就是是具有遺傳多態(tài)性。因對SLA多態(tài)性的研究有助于發(fā)現(xiàn)和疾病相關的基因，所以全球各國對SLA多態(tài)性展開了廣泛的研究。SLA基因多態(tài)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(huán)境、氣候地理條件等因素的不同，也會導致SLA基因多態(tài)性水平不同，相對應的具有不同SLA基因多態(tài)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(tài)性，并且這種高度多態(tài)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(lián)。在基因組中，SLA是多態(tài)性最為豐富的區(qū)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(tài)性研究。包文斌等通過基因多態(tài)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(fā)現(xiàn)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(tài)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(tài)性進行了研究[22]，通過遺傳多態(tài)性分析可以看出豬的DRB1基因是具有高度多態(tài)性的;中國農(nóng)科院哈爾濱獸醫(yī)研究所實驗動物與比較醫(yī)學團隊對融水小型豬的SLA基因多態(tài)性進行了分析，在其8個多態(tài)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(huán)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(tài)性正是這種選擇壓力的體現(xiàn)。

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(fā)現(xiàn)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(lián)，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(tǒng)中的表達水平均較高，這是機體免疫水平的重要表現(xiàn)，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(xù)性感染，使得研發(fā)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(qū)的DRB、DQB基因第2外顯子編碼區(qū)是SLA抗原分子最重要的抗原結合區(qū)，該位點表現(xiàn)出了高度的多態(tài)性;其多態(tài)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(fā)現(xiàn)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(fā)現(xiàn)，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(lián)[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(tài)性，其多態(tài)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(tài)性及其與仔豬腹瀉進行了關聯(lián)分析，發(fā)現(xiàn)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(lián)研究中發(fā)現(xiàn)，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(fā)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(yī)學模型和供體。不斷增加的移植等待者和供體器官供應數(shù)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(zhàn)。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]?，F(xiàn)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(shù)的影響，如在大白豬種群中發(fā)現(xiàn)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(qū)通過接種疫苗的方法來預防傳染病。盡管各國有研發(fā)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(tǒng)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(fā)現(xiàn)，進而利用SLA與疾病抗性的關聯(lián)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(jié)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(yī)學功能等將進一步被發(fā)掘。根據(jù)現(xiàn)代養(yǎng)豬業(yè)不同的生產(chǎn)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(fā)揮積極作用。

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（責任編輯：劉寧寧）