豬抗病基因SLA的研究進(jìn)展

錢藝璠，孫海潮，關(guān)軒承，楊明華，唐佳睿，趙彥光，趙素梅*

（1.云南農(nóng)業(yè)大學(xué)動物科學(xué)技術(shù)學(xué)院，云南昆明 650201；2.景洪市動物衛(wèi)生監(jiān)督所，云南景洪 666100；3.云南省畜牧獸醫(yī)科學(xué)院養(yǎng)豬與動物營養(yǎng)研究所，云南昆明 650244）

主要組織相容性復(fù)合體（Major Histocompatibility Complex，MHC）這一概念是由美國著名遺傳學(xué)家GEORGE D.SNELL 在1956 年研究小鼠移植排斥反應(yīng)時提出的。到目前為止，國內(nèi)外已有許多研究者對MHC 做了大量的研究，研究結(jié)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(yīng)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(diǎn)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(xué)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(xì)胞的表面，故又稱為豬白細(xì)胞抗原（Swine Leukocyte Antigen，SLA）。SLA 是一個復(fù)雜的遺傳系統(tǒng)，它為研究基因組的表達(dá)調(diào)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(xué)家們大量研究發(fā)現(xiàn)，SLA 基因的結(jié)構(gòu)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(xì)胞表面的糖蛋白在抗原呈遞、器官的移植、免疫應(yīng)答及調(diào)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(yán)重威脅著畜禽健康，導(dǎo)致畜禽產(chǎn)品質(zhì)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(jì)損失，阻礙著畜牧業(yè)的快速發(fā)展。隨著分子生物學(xué)和分子遺傳學(xué)等科學(xué)研究的進(jìn)步，為得到抗病能力強(qiáng)的動物品種，抗病基因逐漸受到人們的關(guān)注，并成為研究的熱點(diǎn)。

1 SLA的分類及特點(diǎn)

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(jié)合而構(gòu)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(nèi)；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(jī)體所有有核細(xì)胞表面，且在淋巴細(xì)胞表面分布最多，是誘導(dǎo)機(jī)體產(chǎn)生免疫應(yīng)答的主要抗原，亦為誘導(dǎo)細(xì)胞毒性T 淋巴細(xì)胞（Cytotoxic T Lymphocyte，CTL）識別、直接殺傷靶細(xì)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(zhuǎn)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(diǎn)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(fù)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(dá)量較少，在人和嚙齒動物中表達(dá)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(xì)胞、抗原呈遞細(xì)胞和激活的T 細(xì)胞表面，參與呈遞外來抗原，約束輔助性T 細(xì)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(xì)胞表面跨膜蛋白，主要位于調(diào)節(jié)T 細(xì)胞、吞噬細(xì)胞、淋巴細(xì)胞和豬的血漿上皮細(xì)胞中。Ⅱ類基因主要有DRA、DRB、DQA、DQB、DOB、DPA、TAP 及LMP 等。因?yàn)棰蝾惖亩嗟任换驔Q定了有多種SLA-Ⅱ類的分子，從而能結(jié)合不同的抗原，能夠調(diào)控外源性抗原和疫苗的免疫應(yīng)答反應(yīng)［11］。外源性抗原（如細(xì)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(jié)合，然后遞呈給協(xié)助CD4+T 淋巴細(xì)胞，從而觸發(fā)免疫反應(yīng)。目前也發(fā)現(xiàn)，SLA-Ⅱ類分子在一定條件下也可遞呈內(nèi)源性抗原片段［12-13］。

SLA-Ⅱ類分子在免疫應(yīng)答中起重要的調(diào)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?yàn)镈R 和DQ 亞區(qū)，這2 個區(qū)域在控制機(jī)體的免疫應(yīng)答和免疫調(diào)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(guān)。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(jié)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(diǎn)［13］。近年來，國內(nèi)外對豬SLA-Ⅱ類區(qū)域的DRB 和DQB 基因研究較多，關(guān)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(jié)構(gòu)域的Ⅱ類基因外顯子2 也有著較高多態(tài)性，有利于機(jī)體適應(yīng)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(nèi)共有36 個基因被定位，有的編碼與免疫相關(guān)，有的卻與免疫系統(tǒng)無明顯關(guān)聯(lián)；其主要作用是控制某些補(bǔ)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(xì)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(dǎo)致同一種抗原肽進(jìn)入不同的SLA 分子抗原結(jié)合區(qū)（Peptide Binding Region，PBR），從而造成各個機(jī)體的免疫反應(yīng)不同。同一個TCR 用一種抗原，但是抗原呈遞細(xì)胞（Antigen Presenting Cells，APC）的基因型不同，對T 細(xì)胞的刺激也是不同的，同一基因型的APC 結(jié)合不同的抗原對同一種T 細(xì)胞就會有不同強(qiáng)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(jìn)行分型，并尋找不同類型的基因與抗病能力之間的關(guān)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(dǎo)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(fù)雜的抗原系統(tǒng)，均由相應(yīng)的基因編碼，根據(jù)引起排斥反應(yīng)的移植抗原的強(qiáng)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?qū)LA 多態(tài)性的研究有助于發(fā)現(xiàn)和疾病相關(guān)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(rèn)為是種群的抗病能力和生存能力的重要指標(biāo)，其作為與機(jī)體免疫相關(guān)的基因，因各個體的生存環(huán)境、氣候地理?xiàng)l件等因素的不同，也會導(dǎo)致SLA 基因多態(tài)性水平不同，相對應(yīng)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(zhuǎn)變與遺傳作用有著較為密切的關(guān)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(xué)意義［18-19］。

國內(nèi)已有許多關(guān)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(nèi)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(jìn)行Hae-Ⅲ限制性內(nèi)切酶消化后發(fā)現(xiàn)酶切位點(diǎn)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(jìn)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(shí)驗(yàn)動物與比較醫(yī)學(xué)團(tuán)隊(duì)對融水小型豬的SLA 基因多態(tài)性進(jìn)行了分析，在其8 個多態(tài)位點(diǎn)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(dǎo)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(yīng)中的抗原呈遞過程，有相關(guān)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(yīng)答有著諸多關(guān)聯(lián)，進(jìn)而能夠成為抗病能力的候選標(biāo)記基因。作為與免疫相關(guān)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(dá)水平均較高，這是機(jī)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(nèi)可能會引起機(jī)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(yīng)答能力之間有著明確的相關(guān)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(jié)合區(qū)，該位點(diǎn)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(dǎo)致種群內(nèi)個體對某些傳染病的易感性增高，導(dǎo)致種群抗病能力、生存力下降，不利于種群的遺傳保護(hù)［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(guān)。KLAUS 等對2 個品種的豬進(jìn)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(guān)聯(lián)［25］；楊巧麗等研究結(jié)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(guān)，可作為豬抗病育種輔助選擇應(yīng)用中一個潛在的標(biāo)記位點(diǎn)［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(jìn)行了關(guān)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(guān)［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(guān)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(dá)的基因之一，在抗原的識別與遞呈、免疫應(yīng)答與調(diào)控等方面發(fā)揮著異常重要的作用［27］。以上的研究結(jié)論均可以幫助育種者有選擇性地增加與提高抗病性相關(guān)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(jié)構(gòu)與HLA 相似，SLA 復(fù)合體在異種移植組織和器官中為識別自我和非我的實(shí)驗(yàn)中構(gòu)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(xué)模型和供體。不斷增加的移植等待者和供體器官供應(yīng)數(shù)量之間存在巨大差距，全世界器官移植和細(xì)胞移植都面臨著挑戰(zhàn)。全球范圍內(nèi)捐獻(xiàn)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(jìn)行移植的試驗(yàn)和研究，以及毒理學(xué)和藥物篩選、使用等領(lǐng)域的研究［30-32］；在一些研究中，豬的SLA 已顯示出對于機(jī)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(fù)合物和補(bǔ)體溶血的活性有關(guān)［16］。

4 SLA研究意義及展望

豬肉提供了豐富的動物性蛋白質(zhì)，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(yù)防傳染病。盡管各國有研發(fā)出相關(guān)的藥物用于預(yù)防和治療動物的疾病，但依舊無法從根本上對動物疾病進(jìn)行控制和消滅。豬的抗病育種是一項(xiàng)復(fù)雜的、系統(tǒng)性的工程，應(yīng)該從遺傳素質(zhì)上來提高豬對病原的抗性，并結(jié)合免疫接種對豬的疾病進(jìn)行控制，所以SLA 與抗病能力的研究成為當(dāng)下研究的熱點(diǎn)。隨著對SLA 研究的深入，有關(guān)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(jìn)而利用SLA 與疾病抗性的關(guān)聯(lián)來提高豬抗病能力就會相對容易。

隨著對SLA 的進(jìn)一步研究，SLA 分子在機(jī)體調(diào)節(jié)免疫應(yīng)答、參與免疫反應(yīng)及在人-豬異種器官和組織移植中的生物醫(yī)學(xué)功能等將進(jìn)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(chǔ)，在家畜抗病育種方面發(fā)揮積極作用。