猪抗病基因SLA的研究进展

钱艺璠 孙海潮 关轩承 杨明华 唐佳睿 赵彦光 赵素梅

钱艺璠，孙海潮，关轩承，等.猪抗病基因SLA的研究进展[J].南方农业，2021，15（24）：-184.

摘 要 猪白细胞抗体SLA是猪主要相容性复合体MHC基因的编码产物，分为SLA-I、SLA-Ⅱ和SLA-Ⅲ 3大类，在猪的机体免疫应答及异种器官、组织的移植研究中起着非常重要的作用。对近年来国内外关于SLA分类、功能、多态性及抗病性研究进展进行阐述，以期对以后猪的抗病育种及异种器官和组织的移植等研究提供理论参考。

关键词 猪白细胞抗原;分类;功能;多态性;抗病性

中图分类号：S828 文献标志码：A DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2021.24.085

主要组织相容性复合体（Major Histocompatibility Complex，MHC）这一概念是由美国著名遗传学家GEORGE D.SNELL在1956年研究小鼠移植排斥反应时提出的。到目前为止，国内外已有许多研究者对MHC做了大量的研究，研究结果表明，哺乳动物的MHC是基因组中基因最密集的区域之一，包含了已知参与病原体应答和自身免疫控制的多态性组织相容性基因家族。编码MHC的基因是由若干位点的染色体区段组成的连锁群，其主要分布于脊椎动物染色体的特定区域[1-2]。

早在1970年，科学家VIZA D等就首先提出了猪的MHC这一概念[3]，因于 MHC基因产物分布于白细胞的表面，故又称为猪白细胞抗原（Swine Leukocyte Antigen，SLA）。SLA是一个复杂的遗传系统，它为研究基因组的表达调控和遗传多样性提供了非常多的模型系统[4]。SLA是一组不连续的、连锁不平衡的基因，其遗传方式为单倍型遗传，并且具有高度的多态性与特异性。经过科学家們大量研究发现，SLA基因的结构和功能紧密地联系着动物对疾病的抵抗能力及动物的生产性能，并且由它编码细胞表面的糖蛋白在抗原呈递、器官的移植、免疫应答及调控方面起着重要的作用[5]。

在养殖业发展过程中，动物疾病严重威胁着畜禽健康，导致畜禽产品质量、产量下降或直接造成动物的死亡，给畜牧业造成巨大的经济损失，阻碍着畜牧业的快速发展。随着分子生物学和分子遗传学等科学研究的进步，为得到抗病能力强的动物品种，抗病基因逐渐受到人们的关注，并成为研究的热点。

1 SLA的分类及特点

SLA位于猪的第7号染色体着丝粒两边，由3个基因簇或区域组成，即I类基因、Ⅱ类基因和Ⅲ类基因，其中SLA-Ⅱ类区域位于长臂上，而靠近丝粒端的是SLA-Ⅲ类与靠近端粒的I类区域相连接[6]。

SLA-I类基因是重链（α链）与轻链β2微球蛋白（β2 m）以非共价结合而构成的糖蛋白[7-8];因其肽链的多态性取决于这些蛋白的功能区，故基因的多态性存在于每个基因的一或二外显子内;其α链具有多态性，但β 2 m是单态的。I类分子广泛存在于机体所有有核细胞表面，且在淋巴细胞表面分布最多，是诱导机体产生免疫应答的主要抗原，亦为诱导细胞毒性T淋巴细胞（Cytotoxic T Lymphocyte，CTL）识别、直接杀伤靶细胞的分子。许多SLA-I类基因已被测序，大多数为cDNA。通过反转录（RT-PCR）和测序，从cDNA中鉴定了几种SLA-I类单倍型[9]。按照传统分类法可知SLA-I类基因至少有3个位点A、B、C，其产物SLA分别为SLA-A、SLA-B、SLA-C，并且与人类主要组织相容性复合体（Human Leukocyte Antigen，HLA）的I类基因十分相近。相对来说，在哺乳动物中MHC-I类基因在猪上的表达量较少，在人和啮齿动物中表达量较多[1-2]。

由于SLA-Ⅱ类基因由α链和β链以非共价键组成，其分布较窄，所以只在B细胞、抗原呈递细胞和激活的T细胞表面，参与呈递外来抗原，约束辅助性T细胞的识别功能[10]。SLA-Ⅱ类分子或SLA-Ⅱ类抗原是由SLA-Ⅱ类基因编码的一类细胞表面跨膜蛋白，主要位于调节T细胞、吞噬细胞、淋巴细胞和猪的血浆上皮细胞中。Ⅱ类基因主要有DRA、DRB、DQA、DQB、DOB、DPA、TAP及LMP等。因为Ⅱ类的多等位基因决定了有多种SLA-Ⅱ类的分子，从而能结合不同的抗原，能够调控外源性抗原和疫苗的免疫应答反应[11]。外源性抗原（如细菌抗原、外源蛋白、灭活疫苗等）在线粒体或溶酶体中与SLA-Ⅱ类分子结合，然后递呈给协助CD4+T淋巴细胞，从而触发免疫反应。目前也发现，SLA-Ⅱ类分子在一定条件下也可递呈内源性抗原片段[12-13]。

SLA-Ⅱ类分子在免疫应答中起重要的调控作用，主要是对外源性抗原的呈递。其中SLA-Ⅱ类基因中遗传多态性最为丰富的区域为DR和DQ亚区，这2个区域在控制机体的免疫应答和免疫调节中发挥着极为重要的作用，并且与猪的抗病能力密切相关。至今为止总共发现了167个SLA-Ⅱ类等位基因，因SLA-Ⅱ类基因第二外显子的编码序列的区域是直接编码的抗原结合区，所以具有高度多态性，是近年来SLA-Ⅱ类等位基因的研究重点[13]。近年来，国内外对猪SLA-Ⅱ类区域的DRB和DQB基因研究较多，关于DQA基因的研究相对来说较少。在Ⅱ类分子中的α1和β1链上，特别是β1链有着较高多态性，编码α1和β1结构域的Ⅱ类基因外显子2也有着较高多态性，有利于机体适应不同外来抗原[14]。

SLA-Ⅲ类基因位于SLA-I和SLA-Ⅱ类基因之间，在Ⅲ类基因区域内共有36个基因被定位，有的编码与免疫相关，有的却与免疫系统无明显关联;其主要作用是控制某些补体成分及受体的产生，但是产物一般不参与抗原呈递过程[15-17]。

SLA分子决定着T淋巴细胞受体（T Cell Receptor，TCR）特异性识别抗原，SLA等位基因的不同就可能会导致同一种抗原肽进入不同的SLA分子抗原结合区（Peptide Binding Region，PBR），从而造成各个机体的免疫反应不同。同一个TCR用一种抗原，但是抗原呈递细胞（Antigen Presenting Cells，APC）的基因型不同，对T细胞的刺激也是不同的，同一基因型的APC结合不同的抗原对同一种T细胞就会有不同强度的刺激[17]。

因猪对疾病的抵抗能力的差异取决于不同的基因多态性，所以为了以后猪的抗病育种需要对不同SLA类基因进行分型，并寻找不同类型的基因与抗病能力之间的关系。

2 SLA的多态性

基因多态性又被叫作基因组的个体差异，主要由基因突变、人工选择、自然选择等因素导致，主要指在基因组水平上由单个核苷酸（Single Nucleotide Polymorphism ，SNP）的变异所引起的DNA序列的多态性。组织相容性抗原包括众多复杂的抗原系统，均由相应的基因编码，根据引起排斥反应的移植抗原的强度将组织相容性抗原分为主要组织相容性抗原系统和次要组织相容性抗原系统2类。

SLA发现以来，其最显著的特性就是是具有遗传多态性。因對SLA多态性的研究有助于发现和疾病相关的基因，所以全球各国对SLA多态性展开了广泛的研究。SLA基因多态性的水平被认为是种群的抗病能力和生存能力的重要指标，其作为与机体免疫相关的基因，因各个体的生存环境、气候地理条件等因素的不同，也会导致SLA基因多态性水平不同，相对应的具有不同SLA基因多态性的猪对疾病的抵抗力也存在着差异。大量研究表明，SLA基因具有高度的多态性，并且这种高度多态性与基因的突变、选择、重组和基因转变与遗传作用有着较为密切的关联。在基因组中，SLA是多态性最为丰富的区域，对SLA的遗传变异分析可以提供物种遗传水平多样性的信息，具有重要的生物学意义[18-19]。

国内已有许多关于SLA基因多态性研究。包文斌等通过基因多态性分析，共检测到野猪和国内外17个家猪品种SLA-DRB基因第2外显子的4个等位基因和10种基因型[20];母童等通过对烟台黑猪SLA-DQB基因外显子2进行Hae-Ⅲ限制性内切酶消化后发现酶切位点突变偏离了Hardy-Weinberg平衡[21]，这说明烟台黑猪的遗传多态性较为丰富;奚衍洋等对采自吉林省长春市猪场里20头不同长白猪个体SLA-Ⅱ-DRB1第2外显子的多态性进行了研究[22]，通过遗传多态性分析可以看出猪的DRB1基因是具有高度多态性的;中国农科院哈尔滨兽医研究所实验动物与比较医学团队对融水小型猪的SLA基因多态性进行了分析，在其8个多态位点上一共鉴定出42个等位基因，存在7个SLA-I类和6个Ⅱ类单倍型[23]。

由于各猪种的生存环境不同而导致其面临着不同的平衡选择压力，SLA基因的高度多态性正是这种选择压力的体现。

3 SLA的抗病性

因SLA基因参与了免疫反应中的抗原呈递过程，有相关研究发现并证明了SLA与许多动物疾病的抗病性、易感性及动物的免疫应答有着诸多关联，进而能够成为抗病能力的候选标记基因。作为与免疫相关的功能基因，SLA-I类基因和SLA-Ⅱ类基因在免疫系统中的表达水平均较高，这是机体免疫水平的重要表现，也可能是影响猪的抗逆性和免疫水平的主要因素。由于病毒变异频繁且在猪的体内可能会引起机体持续性感染，使得研发出的疫苗无法完全控制某些疾病的流行，因此抗病育种和研究十分重要。SLA-Ⅱ类基因与许多疾病的抗性、易感性和免疫应答能力之间有着明确的相关性，例如存在于DR亚区的DRB、DQB基因第2外显子编码区是SLA抗原分子最重要的抗原结合区，该位点表现出了高度的多态性;其多态性水平的降低可能会导致种群内个体对某些传染病的易感性增高，导致种群抗病能力、生存力下降，不利于种群的遗传保护[24]。

有研究发现SLA抗原与猪对各种疾病的抗性和易感性有着不同程度的相关。KLAUS等对2个品种的猪进行研究后发现，SLA基因与猪繁殖与呼吸综合征、猪伪狂犬病及支原体肺炎有着一定的关联[25];杨巧丽等研究结果显示，SLA-DRA基因外显子1、2、4存在多态性，其多态性与仔猪腹泻相关，可作为猪抗病育种辅助选择应用中一个潜在的标记位点[26];母童等对烟台黑猪SLA-DQB基因外显子2多态性及其与仔猪腹泻进行了关联分析，发现仔猪腹泻的易感性和抗病能力和不同的基因型密切相关[21];漫晓丹在对猪的SLA-DRB1基因与猪繁殖与呼吸综合征病毒（Porcine Reproductive and Respiratory Syndrome，PRRSV）抗性的关联研究中发现，SLA-DRB1作为猪MHC-Ⅱ类基因中所具有功能的能够表达的基因之一，在抗原的识别与递呈、免疫应答与调控等方面发挥着异常重要的作用[27]。以上的研究结论均可以帮助育种者有选择性地增加与提高抗病性相关的SLA等位基因的基因频率，为提高猪的抗病性能提供参考。

由于猪的一些生理上的遗传特征与人类较相似且繁殖周期较短，特别是部分SLA基因结构与HLA相似，SLA复合体在异种移植组织和器官中为识别自我和非我的实验中构建了非常好的模型，所以猪已成为异种器官移植的研究上较为理想的生物医学模型和供体。不断增加的移植等待者和供体器官供应数量之间存在巨大差距，全世界器官移植和细胞移植都面临着挑战。全球范围内捐献的人体器官和组织的短缺促使人们努力通过基因工程等研究，将猪作为人类患者异种移植的潜在来源[28-29]。现已有对猪的肾脏、心脏、胰岛等器官和组织进行移植的试验和研究，以及毒理学和药物筛选、使用等领域的研究[30-32];在一些研究中，猪的SLA已显示出对于机体各类特殊的免疫参数的影响，如在大白猪种群中发现了SLA复合物和补体溶血的活性有关[16]。

4 SLA研究意义及展望

猪肉提供了丰富的动物性蛋白质，为了确保动物的健康和食品安全，大部分国家和地区通过接种疫苗的方法来预防传染病。尽管各国有研发出相关的药物用于预防和治疗动物的疾病，但依旧无法从根本上对动物疾病进行控制和消灭。猪的抗病育种是一项复杂的、系统性的工程，应该从遗传素质上来提高猪对病原的抗性，并结合免疫接种对猪的疾病进行控制，所以SLA与抗病能力的研究成为当下研究的热点。随着对SLA研究的深入，有关疾病的致病基因、候选基因、特殊的致病等位基因及SLA单倍型等不断被发现，进而利用SLA与疾病抗性的关联来提高猪抗病能力就会相对容易。

随着对SLA的进一步研究，SLA分子在机体调节免疫应答、参与免疫反应及在人-猪异种器官和组织移植中的生物医学功能等将进一步被发掘。根据现代养猪业不同的生产和需要及人类对动物性食品安全要求的不断提高，可以通过了解和研究不同的SLA类基因分型，为辅助选择培育具有抗病性的猪种提供更加完善的理论基础，在家畜抗病育种方面发挥积极作用。

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（責任编辑：刘宁宁）