人们在进行组织移植的研究中发现，移植物能否存活是由供者与受者细胞表面抗原的特异性决定的。如两者的抗原特异性相同，则易于存活；若不相同，则发生排斥反应。这种引起移植物排斥反应的抗原称为移植抗原（transplantation antigen），亦称组织相容性抗原（histocompatibility antigen）。

多种动物均具有复杂的组织相容性抗原，统称为组织相容性系统。根据其抗原性强弱和诱发排斥反应的程度，把组织相容性抗原分为主要和次要两大类，其中能引起快而强的排斥应答的抗原系统称为主要的组织性容性系统（major histocompatibility system, MHS），编码MHS的基因群为主要组织相容性复合体（major histocompatibility complex, MHC）。MHC是指某一染色体上的一群紧密连锁的基因群，它们编码的抗原决定着机体的组织相容性，且与免疫应答和免疫调节密切相关。

第一节 组织相容性系统的发现

关于组织相容性的研究可以追述至本世纪初Tyzzer（1909）对小鼠肿瘤移植的遗传分析试验，但一般认为应从英国科学家Gover（1936）发现H-2抗原的工作算起。1936年，Gover在研究小鼠血型抗原与移植肿瘤的关系时发现，用不同品系小鼠的红细胞免疫家兔，并用所得的抗血清检查不同品系鼠的红细胞，检出的4种红细胞抗原中的第2种抗原（抗原II），只存在于某些品系而不存在于另一些品系小鼠中。阳性和阴性品系的遗传规律符合简单孟德尔显性特征。更有意义的是他证实这种抗原II不仅存在于红细胞表面，而且为正常组织以及一株特定的肿瘤细胞所共有。缺乏这种抗原的小鼠，接受从具有这种抗原的供体来源的肿瘤移植物时，移植物会自行消退，并产生抗该肿瘤的共同抗体。说明阻止移植肿瘤生长的是一种免疫现象，而抗原II则是一种组织抗容性抗原，于是Gover就将控制这种抗原的基因称为组织相容性基因II或H-2。在此基础上，1938年Gover提出了肿瘤移植的免疫理论，即“正常和新生的组织中含异体抗原因子，受遗传控制，在移植物中存在，而宿主缺乏，故引起移植物的排斥。”

受Gover的发现启示，美国科学家斯内尔（George Davis Snell）自1935年起，将其兴趣由从事小鼠染色体突变的研究逐渐转向小鼠组织器官移植中的遗传学和免疫问题的研究。结合他以前从事的工作，Snell首先从培养纯系小鼠开始，期望利用纯系小鼠将H-2基因定位于小鼠染色体的某一特定位置。为此，他先将小鼠杂交，然后进行子代雌雄个体交配，连续进行20代，使该系小鼠染色体行的基因完全一致，得到纯系小鼠，然后利用这种纯系小鼠进行肿瘤移植，观察基因与移植物排斥的关系。但是，Snell很快就意识到这种传统的纯系小鼠中，由于任何2个纯系都有多个不同的染色体位点，无法用于研究某一特定位点的作用。直到1948年，Snell将两进交系小鼠杂交，采用其子代不断与亲代回交的方法，培养小鼠，并在这一过程中不断用抗H-2血清检测，使其不失去亲代的H-2抗原，经过10~20次回交的后代就成为遗传背景一致，而仅H-2为杂合子（亲代H-2与子代H-2）的后代。然后再通过兄妹杂交，用抗H-2血清剔出子代的H-2结构，这样反复回交选择的结果就形成了遗传背景一致，仅H-2位点不同的小鼠，即Snell所称的同类系（congenic strains）小鼠。同类系小鼠是继纯系小鼠之后在移植生物学上的又一重大发明，它为弄清编码组织抗容性抗原的基因位点打下了坚实基础。在一段时间内，Snell培育出69种同类系小鼠。但令Snell惊奇的是，在他培育的那么多新品系小鼠中，不同的H-2基因位点只有10个，其他都是等位基因，由此说明H-2基因具有多态性。随后，Snell与Gover合作，利用同类系小鼠证实了小鼠组织相容性基因位于第17号染色体上，称其为H-2基因复合体，编码H-2抗原。Snell由此推论在所有脊椎动物内都有H-2基因复合体的类似结构，它们编码组织相容性抗原。

正如Snell所预见的那样，人类也有类似小鼠H-2基因复合体的结构，人们称之为主要组织相容性复合体（MHC）。然而，对人类的MHC的研究却是从临床发现开始的。

人组织相容性抗原系统也称之为人类白细胞抗原（human leucocyte antigen, HLA）系统。它的发现，是继揭示人类红细胞血型系统后，在现代免疫学领域获得的又一重大突破。

早在1931年，当兰德斯泰纳（Landsteiner）因发现ABO血型而获得诺贝尔奖时，他就科学地预见到此种同种异体抗原可能也存在于白细胞及其他组织细胞上。1945年库姆（Coomb）建立了有名的库姆试验，这项技术不仅为发现新的血型抗体提供了有力工具，而且也证明了某些获得性溶血性贫血时由于自身抗体引起的，并引起了人们探求白细胞减少症和血小板减少症病因的兴趣。法国医生简·杜塞（Jean Dausset）也曾对自身免疫性溶血性贫血进行过研究，他发现病人的自身抗体具有“多聚集性”，即有多种抗体。这就是说，病人血清中不仅存在有红细胞自身抗体，同时也可存在白细胞和血小板的抗体。他认为在白细胞和血小板表面可能存在的自身抗原是引起白细胞和血小板减少症的病因。在一次实验中，杜塞把一个病人的白细胞和血小板分离出来，与另一名多次接受过输血的病人的血清混合，结果发生了明显的凝集现象。这一结果表明，在人的血液中的确可能有抗白细胞和血小板的抗体，使人们认识到不仅在红细胞上有抗原，而且白细胞上也有，从而使医学遗传学和免疫学产生了一个认识上的飞跃。1954年，杜塞获得了60份含白细胞抗体的病人血清，发现其中85%的病人患白细胞减少症，并且这60位病人中，90%的病人多次接受过输血。究竟是什么原因产生这些白细胞凝集抗体，他不得而知。他曾考虑到输血产生抗体的可能性，但又觉得这些抗体似乎与该疾病有关。后来他推测白细胞凝集康体可能是一种共同抗体。

1957年，培尼（Payne）报道，带有白细胞抗体的病人比例随输血次数增大而增大。几乎与此同时，研究者们又发现凡带有白细胞抗体的病人，在接受不含白细胞的血液时，无发热反应，若接受含白细胞的血液时，1小时后体温骤然升高。这些发现进一步证实了杜塞的推测，即白细胞抗体不是自身抗体，而是免疫产生的共同抗体。

1958年，堵塞用27份含白细胞抗体的血清与一组供体白细胞做凝集试验。结果发现，其中20份血清几乎可与所有供体白细胞发生凝集反应，而其余7份血清只与60%的法国人白细胞反应，与自身的白细胞无反应。他把这7份血清中的抗体称为抗Mac，并发现把Mac阳性血清输给Mac阴性病人，病人可产生抗Mac抗体。家系调查表明，Mac抗原的遗传符合孟德尔遗传规律。经过上述试验和调查，堵塞发现了人类第一个白细胞抗原，即Mac抗原，也就是后来被称为HLA-A2的抗原，首次证实了人类白细胞膜上的抗原具有型的特异性。堵塞将他的总结性论文发表在巴塞尔血液学学报上，并预言以Mac抗原抗体为代表的免疫系统，在器官移植中必将具有十分重要的意义。他还指出，肾移植的成败很可能与供者和受者间的白细胞抗原系统的匹配密切相关。杜塞的预言不仅被以后的器官移植实践所验证，而且成为组织配型的基本思想，因而成为指导器官移植的理论原则。自Mac抗原发现以后，HLA系统的血清学研究获得了迅猛的发展，新的HLA抗原不断发现，并且人们很快就认识到HLA系统是一个远较人类红细胞抗原系统复杂的系统，因此吸引了越来越多的免疫学工作者加入到这一前景广阔的研究领域。免疫学的发展证明，Mac抗原的发现不仅是HLA系统研究中的重大突破，而且也奠定了移植免疫学的理论基础，开创了人类免疫遗传学研究的新纪元。鉴于Snell和Dausset在创建免疫遗传学组织相容性抗原系统中所做出的突出贡献，他们与贝纳塞拉夫（Benacerraf）共同分享了1980年诺贝尔生理学及医学奖。

第二节 HLA系统研究简史

HLA系统、免疫球蛋白（Ig）与T细胞受体（TCR）是参与集体特异性免疫识别和免疫应答的3个主要成分。自Dausset 1954年观察到多次输血的患者血清能凝集部分人的白细胞，首次提供了人类白细胞抗原的证据后，如前所述，HLA系统的研究发展迅速。纵观HLA系统的研究过程，其发展无不与技术手段的突破与运用密切相关。70年代到80年代末期主要是血清学研究；90年代以来，HLA进入了分子水平研究阶段，进展尤为显著。

一、HLA的血清学研究阶段

在解决了识别HLA抗原的抗血清来源之后，Van Rood和Van Leeuwen于1963年采用计算机方法分析抗血清中的复杂抗体，提出了一些白细胞抗原系统等位基因的概念，HLA血清学研究才拉开序幕。最初用于识别HLA抗原的抗血清都是采自多次接受输血的病人，来源十分有限。50年代后期，Rood及其同事Payne和Rolfs相机发现许多多次妊娠的妇女的血液中也含有HLA抗体，由此为研究HLA抗原开辟了新的来源。后来又发现通过有计划地用异体皮肤和淋巴细胞免疫受者也可获得高质量的少见的抗血清。抗血清来源的拓宽和肿瘤的增多，为研究HLA系统的多样性提供了不可缺少的先决条件。但实践证明，HLA系统具有与生俱来的多样性特征，使得任何一个单独的实验室不可能对其进行全面而系统的研究。为了弥补这一缺陷，有关的实验室便开始进行抗血清的相互交换，由此促成了HLA系统研究领域中既合作又竞争的局面。

19年，Terasaki和Mc Clelland创建了微量淋巴细胞毒试验（microlymphocytotoxicity test）新方法，由于该方法简便易行、敏感可靠、重复性好，很快就被广泛采纳；同时，由于该法具有微量化特点，用1ml抗血清能够进行1000次测定，这也使进行大规模HLA血清学调查成为可能。微量淋巴细胞毒试验技术的出现，为HLA的血清学研究敞开了大门，自此，HLA的血清学研究进入了国际大协作阶段。自19年Amos倡导召开第一届国际组织相容讨论会以来，大约每3年召开1次国际讨论会。

1991年第11届国际讨论会对HLA血清学研究进行了总结，与会者认为，尽管血清学的贡献仍很重要，但将来不再给新的血清学特异性进行官方命名，除非该特异性得到DNA序列分析的证实。近年来，国际刊物上除发表少数结合分子生物学技术分析的单克隆抗体外，血清学结果仅见于民族亲缘关系的分析研究。至此，全世界同行通过20多年的努力，使HLA血清学研究大体告一段落。

二、HLA的分子生物学研究阶段

自从1985年美国Cetus公司人类遗传研究室年轻科学家Kary B.Mullis在偶然灵感的启迪下发明了具有跨时代意义的聚合酶链式反应（polymerase chain reaction，PCR），为普及研究分子生物学技术提供了捷径之后，HLA研究从80年代末期已逐渐由血清学研究向分子生物学研究过渡，到90年代初期，国际上已全面转入DNA分型研究，重点是HLA-II的基因分型。

1990年世界卫生组织（WTO）对HLA统一了基因分型的命名以及血清学分型对应关系。HLA-I、II类各基因型的核苷酸序列已基本清楚并先后公布（见附录四），这就为HLA的分子生物学研究主要集中在以下几方面：

（一）方法学研究

在60年代和70年代，HLA抗原的分型主要采用血清学和细胞学的方法，虽然成功地用于HLA抗原分型，但操作烦琐、费时，而且由于缺乏单特异抗血清或标准分型细胞，无法进行HLA-II类抗原的分型。此外HLA血清学表型相同，其基因的碱基序列不一定完全相同，因此，HLA的多态性或个体遗传差异的本质不是在血清学所能检测的基因产物（即抗原分子）上，而是在编码基因产物的DNA分子水平上。这就促使人们去探索DNA水平上的HLA分型方法。

进入80年代中期，PCR技术问世，许多学者将这一技术应用于HLA的分型研究。从基因本身分析HLA多态性比研究其基因产物的血清学、细胞学等方法更为直接可靠，并具有试剂来源广、易规范化、操作简便、迅速等优点。基因分型还能检出血清学或细胞学等方法不能检出的多态性，有助于进一步研究HLA的基因结构与作用。

由于I类抗原的基因机构中假基因多，难以扩增出功能性基因序列，分子生物学方法的应用受到一定的，故目前HLA基因分型技术主要用于II类基因研究。近年来，已发展起来的基因分型技术有：性片段长度多态性（restriction fragment length polymorphism, RFLP）分析法、PCR-RFLP法、PCR-序列特异性寡核苷酸探针（PCR-sequence specific oligonucleotide probes, PCR-SSOP）法、PCR-单链构象多态性（PCR-single strand conformation polymorphism, PCR-SSCP）法、PCR-序列特异性引物（PCR-sequence specific primers, PCR-SSP）法、PCR-指纹（PCR-finger printing）法、PCR-DNA序列测定（PCR-DNA sequencing）法、及Heterouduplex分析法，随着研究的进一步深入，必将还会有新的分析方法出现。

（二）基础免疫学研究

HLA在人体免疫应答、抗原递呈与处理方面的作用亦是人们热衷于研究的热点之一。业已发现，有TCR-抗原肽-MHC构成的三分子复合体是特异性免疫应答的分子基础。HLA-A2抗原的分子仅踢研究显示2个α螺旋之间有1个结合抗原的凹槽，其大小可容纳氨基酸8-10个（HLA-I类分子）或多达14个（HLA-II类分子），能够进入凹槽的抗原肽对抗原递呈起关键作用。但是，根据三分子复合体中容纳抗原肽凹槽的大小，推测HLA分子和抗原肽结合的专一性不强，因此，免疫应答的特异性还要取决于三分子复合体中TCR对抗原肽-MHC复合结构的识别，即抗原肽-MHC分子对TCR受体中带有特定受体结构的T细胞作克隆性选择，从而发生特异性免疫应答。

HLA在抗原递呈和处理方面的作用机制是：外源性蛋白质抗原被抗原递呈细胞（APC）摄入，开始在内体（endosome），随后在溶酶体内酸性环境中水解成肽段。与此同时，HLA-II类分子在内质网中装配成αβ异二聚体，并由高尔基复合体转运至溶酶体，与该处带有免疫原性的抗原肽结合，再通过某些尚未知晓的途径将这些抗原肽- HLA复合体结构转运到APC表面，以三分子复合体形式激活CD4T细胞。

（三）民族多态性研究

已有大量的研究报告涉及到民族多态性的研究，如白种人、黑种人以及黄种人等。在我国，以开展了汉族、藏族、布衣族、彝族、壮族、傣族、蒙古族、朝鲜族、京族、么佬族、满族、维吾尔族等多态性的研究，并受到国际上广泛的重视。

（四）疾病相关性研究

以前关于采用血清学方法研究HLA与疾病相关性的报道极多，但血清学方法不能把疾病的易感基因定位于分子水平，无法认识疾病的本质。现在，许多于HLA相关的疾病都需要一基因分型技术来重新研究，以便把易感基因定位于分子水平，为基因治疗奠定基础。人们已对HLA与I型糖尿病（IDDM）、系统性红斑狼疮（SLE）、类风湿性关节炎（RA）、强直性脊柱炎（AS）、重症肌无力、Graves病、白塞病、白血病、习惯性流产以及胃癌、乳腺癌等疾病的关系进行了研究，得出了一些在基础与临床上很有参考价值的结果。

（五）器官配型研究

90年代以来，基因分型技术已被应用于器官或骨髓移植组织配型。有人利用PCR-SSCP（单链构象多态性分析）分型技术进行肾移植DP配型和区别DRB1*0401-0410亚型，获得成功，且耗时少。Opelz等采用DNA-RFLP技术为86例肾移植作HLA-A、B、DR配型，与血清学比较相比较，发现22例不一致，并发现DNA-RFLP DR配型相合者存活率高。业已证明，基因分型技术用作器官移植或骨髓移植的供受者HLA-DR配型，重复性好，未发现假阴性或假阳性，而且能短时间内完成，明显优于血清学配型。

（六）可溶性HLA的研究

近年来，血清中HLA-I类可溶性研究倍受重视。1992年、1993年分别在法国巴黎和美国凤凰城召开了第一届、第二届HLA可溶性抗原国际讨论会。人们发现，正常人或患者的血清或血浆中都可以检测到可溶性HLA；可溶性抗原浓度的变化与病毒感染、移植排斥及AIDS病等有关。有报道表明，72%肾移植者与68%心脏移植者在急性排斥期可溶性HLA抗原浓度比正常值高2~5倍，而且出现在病理学改变之前。可溶性性HLA在移植排斥中的作用与意义正处于进一步研究之中。

总之，自90年代开始，HLA研究已全面进入分子生物学领域，并成为当今的研究热点之一，正处于方兴未艾之时。

第三节 我国HLA研究工作概况

我国HLA研究工作始于1974年，经过20多年的努力，通过国际交流和协作，发展较快，已在北京、上海、武汉、沈阳、、四川、湖南等地先后建立了专门从事HLA研究的实验室，全国各大城市的中心血站已开展了HLA抗血清的筛选工作。HLA分型研究中的一些关键试剂如分型标准抗血清、单克隆HLA抗体等，国内已能生产并能供应临床使用。尤其是近年来，分子生物学技术与方法在我国的HLA分型及相关研究中得到了广泛应用，进展迅速，取得了一定的成绩，受到了国际上的广泛重视，于国际上的差距在逐步缩小。

概况起来讲，目前国内HLA研究工作主要集中在以下几个方面：

一、HLA研究的状况

1、民族多态性研究

我国有56个民族，业已就汉族、壮族、蒙古族、傣族、京族、藏族、汇总、瑶族、朝鲜族、苗族、维吾尔族等民族的HLA多态性及不同地区汉族HLA多态性分布进行了研究，取得了一批有价值的结果。

2、HLA与疾病相关性的研究

国内研究人员已就类风湿性关节炎、强直性脊柱炎、胰岛素依赖型糖尿病、麻风病、系统性红斑狼疮、Graves病、妊高症、银屑病、白塞病、免疫性不孕、肝胆疾病、心肌病、肾脏病、器官移植、肿瘤等与HLA的相关性进行了研究。

此外，近年来又开展了HLA-II类分子启动子多态性及其与疾病相关性、肿瘤免疫治疗等方面的研究，尤其是HLA-II类抗原的研究，已在多个方面、多种层次和水平上展开。如在HLA-DR抗原多态性，HLA-D和DR抗原特异性的对应关系，应用IL-2诱导内皮细胞的HLA-DR抗原的表达，应用RFLP、PCR-SSP、PCR-SSO、PCR-SSCP等技术进行HLA-II类抗原的DNA分型，器官移植配型及疾病的诊断等方面的探讨上，都已有可贵的探索，成果颇丰。

二、存在的问题

虽然如此，同国际上相比我们差距还很大，还存在着诸多亟待解决的问题：

1、目前的研究主要集中于HLA-II类抗原的分子生物学水平研究，而血清学水平的研究则显得十分迟缓。综合近年来国内发表的相关文章，很少或几乎没有血清学水平的研究内容，但血清学的研究又是其他各层次水平上HLA研究工作的基础，是直接为骨髓和器官移植等临床服务的重要手段，因此，血清学研究上的落后与不适应状况亟待改变。

2、综合国内研究文献发现，在HLA-II类抗原多态性的研究中，所报道的特异性的多寡相差悬殊，这直接取决于分型中所用分型血清的数量与质量。而国内各实验室所用的II类分型血清，多得之于国外，国内尚无成套血清可供使用，因此，HLA-II类抗体分型的筛选与鉴定，是我国HLA研究领域所面临的重要任务与当务之急。

3、在HLA-II类抗原多态性的调查上，研究者往往更多地把注意力放在了资料发表本身和发表的时间性上，相对忽视了分型数据的准确性和可靠性。

4、分型研究水平和科学性的提高，离不开分型技术与实验操作的统一、规范与标准化，应逐步建立统一的质量控制系统与标准。

5、多态性的研究应建立在足够大的样本上，从国内情况看，所选样本都远未达到理想的程度。有的资料为扩大样品而采取了合并与拼接的做法。这样做，固然扩大了样本总数，但忽略了不同实验室之间技术水平不一致性，因此，各家样本在合并处理之前，应做统计学检验分析。

三、HLA的免疫学研究热点

目前，HLA的免疫遗传学研究，主要集中在两个方面：一是HLA的结构和多态性研究，二是HLA的功能和免疫研究。结合我国实际情况，有关专家提出拟在以下几方面有所侧重：

1、血清学分型协作网络的重建和高质量血清学分析板的研制和开发。

2、用基因转染和单抗技术制备血清分型和抗原表位分析的标准试剂和探针。

3、大力推行以PCR为主要技术的HLA分型。

4、重视中国人HLA扩展单倍性的研究和从中国人群中检出新的HLA等位基因。

5、大力开展原发性HLA疾病易感（或抵抗）成分及疾病关联机制的研究。

6、研究T细胞受体库的表达和MHC约束性。

7、探究同种异体反应的本质及与器官移植的关系。

8、加强习惯性流产的免疫学机制和计划免疫研究。

9、加强HLA抗原表达异常的逆转及肿瘤免疫治疗的研究。

10、研究HLA复合体中免疫功能相关基因并寻找其他新基因。

第二章 HLA的分子结构及特征

第一节 关于HLA的一般知识

一、HLA因子命名原则

1968~1995年，世界卫生组织（WHO）HLA系统因子命名委员会共发布13次命名报告，内容不断更新。最初7份报告只限于命名使用血清学或细胞培养方法检出的HLA特异性，1987年起对HLA基因命名。历年来主要规定有：

1、以大写字母A、B、C…表示HLA遗传区域中的座位。

2、HLA特异性用数字表示，取消原来编号后的w（workshop）标记，但有两点例外：Bw4和Bw6作为表位以便与其它B座位等位基因产物相区别，以经典细胞学分型方法鉴定的D和DP分子特异性保留“w”。

3、C座位特异性以CW为字首命名，以免和补体组分命名混淆。

4、HLA基因以4位数字表示，前2位表示最相邻的HLA特异性，后2位表示亚型的等位基因，如A*0101和A*0102两个基因的产物都是血清学方法检出的A2抗原，但它们的DNA序列不同。

5、第5位数字代表“沉默取代”，即该基因中发生个别核苷酸碱基取代，但并不影响所编码的氨基酸序列，如A*31011和A*31012二者的DNA序列不同，但编码的A31抗原的氨基酸序列相同。

6、第6、7位数字代表相应启动子（内含子或侧翼区）序列的多态性，如DRB4*0101101。

7、末尾加N表示无效等位基因或不表达基因，如DRB4*0101102N。

8、在不能区分等位基因时，允许取最前面的2位或4位数字表示，如目前已检出17个A2基因，若不能确定是哪个基因可写为A*02，同样，DRB4*0101。

9、今后凡确定新的抗原特异性都要有明确的DNA序列，否则将不再作新的命名。

二、已检出的HLA因子

1995年被命名的HLA座位共37个，其中I类基因10个，II类基因23个，其余4个是与HLA功能有关的非HLA座位。HLA-I类基因中，A、B、C、D、E、F、G座位是表达基因，H、J、K、L是假基因，无相应产物；检出的A、B、C血清学特异性有75种，相应等位基因213个（表2-1）；E和G座位无相应的HLA血清学特异性。HLA-II类基因中检出的DR、DQ血清学特异性27种，相应等位基因70种（表2-2）；DM座位无相应的HLA特异性，TAP是非HLA座位。据1996年6月在法国召开的第12届国际组织相容性会议报道，HLA复合体包括100多个基因座位共554个等位基因（表2-3、表2-4、表2-5、图2-1）

表2-1 HLA-A、B、C基因及其特异性