第三节 移植抗原
在器官移植中，移植物被排斥或被接受是受遗传因素作用的，在移植免疫反应中起关键作用的细胞表面遗传性蛋白质被称为移植抗原，即组织相容性抗原，包括主要组织相容性抗原（MHC）和非主要组织相容性抗原（non-MHC）。编码这些蛋白的基因，称为组织相容性基因。MHC是机体保护自我，识别非己抗原的主要分子之一。后者决定移植组织是否相容或被排斥。
MHC的主要免疫学功能是递呈外来抗原片段，形成复合物进而被T细胞特异性抗原受体识别。MHC分子表达在细胞膜上，当外来抗原与MHC分子相结合时，抗原特异性T淋巴细胞受体识别MHC分子中的外来抗原片段，从而将抗原信息递呈至T细胞。成熟T细胞识别外来抗原并与之反应，但不与自身蛋白质反应，因为在免疫系统成熟的过程中，自身反应性T细胞在胸腺中被剔除，从而导致自身耐受。
在所有的脊柱动物中均存在MHC基因。在不同种系位于不同的染色体上，不同的动物MHC有不同的名称。在人类，MHC位于第6号染色体短臂上，由一群具有多功能的连锁基因组成，长度约400万bp。人类MHC基因编码的细胞表面的多态性分子，称为人类白细胞抗原（HLA）。HLA多态性存在于特异性分子超变区，可识别自身和外来抗原（图3-2）。HLA基因通过共显性复等位方式遗传。HLA系统中至少包含6个独立的基因位点。从表型上看，每个基因位点有两种共显性序列，一种来自父亲，一种来自母亲。根据HLA分子的细胞分布、化学和晶体衍射结构、免疫学功能，可将其分为Ⅰ类、Ⅱ类和Ⅲ类分子。Ⅰ类MHC位于端粒端，Ⅱ类MHC位于着丝端，Ⅲ类MHC位于前两类中间。
图3-2 人类HLA两类分子的结构模式
一、Ⅰ类抗原
HLA-Ⅰ类抗原（A、B、C）存在于所有有核细胞表面，但浓度差异很大。人类至少有17个Ⅰ类基因，但通常只有3个表达：A、B和C。这些分子包含一条MHC编码的高度特异性多肽链（重链），称为α链，和一条多肽轻链，即β2-微球蛋白，由15号染色体上的基因编码。Ⅰ类分子的异体特异性存在于α链，这条多肽链形成深沟。β链以非共价键与重链结合，不直接与细胞结合。重链氨基端的胞外片段包括三个区域：α1、α2、α3。每一个区约90个氨基酸，α1和α2区有30%氨基酸序列变异较大，α3区很少变异。α1和α2相互作用形成沟槽的两侧，β片层结构形成沟槽底部。外来抗原在沟槽内与MHC分子结合，进而被递呈至T细胞。沟槽的尺寸小，不能结合完整的球状蛋白质，因而天然的球状蛋白质需消化成小片段才能与MHC分子结合。沟槽中高度变异的氨基酸残基决定了所结合的多肽和T细胞的特异性。Ⅰ类和Ⅱ类分子均结合外来抗原，形成复合物被抗原特异性T细胞识别。Ⅰ类分子递呈内源性合成的外来抗原，如病毒蛋白和肿瘤抗原。与Ⅰ类分子结合的抗原可被细胞毒性CD8+T细胞识别。非多肽性α3区域含有结合CD8+T细胞的位点，可增强携带抗原的MHC分子与T细胞抗原受体的亲和力。
一般认为，Ⅰ类抗原对排斥反应的影响程度较Ⅱ类抗原弱，Ⅰ类抗原引起的混合淋巴细胞反应（MLR）只相当于Ⅱ类抗原引起反应的50%，而MLR与MHC差异程度成正比。在同种移植中，Ⅰ类抗原的主要作用是决定CD8+杀伤细胞及靶细胞的特异性。术后移植物细胞Ⅰ类抗原表达越多，CD8+杀伤细胞的活性越强。对于排斥反应而言，Ⅰ类抗原A、B两个位点较重要。
二、Ⅱ类抗原
Ⅱ类基因位于D区MHC分子的着丝点附近，长度约1万bp，至少有6个α链基因和10个 β链基因。Ⅱ类抗原分子DR、DQ和DP由DR、DQ和DP区的α、β链基因编码。目前发现至少有52种DR抗原，9种DQ抗原和6种DP抗原。与Ⅰ类抗原相比，Ⅱ类抗原（HLA-DR、DP、DQ）的细胞分布更为局限，主要表达在抗原递呈细胞（APC）上，如B细胞、巨噬细胞、淋巴结树突状细胞、肾小球膜细胞、库普弗细胞和一些免疫细胞上，如淋巴细胞和胸腺表皮细胞。部分激活的T淋巴细胞也表达Ⅱ类分子。所有胚实质细胞均含有Ⅱ类分子。一般来说，表达MHC-Ⅱ类抗原的细胞均同时表达Ⅰ类抗原，人淋巴细胞、单核-巨噬细胞和所有抗原呈递细胞均表达Ⅱ类抗原。位于炎性细胞因子（如γ干扰素）5’编码起始位点的启动子序列，可启动Ⅱ类蛋白质的合成。
Ⅱ类蛋白质由两条MHC编码的多肽性链（α和β链）以非共价键结合而成。每条α和β链含两个胞外区域（α1、α2和β1、β2）。α和β链共同参与构成抗原结合凹槽。Ⅱ类分子含2个沟槽，分别由α1和β1区形成，可结合12个氨基酸的肽段；而Ⅰ类分子可结合9个氨基酸的肽段，只形成1个抗原肽结合物。
Ⅱ类分子在启动移植抗原的免疫反应中起关键作用。对外来Ⅱ类分子的识别可激活辅助性CD4+T细胞，促进克隆增殖；通过刺激CD4+T淋巴细胞产生调节性细胞因子，可促进细胞毒性T细胞克隆增殖。Ⅱ类抗原在排斥反应中似乎比Ⅰ类更重要，其优先考虑位点为DR，尽管环孢素A（CsA）的广泛使用使临床器官移植的存活率大大提高，但经大量临床统计资料分析后显示，Ⅱ类抗原配型对于提高器官存活率仍是十分必要的。
三、Ⅲ类抗原
Ⅲ类抗原基因位于Ⅰ类和Ⅱ类之间，长约1.1Mbp，Ⅲ类基因编码补体成分如C4、C2和B因子。TNFα和β可影响HLA的表达，C2和TNF基因之间还有3个编码热休克蛋白HSP-70的基因，HSP基因位于MHC中的功能联系尚未定论，但至少有两点值得注意，一是细菌或其他微生物的HSP可能是自身免疫的共同抗原，二是HSP可能与抗原呈递前蛋白分子的展开有关。
四、次要组织相容性抗原
临床实践中发现，供受者HLA完全配合的移植仍有患者发生急性排斥反应。该现象意味着除HLA外，还有一个抗原系统可以引起移植排斥反应，这个系统就是non-MHC抗原系统（即次要组织相容性抗原，MiHAs）。人体性染色体、血小板抗原、Lewis抗原和P抗原等均属该系统。MiHAs是由存在于许多染色体上的20余个基因区域编码的内源性小肽段，可结合自身MHC分子的抗原结合位点，启动MHC相同个体间的T细胞反应。MHC抗原可被B和T淋巴细胞识别，而MiHC的反应只由T细胞介导并具有MHC限制性。MHC限制性是MiHC识别的基本特征。在HLA完全相同的异体移植物排斥反应中，MiHAs起重要的启动作用。只有在主要和次要基因完全相同的同卵双生子间的移植才可能不用免疫抑制剂。
从器官移植患者或多次输血患者体内，都能诱导出性染色体H-Y或Lewis抗原特异的CTL细胞，后者对HLA抗原是非特异的，它的生成须经相同抗原的二次致敏。由于non-MHC抗原性弱，普通方法难以检查，需用non-MHC特异的细胞株进行检测，后者有可能成为今后non-MHC配型的方法之一。