HLA基因位于人第6号染色体短臂p21.31，按照其在染色体上的排列分为3个区：HLA Ⅰ、HLAⅡ和HLAⅢ类基因区，这段区域在1999年首次被测序。虽然Ⅰ类和Ⅱ类的序列和结构有所不同，但其编码的蛋白结构和功能类似，都属于免疫球蛋白基因超家族的成员，在控制T细胞识别及在移植中决定组织相容性都具有重要的作用。HLAⅠ类和Ⅱ类分子结构上的差异决定了它们在活化不同T细胞所起的作用不同。细胞毒性T淋巴细胞识别HLAⅠ类分子-抗原肽复合物，而辅助性T细胞识别HLAⅡ类分子-抗原肽复合物。HLAⅠ类和Ⅱ类分子主要是由不同的α链和β链组成的二聚体组成。Ⅰ类分子最初是由血清学方法分型，而Ⅱ类分子是由功能分析如混合淋巴细胞反应进行分型。

位于Ⅰ类基因区的HLA-A、HLA-B和HLA-C基因属于经典HLAⅠa类基因，编码的HLA-A、B和C抗原构成了决定移植成功与否的主要Ⅰ类分子。HLA-A、B和C基因都具有高度的多态性。截至2018年8月，HLA-A位点有4340个等位基因，HLA-B位点有5212个等位基因，HLA-C位点有3930个等位基因，HLA-B位点在人类基因组是最具多态性的位点。HLA-A、HLA-B和HLA-C基因都由8个外显子和7个内含子组成。1外显子是一个引导序列；2、3和4外显子分别编码Ⅰ类分子胞外区的α1、α2和α3结构域；5外显子编码穿膜区；6、7和8外显子编码胞质区。α1和α2结构域构成与抗原肽结合及被T细胞TCR识别的肽结合槽，Ⅰ类分子的多态性主要位于该区域，决定了不同Ⅰ类分子所结合、递呈抗原肽的差异。Ⅰ类分子均含有两条多肽链，一条是由HLA基因编码的α链或重链，另一条为第15号染色体上非HLA基因所编码的β链或轻链，即β 2微球蛋白。β链与α3结构域结合，与α链的胞外部分相互作用。从空间结构上来说，Ⅰ类分子由2个α螺旋和8股反向平行的β折叠共同组成与抗原肽结合的功能槽构成。

除经典Ⅰ类基因外，Ⅰ类区域还包括许多其他基因，如HLA-E、HLA-F、HLA-G和Ⅰ类链相关基因-MICA和MICB。HLA-E、F和G位点的基因称为Ⅰb基因，在免疫应答中具有特殊的作用，其编码产物在获得性和固有免疫途径都具有重要的作用。经典Ⅰa分子和非经典Ⅰb分子区别主要是其产物分布不同：Ⅰa分子广泛表达于所有有核细胞表面，在所有组织中都有表达；Ⅰb分子组织分布有限，具有组织特异性。在这三种Ⅰb分子中，HLA-E的表达最广泛；HLA-G主要表达于胎盘组织；HLA-F主要表达于膀胱、肝脏和胎盘。三种分子的功能尚未完全清楚，但是它们至少部分作为NK细胞受体的配体，调节NK细胞的功能。HLA-E分子与NK细胞抑制性受体CD94/NKG2A/C相互作用，调节NK细胞和部分T细胞的杀伤活性。HLA-G可与NK细胞抑制性受体KIR结合，发挥抑制效应。MICA和MICB基因的编码产物与经典Ⅰ类分子具有高度的同源性，主要表达于肠黏膜上皮细胞，不与β 2微球蛋白结合，也不与抗原肽结合，作为配体与激活性受体NKG2D结合。

位于Ⅱ类基因区的HLA-DR、HLA-DP和HLA-DQ属经典Ⅱ类基因，与Ⅰ类基因一样，也具有高度的多态性，在DRB1位点具有超过2268个等位基因。Ⅱ类分子均为双肽链分子，由α和β链组成。HLA-DR、HLA-DQ和HLA-DP抗原的β链分别由DRB、DQB和DPB基因编码，多态性的HLA-DR β链由四个不同的DRB基因（DRB1、DRB3、DRB4和DRB5）编码，多种HLA-DRB基因作为一个基因单位或单倍型遗传。例如，DR1包括四个基因：一个多态性DRB1基因，一个非多态性DRA基因和两个假基因。而DR3包括五个基因：一个多态性DRB1基因、一个非多态性DRA基因、一个多态性DRB3基因和两个假基因。另外HLADQ基因的编码产物可出现反式组合，即HLA-DQ α和β链分别由不同染色体上的DQA1和DQB1基因所编码。因此，HLAⅡ类分子在个体水平具有极为丰富的多样性。

HLA Ⅲ类区域位于HLAⅡ类和Ⅰ类之间，包括C2、C4、Bf基因、TNF-α、TNF-β基因、热休克蛋白等。Ⅲ类基因与许多疾病密切相关，如Graves病、Crohn病和系统性红斑狼疮。

截至2018年8月，超过4340个HLA-A、5212个HLA-B、3930个HLA-C、2268个HLADRB1、1257个HLA-DQB1和1014个HLA-DPB1等位基因被发现（http://www.ebi.au.uk/imgh/hla）。假如每一个HLA等位基因随机组合，人群中将会有超过9.26×10 ¹⁷个HLA-A、B、C、DRB1、DQB1的组合，寻找一个相合的供者无异于大海捞针。然而HLA基因并非完全随机组合，某些基因比其他基因能更多地连锁在一起，从而出现连锁不平衡。例如，在中国南方人中HLA-A2和HLA-B46频率分别为0.3153和0.1113。若随机组合，则A2-B46的预期频率为0.3153×0.1113=0.03509。但实际所测得A2-B46的频率为0.08123。实测频率与预期频率间的差值为连锁不平衡参数。

HLA-B和HLA-C之间、HLA-DR和HLA-DQ之间存在强连锁不平衡，如果患者和供者的HLA-A、HLA-B和HLA-DR位点全相合，那HLA-C和HLA-DQ也可能相合；相反，如果HLA-B或HLA-DR不相合，则HLA-C或HLA-DQ不相合的几率也会大大增加。

HLA等位基因在遗传过程中作为一个完整的遗传单位由亲代传给子代，即是以单倍型形式连锁遗传的。对某个个体的单倍型的确认，严格来说只能通过家系调查确认分离标记。家系分析对准备进行allo-HSCT的患者具有重要的作用。只有通过家系分析才能确定与患者基因型相合的同胞能否作为供者。HLA等位基因的遗传规律遵从孟德尔遗传定律，子代可随机地从亲代双方各遗传一个HLA单倍型。因此在同一家庭内的同胞兄弟姐妹们中，两个单倍型完全相同的概率为25%，一个单倍型相同的概率为50%，两个单倍型完全不同的概率为25%。父母与子女之间则必然有一个单倍型完全相同（图1-3-1A）。因此，在临床allo-HSCT选择合适的供者时，从家庭内寻找到合适供者的概率比无血缘关系大的多。HLA基因型全相合的同胞之间不但HLA的等位基因完全相同，所有与HLA单倍型连锁的基因也完全相同；单倍型相同的同胞之间的一个单倍型相同，另外一个单倍型虽然不同，但实际工作中会发现有相同的HLA等位基因，这取决于父亲或母亲是否有纯合子的位点（图1-3-1B）。另外实际工作中还会发现父亲或母亲的某个HLA等位基因在遗传给子代的过程中发生重组，从而导致本应该两条单倍型相合的同胞之间某个等位基因不相同（图1-3-1C）。图1-3-1A～图1-3-1C显示了HLA家系调查中可能出现的情况。

当非血缘志愿者作为供者，不能进行家系分析时，单倍型的确认只能采用统计学方法，通过人群中已知HLA等位基因或抗原的频率计算单倍型的频率。表1-3-1显示了世界主要种族人群中占优势的HLA单倍型。全世界不同国家的学者都已经对供者骨髓库中HLA基因和单倍型的频率进行了研究，这不仅有助评估寻找到合适供者的几率，对估算合适的骨髓库规模及构成也具有重要的意义（http://www.allelefrequencies.net）。

HLA抗原／基因在不同的种族中的分布有较大的差异。另外，同一种族，不同地域、不同数量的调查对象也导致一定的差异。例如HLA-B8在高加索人群中非常普遍（5.1%～13.5%），而在亚洲人群中比较少见（0.67%～1.3%）。中国人群的HLA基因频率分布则显示出了明显的南北差异、东西差异。表1-3-2显示了中国不同地域主要的HLA基因频率分布的特点。如中国北方人群中频率最高的为HLA-A2、B13和DR15；上海人中频率最高的为HLA-A2、B46和DR9，四川人则为HLA-A11、B46和DR9；同属于南方的上海和四川人群的频率分布趋向一致，与北方人群有较大差异。