一文解讀HLA(MHC)

2020-07-15 12:48 儒百
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什么是HLA,HLA和MHC到底什么關系


HLAHuman Leukocyte Antigen的簡稱,中文名字就是人白細胞抗原,我們都知道,抗原其實就是一類蛋白,那蛋白肯定有對應的編碼基因,而這類編碼HLA的基因群就叫MHCMajor Histocompatibility Complex,主要組織相容性復合體)。所以我們常常將兩者混用。
MHC在脊椎動物中其實是廣泛存在的,小鼠的MHCH-2,豬的MHCSLA,而人的叫HLA。豬的叫SLA很容易理解(豬的英文名除了pig還有swine?。。?,至于為什么小鼠的叫H-2,而不叫MLA,請看以下百度摘抄內容:
本世紀30年代,Gorer在鑒定近交系小鼠血型抗原時曾發現4組紅細胞抗原,命名為抗原Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ。其中抗原Ⅱ只存在于某些品系而不存在于另一些品系小鼠中。其后,Snell等用近交系小鼠中生長的腫瘤分別移植于其雜交子代,腫瘤只能在抗原Ⅱ陽性小鼠體內生長,在抗原Ⅱ陰性小鼠體內則被排斥,證明了抗原Ⅱ是一種組織相容性抗原,故稱小鼠的組織相容性抗原為H-2(histocompatibility antigen-2)。
HLA的命名規則
在與研發人員的溝通中,好幾次被人問到HLA的含義,比如HLA:A*02:0102,01分別表示什么意思,這次我們就來好好看看這個命名規則。
HLA等位基因命名包括基因名稱(A、B、DR)、等位基因族、等位基因亞型、非編碼區的多態性、內含子區的多態性等信息。對某一個等位基因,先寫出座位名,下接*,再用4個數字代表這個等位基因的名字。例如上面說的HLA-A*02:01,其中AHLA基因座位,*后面的4位數中的前兩位是指這個等位基因相應的血清學特異性,這個例子中血清學特異性就是A02;后兩位數則代表該等位基因序號(或者叫等位基因亞型),如果兩個等位基因的4個數字都不同,則表示這兩個等位基因編碼的蛋白不同。如果一個等位基因在不同個體間僅在非編碼區不同表明出現無義突變,所編碼的蛋白分子不變,則在等位基因后再加一位或兩位數字以示區別。如HLAA*02:01:01HLAA*02:01:02代表了非編碼區不同基因序列,但編碼出來的氨基酸序列是完全相同的。其實還可以往后寫,但基本上就沒有什么必要去關注了。所以分辨率的基本達到02:01這種進度就足夠了。


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HLA多態性及其意義

HLA基因主要分為三類:HLAI類、HLAII類和HLAIII類。目前國際組織相容性組織在互聯網(wwwihwgorg)上公布確認的等位基因A位點有1193個,B位點1800個,C位點829個,DRBl位點809個,DRB3位點52個,DRB4位點14個,DRB5位點19個,DQBl位點55個,DPBl位點112個。而且這個數量還在持續增加中。由于HLA分子抗原結合凹槽中氨基酸序列是由每個等位基因編碼的,因而HLA多態性可能導致抗原結合凹槽的構象及結合、遞呈抗原肽給T細胞的效率大大不同,這使得不同的HLA基因對疾病的易感性不同。


這就引出一個問題,HLA為什么需要這么大的多態性,以及它的多態性和BCR/TCR是否一樣?

HLA復合體的三個遺傳特性是高度多態性、共顯性表達、單體型遺傳和連鎖不平衡。HLA屬人類多態性最為豐富的基因系統,揭示了人群中兩個無親緣關系個體間HLA等位基因相同的概率非常低。因為對每一個個體,任何一個HLA座位只能有2個等位基因,分別來自父母親.這些等位基因均能得到充分的表達,稱為共顯性(co-dominance)。由于人類是隨機婚配的雜合群體,因而獲取這兩個基因應該是隨機的,如HLA-B為例,意味著從2798個等位基因中任取兩個,兩個個體得到完全相同B座位等位基因的概率自然很小。如果再算上其他,兩個無親緣關系個體全部HLA等位基因相同的概率幾乎為零。HLA系統的多態性與TCR/BCR庫的多樣性不同,其表現在種群內的不同個體之間,某種意義上,是種群為了應對各種病原體入侵而形成的一個儲備庫。顯然,其多樣性不在個體內的淋巴細胞克降水平,而在種群內的個體水平。HLA的多態性.體現了種群潛在的應答能力,保證了種群的延續及穩定性。

HLA I和HLA II的分類及作用

經典HLA I類分子(HLA-A, HLA-B, HLA-C)和類分子(HLA-DR, HLA-DQ, HLA-DP)以糖蛋白形式表達在細胞膜表面。

經典的HLA I類基因(HLA-A、-B、-C)在大部分的有核細胞表面表達,其編碼的抗原分子分布予所有的組織細胞上,為細胞膜上的移植抗原,是引起移植后排斥反應發生的主要抗原。I類分子表達量最高的是淋巴細胞,一個細胞可含5e5分子,約占膜蛋白的1%。其中、DC及中性粒細胞高表達HLA I類分子。
經典的HLA II類基因(HLA-DR、-DQ、-DP)主要在抗原呈遞細胞上表達,如、DC、成熟B細胞。此外激活的T細胞及激活的單核細胞表面也表達經典的II類分子。
具體到免疫層面,經典HLA分子最基本的功能是與內源性抗原肽(I類分子)和外源性抗原肽(類分子)結合,以肽-MHC復合物的形式表達在抗原提呈細胞和靶細胞的表面,被CD4+CD8+ T細胞識別后啟動適應性免疫應答。
HLA-I類分子呈遞由細胞溶質蛋白質降解而產生的肽至細胞表面,在細胞表面這些肽段可被CD8+ T細胞識別。HLA-Ⅱ類分子呈遞由內吞/內噬蛋白降解而產生的肽至細胞表面,即主要呈現外源蛋白質降解的肽,在細胞表面這些肽段可被CD4+ T細胞識別。

由于HLA-I類分子是細胞毒性T細胞反應的重要參與者,每一個HLA-I類分子與胞內蛋白的特定多肽結合,并將其提呈給CD8+ T細胞。HLA基因體細胞突變率的增高與HLA功能異常顯著相關,是免疫逃逸的潛在機制,參與腫瘤形成和腫瘤進展。例如,腫瘤可以下調HLA-I類分子表達,這就需要使HILA-I類基因出現失活突變。研究發現,一些具有HLA-I類基因胚系雜和性的患者,其腫瘤細胞可以表現為HLA-I類分子體細胞的LOH,這就影響其接受ICI治療的療效。研究還發現HLA基因功能缺失變異(如移碼不定、無義和剪接位點突變)可能會導致腫瘤細胞的HLA-I類表面表達缺失,從而影響抗原向免疫細胞的表達。有證據表],HLA外顯子2和3的突變優先定位于將肽錨定到MHC結合槽至關重要的殘基,干擾抗原呈遞的基本過程。


當然很多自身免疫病的發生也與個體特定的HLA表現型或HLA異常表達相關,通過將HLA作為遺傳標記,以尋找與某些疾病相關的HLA型別,即通過HLA研究疾病發生遺傳背景或傾向或基因易感性。經研究發現,數十種自身免疫病可以找出相關最明顯的HLA基因成分或表現型,如強直性脊柱炎與HLA-B27相關聯,其相對危險度達80%以上。檢測HLA的型別有助于自身免疫病的診斷。


HLA在藥物研發中的常見應用

1. MLR實驗

在靜息狀態樹突狀細胞內有大量的 MHCⅡ分子正等候著被裝載。當靜息樹突狀細胞被激活時,這些“儲備”的 MHCⅡ分子與來自戰區的抗原裝載。當樹突狀細胞抵達目的地時,這些裝載抗原的MHCⅡ分子被展示于樹突狀細胞表面。同時在游走過程中,樹突狀細胞上調MHCⅠ類分子的表達。因而當激活后DC表達高水平的MHCⅠ類和Ⅱ類分子。當不同個體的DC和T細胞混合培養,由于兩者的HLA不匹配,因而會引發T細胞強烈反應,其實就是移植排斥。但由于,DC為抗原提呈細胞,大量表達PDL1(2),起到剎車作用,而Check point藥物是通過阻斷通路起作用,因而當藥物加入后,若藥物可以有效阻斷兩者的反應通路,就可以更加大量刺激T細胞的增殖。原先很多實驗人員都是購買幾個個體自己進行預實驗篩選,耗時耗力。其實如果我們知道兩者的HLA的話,直接選擇差異性大的基本就問題不大了。



2. TCR-T和UCAR-T

中國人群中常見的HLA-A基因有HLA-A*02:01、HLA-A*11:01,HLA-A*24:02,其中約10%~15%的中國人攜帶并表達HLA-A*02:01,其中在白種人中HLA-A*02:01的表達率較高,約 50%。因此 HLA-A*02:01遞呈的抗原是重要的靶點可用于TCR-T細胞藥物研發。
當然還有以前介紹過UCAR-T,其中很重要的一個步驟就是基因編輯去除MHC。這樣才能使CAR-T真正變得通用。
當然在小鼠體內實驗中大家也經常會考慮到腫瘤細胞與PBMC的配型問題。我司生產的PBMC均可提供完整的HLA數據,精度為02:01級別。


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