一文解读HLA（MHC）

2020-07-15 12:48 儒百

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什么是HLA，HLA和MHC到底什么关系

HLA是Human Leukocyte Antigen的简称，中文名字就是人白细胞抗原，我们都知道，抗原其实就是一类蛋白，那蛋白肯定有对应的编码基因，而这类编码HLA的基因群就叫MHC（Major Histocompatibility Complex，主要组织相容性复合体）。所以我们常常将两者混用。

MHC在脊椎动物中其实是广泛存在的，小鼠的MHC叫H-2，猪的MHC叫SLA，而人的叫HLA。猪的叫SLA很容易理解（猪的英文名除了pig还有swine！！），至于为什么小鼠的叫H-2，而不叫MLA，请看以下百度摘抄内容：

本世纪30年代，Gorer在鉴定近交系小鼠血型抗原时曾发现4组红细胞抗原，命名为抗原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长的肿瘤分别移植于其杂交子代，肿瘤只能在抗原Ⅱ阳性小鼠体内生长，在抗原Ⅱ阴性小鼠体内则被排斥，证明了抗原Ⅱ是一种组织相容性抗原，故称小鼠的组织相容性抗原为H-2(histocompatibility antigen-2)。

HLA的命名规则

在与研发人员的沟通中，好几次被人问到HLA的含义，比如HLA:A*02:01中02，01分别表示什么意思，这次我们就来好好看看这个命名规则。

HLA等位基因命名包括基因名称(A、B、DR等)、等位基因族、等位基因亚型、非编码区的多态性、内含子区的多态性等信息。对某一个等位基因，先写出座位名，下接*，再用4个数字代表这个等位基因的名字。例如上面说的HLA-A*02:01,其中A指HLA基因座位，*后面的4位数中的前两位是指这个等位基因相应的血清学特异性，这个例子中血清学特异性就是A02；后两位数则代表该等位基因序号(或者叫等位基因亚型)，如果两个等位基因的4个数字都不同，则表示这两个等位基因编码的蛋白不同。如果一个等位基因在不同个体间仅在非编码区不同表明出现无义突变，所编码的蛋白分子不变，则在等位基因后再加一位或两位数字以示区别。如HLA—A*02:01:01与HLA—A*02:01:02代表了非编码区不同基因序列，但编码出来的氨基酸序列是完全相同的。其实还可以往后写，但基本上就没有什么必要去关注了。所以分辨率的基本达到02:01这种进度就足够了。

HLA多态性及其意义

HLA基因主要分为三类：HLA—I类、HLA—II类和HLA—III类。目前国际组织相容性组织在互联网(www．ihwg．org)上公布确认的等位基因A位点有1193个，B位点1800个，C位点829个，DRBl位点809个，DRB3位点52个，DRB4位点14个，DRB5位点19个，DQBl位点55个，DPBl位点112个。而且这个数量还在持续增加中。由于HLA分子抗原结合凹槽中氨基酸序列是由每个等位基因编码的，因而HLA多态性可能导致抗原结合凹槽的构象及结合、递呈抗原肽给T细胞的效率大大不同，这使得不同的HLA基因对疾病的易感性不同。

这就引出一个问题，HLA为什么需要这么大的多态性，以及它的多态性和BCR/TCR是否一样？

HLA复合体的三个遗传特性是高度多态性、共显性表达、单体型遗传和连锁不平衡。HLA属人类多态性最为丰富的基因系统，揭示了人群中两个无亲缘关系个体间HLA等位基因相同的概率非常低。因为对每一个个体，任何一个HLA座位只能有2个等位基因，分别来自父母亲．这些等位基因均能得到充分的表达，称为共显性（co-dominance）。由于人类是随机婚配的杂合群体，因而获取这两个基因应该是随机的，如HLA-B为例，意味着从2798个等位基因中任取两个，两个个体得到完全相同B座位等位基因的概率自然很小。如果再算上其他，两个无亲缘关系个体全部HLA等位基因相同的概率几乎为零。HLA系统的多态性与TCR/BCR库的多样性不同，其表现在种群内的不同个体之间，某种意义上，是种群为了应对各种病原体入侵而形成的一个储备库。显然，其多样性不在个体内的淋巴细胞克降水平，而在种群内的个体水平。HLA的多态性．体现了种群潜在的应答能力，保证了种群的延续及稳定性。

HLA I和HLA II的分类及作用

经典HLA I类分子（HLA-A, HLA-B, HLA-C）和Ⅱ类分子（HLA-DR, HLA-DQ, HLA-DP）以糖蛋白形式表达在细胞膜表面。

经典的HLA I类基因（HLA-A、-B、-C）在大部分的有核细胞表面表达，其编码的抗原分子分布予所有的组织细胞上，为细胞膜上的移植抗原，是引起移植后排斥反应发生的主要抗原。I类分子表达量最高的是淋巴细胞，一个细胞可含5e5分子，约占膜蛋白的1%。其中Mφ、DC及中性粒细胞高表达HLA I类分子。

经典的HLA II类基因（HLA-DR、-DQ、-DP）主要在抗原呈递细胞上表达，如Mφ、DC、成熟B细胞。此外激活的T细胞及激活的单核细胞表面也表达经典的II类分子。

具体到免疫层面，经典HLA分子最基本的功能是与内源性抗原肽（I类分子）和外源性抗原肽（Ⅱ类分子）结合，以肽-MHC复合物的形式表达在抗原提呈细胞和靶细胞的表面，被CD4+或CD8+ T细胞识别后启动适应性免疫应答。

HLA-I类分子呈递由细胞溶质蛋白质降解而产生的肽至细胞表面，在细胞表面这些肽段可被CD8+ T细胞识别。HLA-Ⅱ类分子呈递由内吞/内噬蛋白降解而产生的肽至细胞表面，即主要呈现外源蛋白质降解的肽，在细胞表面这些肽段可被CD4+ T细胞识别。

由于HLA-I类分子是细胞毒性T细胞反应的重要参与者，每一个HLA-I类分子与胞内蛋白的特定多肽结合，并将其提呈给CD8+ T细胞。HLA基因体细胞突变率的增高与HLA功能异常显著相关，是免疫逃逸的潜在机制，参与肿瘤形成和肿瘤进展。例如，肿瘤可以下调HLA-I类分子表达，这就需要使HILA-I类基因出现失活突变。研究发现，一些具有HLA-I类基因胚系杂和性的患者，其肿瘤细胞可以表现为HLA-I类分子体细胞的LOH，这就影响其接受ICI治疗的疗效。研究还发现HLA基因功能缺失变异（如移码不定、无义和剪接位点突变）可能会导致肿瘤细胞的HLA-I类表面表达缺失，从而影响抗原向免疫细胞的表达。有证据表]，HLA外显子2和3的突变优先定位于将肽锚定到MHC结合槽至关重要的残基，干扰抗原呈递的基本过程。

当然很多自身免疫病的发生也与个体特定的HLA表现型或HLA异常表达相关，通过将HLA作为遗传标记，以寻找与某些疾病相关的HLA型别，即通过HLA研究疾病发生遗传背景或倾向或基因易感性。经研究发现，数十种自身免疫病可以找出相关最明显的HLA基因成分或表现型，如强直性脊柱炎与HLA-B27相关联，其相对危险度达80%以上。检测HLA的型别有助于自身免疫病的诊断。

HLA在药物研发中的常见应用

1. MLR实验

在静息状态树突状细胞内有大量的 MHCⅡ分子正等候着被装载。当静息树突状细胞被激活时，这些“储备”的 MHCⅡ分子与来自战区的抗原装载。当树突状细胞抵达目的地时，这些装载抗原的MHCⅡ分子被展示于树突状细胞表面。同时在游走过程中，树突状细胞上调MHCⅠ类分子的表达。因而当激活后DC表达高水平的MHCⅠ类和Ⅱ类分子。当不同个体的DC和T细胞混合培养，由于两者的HLA不匹配，因而会引发T细胞强烈反应，其实就是移植排斥。但由于，DC为抗原提呈细胞，大量表达PDL1(2)，起到刹车作用，而Check point药物是通过阻断通路起作用，因而当药物加入后，若药物可以有效阻断两者的反应通路，就可以更加大量刺激T细胞的增殖。原先很多实验人员都是购买几个个体自己进行预实验筛选，耗时耗力。其实如果我们知道两者的HLA的话，直接选择差异性大的基本就问题不大了。

2. TCR-T和UCAR-T

中国人群中常见的HLA-Ａ基因有HLA-Ａ*０２：０１、HLA-Ａ*11:01，HLA-Ａ*２４：０２，其中约10%～１５％的中国人携带并表达ＨＬＡ-Ａ*０２：０１，其中在白种人中HLA-Ａ*０２：０１的表达率较高，约５０％。因此 HLA-Ａ*０２：０１递呈的抗原是重要的靶点可用于TＣＲ-T细胞药物研发。

当然还有以前介绍过UCAR-T，其中很重要的一个步骤就是基因编辑去除MHC。这样才能使CAR-T真正变得通用。

当然在小鼠体内实验中大家也经常会考虑到肿瘤细胞与PBMC的配型问题。我司生产的PBMC均可提供完整的HLA数据，精度为02:01级别。