HLA，基因組上的「鬧市中心」（二）

上個月初，小編給大家介紹了基因組上HLA區域的基本信息，包括HLA是什麼、HLA基因簇、HLA多態性、HLA命名規則以及常見的HLA分型技術。這一篇呢，小編將帶領大家一同了解HLA在人類疾病發生、治療等過程中扮演的神奇角色，看看它為何被稱為基因組上的「鬧市中心」。

參考PubMed Results by year的搜索結果[1]，近20年來每年發表的HLA相關研究論文數目一直居高不下，這充分說明了HLA在科研界的熱門程度。根據現有研究發現，HLA突變幾乎與所有的自身免疫疾病存在關聯——包括多發性硬化、類風濕性關節炎、I型糖尿病、乳糜瀉、強直性脊柱炎、Graves病、狼瘡、Crohn病和牛皮癬等。HLA也在HIV中發揮重要作用，它還會影響包括免疫檢查點抑製劑、抗生素、抗精神病葯、甚至是阿司匹林等常用藥物的用藥反應。

圖1 PubMed上記載的歷年HLA相關研究數[1]

HLA的研究數不勝數，小編不想在此泛泛而談，而是希望挑選熱點，和大家分享兩篇HLA在自身免疫疾病與腫瘤細胞免疫治療領域的經典研究。

01

HLA與自身免疫疾病

早年的HLA研究，主要集中於探究HLA多態性與自身免疫病之間的關係，最有名的發現以及應用估計就是HLA-B27與強直性脊柱炎之間的關聯啦[2]。下面小編介紹的這篇文獻，在國內研究自身免疫病與HLA多態性位點的關聯上可謂「經典」。

研究名稱：

Deep sequencing of the MHC region in the Chinese population contributes to studies of complex disease[3]

發表時間：2016年3月23日

發表雜誌：Nature Genetics

背景：

歐洲人群的HLA等位基因和相關氨基酸的多樣性已在多種研究中進行探索，並已構建HLA區域與疾病關聯的精細圖，而非歐洲人群（包括漢族）尚無成規模的HLA（MHC）人群數據供研究參考，大大限制了MHC區域疾病關聯位點的研究。銀屑病（Psoriasis）也叫牛皮癬，是一種常見的慢性炎症性皮膚病，屬於多基因遺傳病，可由多種激發因素，如創傷、感染、藥物都可能在易感個體中誘發該病。相當一部分患者有家族性發病史，且發病率在不同人種差異很大。已有研究發現，銀屑病患者的某些HLA抗原出現頻率顯著高於正常人群。

研究對象:

1、20,635個中國漢人（10,689個Healthy control以及9,946個Psoriasis case）

2、5Mb MHC區域進行目標區域深度測序（55×）

主要結果1：漢族人群HLA區域突變鑒定以及Han-MHC資料庫整合

檢測10,689個正常漢族人的MHC區域突變情況（SNP與InDel），經過質量控制，共有261,172個SNP與InDel整合入Han-MHC資料庫。

主要結果2：漢族人群HLA基因分型與MHC單倍型譜

對10,689個正常漢族人HLA區域的HLA-A、HLA-B、HLA-C、HLA-DRB1、HLA-DQB1、HLA-DPB1、HLA-DRB3等基因進行分型。其中，HLA-B基因的多態性最強（表1），MAF≥5%僅佔35.2%，說明HLA-B基因在環境適應中的重要功能。

表1漢族人群HLA基因分型結果統計

HLA-A、HLA-B、HLA-C、HLA-DRB1、HLA-DQA1、HLA-DQB1、HLA-DPB1和MICA在漢族人群中均表現出高度多態性（如圖2），其中有476個等位基因僅僅在該研究漢族人群樣本中出現，這說明了已有資料庫中記載的HLA等位基因信息受限於特定群體。

圖2漢族人群29個HLA基因的多態性

選擇27個可區分HLA-A、HLA-B、HLA-C、HLA-DRB1、HLA-DQB1等位基因型的SNP位點分析每個個體的MHC單倍型。在10,689個正常漢族人群中共鑒定出7,555種不同的單倍型，出現頻率最高的單倍型為：

HLA-A*30:01–HLA-B*13:02–HLA-C*06:02–HLA-DRB1*07:01–HLA-DQB1*02:02(圖3)。

圖3漢族人群中高頻出現的HLA基因單倍型

基於上述結果，研究者比較了漢族與歐洲人群HLA等位基因頻率（圖4），兩個群體之間存在明顯差異(P=5.90×10?7）（圖4）。而對於那些受MHC區域影響很大的疾病，風險等位基因頻率與不同地區疾病的發病率接近。這些結果支持了Han-MHC資料庫對漢族人MHC相關疾病研究的重要意義。

圖4漢族人群和歐洲人群的HLA等位基因頻率比較

主要結果3：精細定位MHC區域與銀屑病相關突變

為了驗證Han-MHC資料庫的功能，對9,946個漢族銀屑病患者MHC區域進行測序以及分析，通過GWAS尋找MHC區域與銀屑病的強關聯位點。

先前已報道HLA-C*06:02在歐洲與漢族人群中與銀屑病相關，同時也是此次分析中MHC區域上顯著關聯性最強的位點（P=1.00×10?359），還發現了全新的獨立相關等位基因HLA-C*07:04（P=1.77×10?44）。將MHC區域上的突變與銀屑病相關性進行逐步回歸分析（圖5），發現了位於基因間區的關聯位點rs118179173（P=3.00×10?74）以及位於HLA-B、HLA-DPB1與BTNL2上的其他5個關聯位點，上述8個銀屑病關聯位點可以解釋18.4%的銀屑病表型差異，比歐洲人群中報道的關聯信號4.9%高出多倍。

圖5 GWAS得到位於MHC區域上的與銀屑病相關的信號

02

HLA與腫瘤免疫檢查點抑製劑

研究名稱：

Patient HLA class I genotype influences cancer response to checkpoint blockade immunotherapy[4]

發表時間：2018年9月2日

發表雜誌：Science

背景：

免疫檢查點抑製劑可以靶向CTLA-4或PD-1/PD-L1，極大豐富了轉移癌患者的治療方案。然而，腫瘤患者對這些藥物反應多變，治療耐藥性也很常見。迄今為止，大多數預測免疫檢查點阻斷療法(ICB)臨床療效的研究主要集中在腫瘤免疫表型、體細胞基因組特徵或腸道微生物，對患者本身生殖細胞基因組上的信息與治療反應之間的關係知之甚少。

本研究進行了腫瘤患者ICB生存情況與MHC區域遺傳關聯分析，力圖證明兩個假設:

(i) HLA-I型基因的純合與雜合性是否影響癌症患者接受ICB後的生存情況；

(ii) HLA-I基因型是否影響癌症患者接受ICB後的生存情況。

研究對象:

Cohort1：n=369；接受anti-CTLA4與anti-PD-1治療；進行WES測序；有臨床數據；269名患者為晚期melanoma，100位為晚期NSCLC。

Cohort2：n=1166；接受anti-CTLA4或PD-1/PD-L1抑製劑或聯合用藥治療；有MSK-IMPACT NGS數據，以及臨床數據，癌種各異。

主要結果1：HLA-I型基因的純合、雜合性與ICB治療風險之間的關係

HLA分子高度多態，純合型HLA-I基因相對所有位點都是雜合的患者，在細胞表面呈遞的腫瘤新抗原庫應該多樣性較低。因此提出疑問：呈遞抗原的HLA-I型分子多樣性(雜合性)是否與ICB治療後更好的生存情況有關？

使用Cox proportional hazard regression model對Cohort1和Cohort2中的HLA-A、HLA-B和HLA-C的變異與總體生存情況進行分析。研究發現，HLA-I上至少有一個純合子與Cohort1生存率降低有關，該現象也在Cohort2中進行了驗證（圖6A、B）。在Cohort1和Cohort2中，HLA-I純合性和較低的腫瘤突變負荷（TMB）與每個HLA-I類基因位點雜合且突變負荷較高的患者相比，生存率顯著降低（圖6D、E）。此外，圖6F與6G表明HLA-I型基因雜合性與突變負荷的聯合效應在提高生存水平上的效果比單獨考慮突變負荷要強。

圖6 HLA-I型基因的純合性對免疫檢查點抑製劑治療效果的影響

先前研究中報道了HLA-I型基因在腫瘤細胞中會高頻出現雜合性缺失（LOH），造成部分HLA等位基因的表達缺失。因此，該研究還分析了Cohort1腫瘤組織中的HLA-I類基因LOH情況。231名HLA-I雜合性患者中，有32人存在至少一處LOH。通過圖7的生存分析看出，HLA-I型基因在腫瘤中一旦出現LOH，其ICB治療後將會出現較差的生存情況。綜合考慮腫瘤基因組上的TMB，患者治療效果的差異更為顯著（圖7I）。

綜上所述，研究者們認為ICB治療後的患者，其HLA-I分子庫中HLA-I分子多樣性越大（雜合，無LOH存在），呈遞腫瘤抗原能力就會越強，ICB療效越好。

圖7 HLA-I型基因上的LOH事件對免疫檢查點抑製劑治療效果的影響

主要結果2：HLA-I超型與ICB治療風險之間的關係

HLA-I等位基因基於相似肽錨定結合的特異性可分為12個獨立的超型[5, 6]，這些超型共同覆蓋了在不同群體中發現的大多數HLA-A和HLA-B等位基因。在Cohort1中共有27個在黑色素細胞瘤患者中表達的HLA-A等位基因以及50個HLA-B等位基因，分別屬於6個A超型和6個B超型（表2）。其中，發現有兩個B超型與接受anti-CTLA4治療的晚期黑色素細胞瘤患者生存情況相關：B44患者生存率明顯提高，B62患者生存率明顯降低。進一步分析發現，B44與治療風險的關聯受HLA-B*18:01、HLA-B*44:02、HLA-B*44:03、HLA-B*44:05、

HLAB*50:01這些等位基因影響，而B62的關聯是由HLA-B*15:01驅動。圖8展示了有無B44超型的患者接受ICB治療後的生存情況差異，擁有B44超型的患者有更好的整體生存率。

表2 HLA超型與接受ICB治療的黑色素細胞瘤患者整體生存情況的關聯

圖8 HLA-B44超型對接受ICB治療的黑色素細胞瘤患者生存情況的影響

經過兩輪HLA的介紹，不曉得各位看官是否對HLA有了基本認識，反正小編在和大家一起學習的過程中很是沉醉，想要繼續寫——HLA，基因組上的「鬧市中心」（三）、（四）、（五）......希望在2019年，小編能為大家帶來關於HLA研究的小驚喜，繼續HLA這一專題系列，大家敬請期待吧

參考文獻：

[1] PubMed搜索結果網頁鏈接：

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?p$l=Email&Mode=download&term=HLA&dlid=timeline&filename=timeline.csv&bbid=NCID_1_184385409_130.14.18.34_9001_1543925379_1304158016_0MetA0_S_MegaStore_F_1&p$debugoutput=off

[2] Paul B. HLA-B27.[J]. Annual Review of Immunology, 2015, 33:29-48.

[3] Zhou F , Cao H , Zuo X , et al. Deep sequencing of the MHC region in the Chinese population contributes to studies of complex disease[J]. Nature Genetics, 2016, 48(7):740-746.

[4] Chowell D , Morris L G T , Grigg C M , et al. Patient HLA class I genotype influences cancer response to checkpoint blockade immunotherapy[J]. Science, 2017:eaao4572.

[5] Sette A, Sidney J, Immunogenetics 50, 201–212 (1999).10602880

[6] Sidney J, Peters B, Frahm N, Brander C, Sette A, BMC Immunol 9, 1 (2008).18211710

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