上个月初，小编给大家介绍了基因组上HLA区域的基本信息，包括HLA是什么、HLA基因簇、HLA多态性、HLA命名规则以及常见的HLA分型技术。这一篇呢，小编将带领大家一同了解HLA在人类疾病发生、治疗等过程中扮演的神奇角色，看看它为何被称为基因组上的“闹市中心”。

参考PubMed Results by year的搜索结果[1]，近20年来每年发表的HLA相关研究论文数目一直居高不下，这充分说明了HLA在科研界的热门程度。根据现有研究发现，HLA突变几乎与所有的自身免疫疾病存在关联——包括多发性硬化、类风湿性关节炎、I型糖尿病、乳糜泻、强直性脊柱炎、Graves病、狼疮、Crohn病和牛皮癣等。HLA也在HIV中发挥重要作用，它还会影响包括免疫检查点抑制剂、抗生素、抗精神病药、甚至是阿司匹林等常用药物的用药反应。

图1 PubMed上记载的历年HLA相关研究数 [1]

HLA的研究数不胜数，小编不想在此泛泛而谈，而是希望挑选热点，和大家分享两篇HLA在自身免疫疾病与肿瘤细胞免疫治疗领域的经典研究。

01、HLA与自身免疫疾病

早年的HLA研究，主要集中于探究HLA多态性与自身免疫病之间的关系，最有名的发现以及应用估计就是HLA-B27与强直性脊柱炎之间的关联啦[2]。下面小编介绍的这篇文献，在国内研究自身免疫病与HLA多态性位点的关联上可谓“经典”。

研究名称：

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

发表时间：2016年3月23日

发表杂志：Nature Genetics

背景：

欧洲人群的HLA等位基因和相关氨基酸的多样性已在多种研究中进行探索，并已构建HLA区域与疾病关联的精细图，而非欧洲人群（包括汉族）尚无成规模的HLA（MHC）人群数据供研究参考，大大限制了MHC区域疾病关联位点的研究。银屑病（Psoriasis）也叫牛皮癣，是一种常见的慢性炎症性皮肤病，属于多基因遗传病，可由多种激发因素，如创伤、感染、药物都可能在易感个体中诱发该病。相当一部分患者有家族性发病史，且发病率在不同人种差异很大。已有研究发现，银屑病患者的某些HLA抗原出现频率显著高于正常人群。

研究对象:

1、20,635个中国汉人（10,689个Healthy control以及9,946个Psoriasis case）

2、5Mb MHC区域进行目标区域深度测序（55×）

主要结果1：汉族人群HLA区域突变鉴定以及Han-MHC数据库整合

检测10,689个正常汉族人的MHC区域突变情况（SNP与InDel），经过质量控制，共有261,172个SNP与InDel整合入Han-MHC数据库。

主要结果2：汉族人群HLA基因分型与MHC单倍型谱

对10,689个正常汉族人HLA区域的HLA-A、HLA-B、HLA-C、HLA-DRB1、HLA-DQB1、HLA-DPB1、HLA-DRB3等基因进行分型。其中，HLA-B基因的多态性最强（表1），MAF≥5%仅占35.2%，说明HLA-B基因在环境适应中的重要功能。

表1 汉族人群HLA基因分型结果统计

HLA-A、HLA-B、HLA-C、HLA-DRB1、HLA-DQA1、HLA-DQB1、HLA-DPB1和MICA在汉族人群中均表现出高度多态性（如图2），其中有476个等位基因仅仅在该研究汉族人群样本中出现，这说明了已有数据库中记载的HLA等位基因信息受限于特定群体。

图2 汉族人群29个HLA基因的多态性

选择27个可区分HLA-A、HLA-B、HLA-C、HLA-DRB1、HLA-DQB1等位基因型的SNP位点分析每个个体的MHC单倍型。在10,689个正常汉族人群中共鉴定出7,555种不同的单倍型，出现频率最高的单倍型为：

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

图3 汉族人群中高频出现的HLA基因单倍型

基于上述结果，研究者比较了汉族与欧洲人群HLA等位基因频率（图4），两个群体之间存在明显差异(P=5.90×10−7）（图4）。而对于那些受MHC区域影响很大的疾病，风险等位基因频率与不同地区疾病的发病率接近。这些结果支持了Han-MHC数据库对汉族人MHC相关疾病研究的重要意义。

图4 汉族人群和欧洲人群的HLA等位基因频率比较

主要结果3：精细定位MHC区域与银屑病相关突变

为了验证Han-MHC数据库的功能，对9,946个汉族银屑病患者MHC区域进行测序以及分析，通过GWAS寻找MHC区域与银屑病的强关联位点。

先前已报道HLA-C*06:02在欧洲与汉族人群中与银屑病相关，同时也是此次分析中MHC区域上显著关联性最强的位点（P=1.00×10−359），还发现了全新的独立相关等位基因HLA-C*07:04（P=1.77×10−44）。将MHC区域上的突变与银屑病相关性进行逐步回归分析（图5），发现了位于基因间区的关联位点rs118179173（P=3.00×10−74）以及位于HLA-B、HLA-DPB1与BTNL2上的其他5个关联位点，上述8个银屑病关联位点可以解释18.4%的银屑病表型差异，比欧洲人群中报道的关联信号4.9%高出多倍。

图5 GWAS得到位于MHC区域上的与银屑病相关的信号

02、HLA与肿瘤免疫检查点抑制剂

研究名称：

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

发表时间：2018年9月2日

发表杂志：Science

背景：

免疫检查点抑制剂可以靶向CTLA-4或PD-1/PD-L1，极大丰富了转移癌患者的治疗方案。然而，肿瘤患者对这些药物反应多变，治疗耐药性也很常见。迄今为止，大多数预测免疫检查点阻断疗法(ICB)临床疗效的研究主要集中在肿瘤免疫表型、体细胞基因组特征或肠道微生物，对患者本身生殖细胞基因组上的信息与治疗反应之间的关系知之甚少。

本研究进行了肿瘤患者ICB生存情况与MHC区域遗传关联分析，力图证明两个假设:

(i) HLA-I型基因的纯合与杂合性是否影响癌症患者接受ICB后的生存情况；

(ii) HLA-I基因型是否影响癌症患者接受ICB后的生存情况。

研究对象:

Cohort1：n=369；接受anti-CTLA4与anti-PD-1治疗；进行WES测序；有临床数据；269名患者为晚期melanoma，100位为晚期NSCLC。

Cohort2：n=1166；接受anti-CTLA4或PD-1/PD-L1抑制剂或联合用药治疗；有MSK-IMPACT NGS数据，以及临床数据，癌种各异。

主要结果1：HLA-I型基因的纯合、杂合性与ICB治疗风险之间的关系

HLA分子高度多态，纯合型HLA-I基因相对所有位点都是杂合的患者，在细胞表面呈递的肿瘤新抗原库应该多样性较低。因此提出疑问：呈递抗原的HLA-I型分子多样性(杂合性)是否与ICB治疗后更好的生存情况有关？

使用Cox proportional hazard regression model对Cohort1和Cohort2中的HLA-A、HLA-B和HLA-C的变异与总体生存情况进行分析。研究发现，HLA-I上至少有一个纯合子与Cohort1生存率降低有关，该现象也在Cohort2中进行了验证（图6A、B）。在Cohort1和Cohort2中，HLA-I纯合性和较低的肿瘤突变负荷（TMB）与每个HLA-I类基因位点杂合且突变负荷较高的患者相比，生存率显著降低（图6D、E）。此外，图6F与6G表明HLA-I型基因杂合性与突变负荷的联合效应在提高生存水平上的效果比单独考虑突变负荷要强。

图6 HLA-I型基因的纯合性对免疫检查点抑制剂治疗效果的影响

先前研究中报道了HLA-I型基因在肿瘤细胞中会高频出现杂合性缺失（LOH），造成部分HLA等位基因的表达缺失。因此，该研究还分析了Cohort1肿瘤组织中的HLA-I类基因LOH情况。231名HLA-I杂合性患者中，有32人存在至少一处LOH。通过图7的生存分析看出，HLA-I型基因在肿瘤中一旦出现LOH，其ICB治疗后将会出现较差的生存情况。综合考虑肿瘤基因组上的TMB，患者治疗效果的差异更为显著（图7I）。

综上所述，研究者们认为ICB治疗后的患者，其HLA-I分子库中HLA-I分子多样性越大（杂合，无LOH存在），呈递肿瘤抗原能力就会越强，ICB疗效越好。

图7 HLA-I型基因上的LOH事件对免疫检查点抑制剂治疗效果的影响

主要结果2：HLA-I超型与ICB治疗风险之间的关系

HLA-I等位基因基于相似肽锚定结合的特异性可分为12个独立的超型[5, 6]，这些超型共同覆盖了在不同群体中发现的大多数HLA-A和HLA-B等位基因。在Cohort1中共有27个在黑色素细胞瘤患者中表达的HLA-A等位基因以及50个HLA-B等位基因，分别属于6个A超型和6个B超型（表2）。其中，发现有两个B超型与接受anti-CTLA4治疗的晚期黑色素细胞瘤患者生存情况相关：B44患者生存率明显提高，B62患者生存率明显降低。进一步分析发现，B44与治疗风险的关联受HLA-B*18:01、HLA-B*44:02、HLA-B*44:03、HLA-B*44:05、

HLAB*50:01这些等位基因影响，而B62的关联是由HLA-B*15:01驱动。图8展示了有无B44超型的患者接受ICB治疗后的生存情况差异，拥有B44超型的患者有更好的整体生存率。

表2 HLA超型与接受ICB治疗的黑色素细胞瘤患者整体生存情况的关联

图8 HLA-B44超型对接受ICB治疗的黑色素细胞瘤患者生存情况的影响

经过两轮HLA的介绍，不晓得各位看官是否对HLA有了基本认识，反正小编在和大家一起学习的过程中很是沉醉，想要继续写——HLA，基因组上的“闹市中心”（三）、（四）、（五）......希望在2019年，小编能为大家带来关于HLA研究的小惊喜，继续HLA这一专题系列，大家敬请期待吧！

参考文献：

[1] PubMed搜索结果网页链接：

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返回搜狐，查看更多