第五节 HLA的临床应用

《细胞和分子免疫学》在线阅读中医杂集书籍在线阅读

MHC的研究不仅与基础免疫学有着密切的联系,而且还涉及到临床许多领域,如HLA与某些疾病的相关性、移植外科、输血、母胎关系,法医以及其他临床学科。

一、HLA与疾病的相关性

(一)相关分析常用参数

在估计某一基因座位与疾病相关时,有几个常用术语,如相对危险率与归因危险、于此略予介绍。

1.RR相对危险度的计算

抗 原
+ -
疾病+-a b c da+bc+d
总数a+c b+da+b+c+d=n

a和b分别代表患有某种疾病已检出和未检出某种抗原的人数;c和d分别代表正常对照(末患该病)检出某种抗原和末检出某种抗原的人数;n为调查总数,表示样本的大小。然后按X公式计算:

X2=(│a·d-│b·c│-n/2)2·n/(a+c)·(b+d)·(a+b)·(c+d)

根据所得的X2值然后从X2表中求出P值。若P<0.05则认为是差异显著。

如果抗原与疾病有关,则进一步计算它们关联的程度。通常用相对危险度(relative risk)RR值来表示,RR值越大表示相关程度越大。

RR=α·d/b·c

另一种RR(relative risk)值计算公式是:

RR=Fp(1-Fc)/Fc(1-Fp)

Fp为病人抗原频率,Fc为该地区正常对照人群中的抗原频率RR值表示某一特定HLA抗原和疾病之间的相关强度,即具有该HLA抗原的个体较缺乏这一抗原的个体易产生这种疾病的可能性。

RR=1时,无区别

RR>4时,相关较为肯定

RR<1时,表明有抵抗基因,是一种保护而不是易感

2.归因危险 另一个公式称归因危险(attributable risk),又叫病因系数(etiologic factor),表示群体中病人组中有百分之多少归因于HLA:

归因危险=B(R-1)/[B(R-1)+1]

B为患者人群的百分率;R为相对危险率。如强直性脊椎炎的归因危险为0.89即患该病人群中有89%是与HLA-B27抗原相关。

(二)HLA-I、Ⅱ类抗原与疾病的相关情况

Lilley(1964)在动物实验中证明小鼠Gross病毒所致白血病的发病与H-2相关(表 6-17),并提出对Gross型白血病易感的基因可能位于H-2I区内。在人类首先证实强直性脊椎炎(ankylosingspondylitis,AS)与B27有强相关性。以后通过群体的流行病学调查和家系调查发现许多内分泌病、类风湿性疾病、自身免疫性疾病、肿瘤和感染性疾病等与HLA相关。

从1976年6月在巴黎举行HLA系统与疾病的相关性的第一次国际性综合报告会以后,世界各地陆续报道了HLA与疾病的相关性研究,表6-18是关于HLa I类与Ⅱ类基因座位与一些疾病的相关情况。从表中可见,HLA与疾病易感相关的主要位点是DR2、DR3、DR4和B27等。此外,近年来发现某些疾病与DQ、DP等位基因相关,如:IDDM与DQA1*0301/DOB1*0302;发作性睡眠与DQA*0102/DQB1*0602;Hodgkin病与DPB1*0301(欧洲白人)、DPB1*0401(明显降低,黄种人)。

表6-17 不同小鼠品系对Gross病毒致白血病的易感性

品 系H-2单体型白血病发生率
C57b/b90天时 1%
  300天时 26%
C3Hk/k90天时 100%
(C3H*C57)F1b/k90天时 0%
  300天时 8%
1/2(F1*C3H)k/k140天时 90%
1/2(F1*C3H)b/k140天时 50%

采用家系调查证明,HLA-B27与某些疾病的相关情况(图6-22)。

HLA-B27与某些疾病的相关情况

Cudworth提出一个青年型糖尿病易感基因和抗性基因连锁不平衡的模型。糖尿病病人HLA某些抗原型之间有连锁不平衡现象,如DR3、D3、B8(或B18)A1,DR4、D4、B15(或B40)A2常同时出现,而DR2、D2、B7、A3(A11)则不见于患者,即所谓抵抗基因。

从70年代开始,我国学者开始进行HLA与胰岛素依赖型糖尿病(IDDM)以及Graves病相关性的研究,发现IDDM病人组A11和Cw4的表现型频率低,而DR3和DR9表现频率比对照组高。认为DR3、DR4是与白种人、黄种人IDDM易感基因连锁的抗原;DR8、DR9分别为日本人和中国人IDDM患者所特有与IDDM易感基因连锁的基因。Gravas病(毒性弥漫性甲状腺肿)RR值在A2、B8、Cw4和A9分别为2.44、8.33、8.65和0.41。认为B8与国外报告结果相似,可能为不同人种共同特征;A2可为东方人和黑种人共有特征;而Cw4则可能为中国人Graves病所特有的相关抗原。上海地区研究结果显示,类风湿性关节炎中DR4阳性百分率(43.8%)要明显高于同地区对照组(17.3%)。

近年在单座位的分子水平深入研究中真正取得了突破性进展,例如,国内外研究均证实,IDDM的易感性在于DQα链52位精氨酸和DQβ57位非门冬氨酸的共同作用(白人,中国汉人)。此外关于各种疾病HLA各基因的等位基因标记也在陆续报道中。

表6-18 HLA与疾病的关联

疾 病HLA相对危险率(RR)
与Ⅱ类抗原相关的疾病  
淋巴瘤甲状腺炎DR53.2
风湿性关节炎DR45.8
疱疹样皮肤病DR356.4
慢性活动性肝炎DR313.9
粥样泻DR310.8
干燥综合征DR39.7
阿狄森氏病DR36.3
胰岛素依赖型糖尿病DR35.0
 DR46.8
 DR3/414.3
 DR20.25
 DR3,DQ8100.0
甲状腺毒症DR33.7
肺-肾综合征DR213.1
结核样型麻风DR28.1
多发性硬化DR24.8
嗜睡DR2100.0
与I类HLA-B27抗原相关的疾病  
强直性脊柱炎DR27103.5
Reiter氏病DR2737.0
沙门氏菌感染后的关节炎DR2729.7
耶尔森菌感染后的关节炎DR2717.6
葡萄膜炎DR2714.6
与I类其他抗原相关的疾病  
亚急性甲状腺炎B3513,6
寻常型牛皮Cw613.3
血色素沉着病A38.2
重症肌无力884.4

HLA与某些疾病相关的机理目前尚不完合明了,可能与以下几种假说有关。

1.分子模拟假说(molecular mimicry hypothesis)某些病原微生物的抗原与HLA抗原分子结构相似,即为共同抗原,可能导致两种后果:(1)机体对这种病原微生物产生交叉免疫耐受,不能产生有效的免疫应答,保护了病原微生物;(2)病原微生物刺激机体产生相应的抗体,损伤了具有共同抗原的组织细胞。如强直性脊椎炎或莱特氏综合征患者细胞表面B27抗原与肺炎杆菌蛋白成分有一段共同的氨基酸序列。与胰岛素依赖性糖尿病(IDDM)相关的风疹病毒膜蛋白上存在与患者MHc Ⅱ类抗原β链上相同的氨基酸序列。

2.受体学说(receptor hypothesis) HLA抗原作为某种病毒的受体。如小鼠MHc Ⅱ类抗原是乳酸脱氢酶病毒(lactate dehydrogenasevirus,LDV)的受体。

3.免疫应答基因 Ir基因通过其产物Ia抗原影响巨噬细胞提呈抗原或与其它细胞间相互作用,使机体对某些疾病易感。如IDDM的发生至少需要DR抗原β链57位或DQ抗原β链57位氨基酸之一为非天冬氨酸。

4.连锁不平衡学说 HLA基因与真正疾病的易感基因连锁不平衡。如几乎所有发作性睡眠病患者都是DR2、DQ1,在DNA分型上常是DQA1*0102/DQB1*0602组合。先天性肾上腺肥大症病人,体内缺乏固醇-21羟化酶,常为HLA-B47。贝切特氏病(Behcet's disease)与HLAB51相关,如患者B22则不表现眼部症状。IDDM患者C4AQO,C4B3,BfF1,DR3-D3-B8(或B18)-A1,与DR4-D4-B15(或B40)-A2常同时出现。

5.补体基因缺陷或扩展单倍型连锁不平衡 如全身性红斑狼疮为C4AQO、C4BQO,引起补体C4等缺乏,尤以C4QO与HLA-DR2同时出现时发病率更高。先天性肾上腺肥大症(CAH):C4QO。慢性活动性肝炎:C4AQO、C4BQO,HAL-A1-B8-DR3-C2C-BfS-C4AQO-C4B1。Graves病:C4B3。精神分裂证;C4BQO。IDDM:HLA-A1-Cw7-D8-C4AQO-C4B1-BfS-DR3,HLA-A30-Cw5-B18-C4A3-C4BQO-BfF1-DR3,HLA-A2-Cw3-B62-C4A3-C4B29-BfS-DR4。

表6-19补体基因或补体基因缺陷和扩展单体型连锁不平衡与疾病的相关性(举例)

疾 病补体基因(或基因缺陷)和扩展单位体型
C2缺乏症C2QO,HLA-A25-B18-DR2-CS42
发作性睡眠德国白种人HLA-B-DR2-CS31
 欧洲人BfS、C4A3、C4B1,常与DR2连锁不平衡
全身性红斑狼疮(SLE)C4AQO(尤与DR2同时出现),C4BQO
胰岛素依赖性糖尿病(IDDM)BfF1,C4QO,C4B3
 HLA-B8-DR3-CS01-GLO2
 HLA-B18-DR3-C(F1)30
 HLA-B15-DR4-CS33
 HAL-B38-DR4-CS21
慢性活动性肝炎C4AQO,C4BQO
 HLA-A1-B8-DR3-CS01-GL02
麸质过敏性肠病(或乳糜泻,GSEP)HLA-B8-DR3-CS01
 HLA-B44-DR7-CF31
Graves病HLA-B8-DR3-CS01
 HLA-B18-DR3-C(F1)30
先天性肾上腺增生综合症(CAH)HLA-B14-DR1-CS2(1,2)
 HLA-B47-DR7-CF031

(三)HLA-Ⅲ类基因及MHC-EH与疾病的相关情况

HLA-Ⅲ类基因及MHC-EH与疾病相关的报道近年不断增加,但因与人种间的差异交叉混合,有时甚难分析,现选择比较公认的几项作为便证,略于介绍。

C4QO的出现机制及其与疾病的关联近年颇受重视。不少实验证实C4QO的出现只有50%左右是由于C4基因的缺失,其作50%是由于基因不表达(伪基因)与基因转换(gene conversion,如C4A基因表达为C4B产物或反之)。SLE时C4QO频率增加,且在C4RFLR实验中证实,C4基因的缺失频率也增高。还有报告称,白种人C4AQO常与HLA-[A1-B8-DR3],C4BQO常与HLA-[B18-DR3]呈明显的连锁不平衡。此外C4QO增加的疾病还报告有IDDM、Graves氏病、亚急性硬化性全脑炎等。C2QO与SLE的关联也较明显。至于Bf至今未见QO的报道。

关于C4单体型及补体型与疾病的关联材料不多,曾有报导法国人IDDM的易感补体型为BfF-C4A3-C4BO和BfS1-C4A2,中性补体型为BfF1-C4B3和BfF-C4A3-C4BO,保护性补体型为BfS(或F)-C4A3-C4B1。曾有报告称,SLE时CS00较多见,重症肌无力时CS42较多见。

至于HLA-EH与疾病的关联情况报道很多,且各有不同,今选择一些如表6-19供参考。

二、HLA与器官、骨髓移植

移植免疫与免疫遗传有着密切的联系,当今器官、骨髓移植的成活率大大提高主要归功于(1)免疫遗传学理论和技术的发展;(2)强有力的免疫抑制药如环发孢素A(cyclosprinA,CsA)和FK506。

(一)移植排斥反应的免疫机制

前已所述,移植排斥反应的本质是一种免疫应答,移植物细胞表面HLa I类和Ⅱ类抗原都是强移植抗原,体液免疫和细胞免疫都参与了对移植物的排斥反应(图6-23)。移植排斥反应可分为三个阶段。

(1)致敏阶段:移植和抗原激发受者的免疫应作主要通过两个形式。①移植物释放出可溶性抗原或脱落的细胞碎片,随淋巴或血液到邻近或远处的淋巴组织,经过受者的抗原提呈细胞处理后,刺激并活化受者的免疫活性细胞。②受者外周血循环中的免疫细胞流经移植物时可接受移植物细胞表面移植抗原的刺激而致敏,被致敏的淋巴细胞在局部或再循环到淋巴组织中增殖。Ⅱ类抗在主要来自未能灌洗干净脏器(肾、心)中微循环中B细胞等(又称过路细胞passenger cells)以及皮肤上皮细胞。I类抗原存在更为广泛。

(2)增殖反应阶段:供体和移植抗原刺激受体的Th细胞发生增殖,并产生IL-2、IL-4、IL-5、IL-6、IL-9和IFN-γ等多种细胞因子,为B细胞和杀伤性T细胞前体(CTLp)增殖和分化提供条件,并促进Mφ和NK细胞的杀伤功能。HLA-I类抗原和Ⅱ类的DR、DQ抗原经巨噬细胞处理后分别刺激CTLp和B细胞,分化为效应CTL和抗体产生细胞,后者产生IgG、IgM等抗体。

(3)效应阶段:针对移植抗原的抗体通过抗体介导的细胞依赖的细胞毒作用(ADCC)或补体信赖的细胞毒作用(CDC),直接杀伤移植物细胞;CTL发挥细胞介导的溶细胞作用(CML);此外,MAF、IFN-γ和IL-2等细胞因子活化后的巨噬细胞、NK细胞可直接杀伤靶细胞。

移植排斥反应的免疫学机制

图6-23 移植排斥反应的免疫学机制

[环孢菌素A与FK506免疫抑制剂的抗移植排斥反应的机理]环孢菌素A(cyclosporin A,CsA)是由11个氨基酸组成的环状分子,分子量1203,70年代初由Sandoz公司从真菌中发现。80年代日本Fujisawa公司发现的FK506为大环内酯抗生素,分子量228。CsA和FK506免疫抑制作用十分相似,其机理主要是T细胞活化过程中IL-2、IL-4、TNF-α、IFN-γ等基因的转录,抑制细胞因子合成,降低IL-2R和转铁蛋白的表达,抑制B细胞针对胸腺依赖抗原的抗体形成。CsA和FK506分别与作用靶细胞内环亲和素和FK506结合蛋白(FK506binding protein,FKBP)结合形成复合体,这类复合体的靶分子为一种称之为Calcineurin Ca2+/钙调蛋白依赖性的Ser/Ther磷酯酶,使Calcineurim磷酯酶活性受到抑制,阻止活化T细胞核子(neulear factor of activated T cells,NFATC)的去磷酸化,从而阻止了NFATC向细胞核内转移,影响IL-2等基因的转录。

(二)肾脏移植和异基因骨髓移植(allo-BMT)已使数以万计的肾功能衰竭患者以及急性白血病、慢性粒细胞白血病、重症再生障碍性贫血重症联合免疫缺陷(SCID)等患者获得新生。器官和骨髓移植的存活率与供体和受体之间的组织配型密切相关,除ABO血型相符外,HLA要相同或尽可能相近。HLAⅡ类基因的相合对于避免和减轻GVHR和肾脏等移植器官的长期存活非常重要。这是因为供者和受者HLA-Ⅱ类抗原相合或相合较好,受者的Th细胞不发生或只发生轻度活化的增殖,产生细胞因子的量不足于诱导B细胞和CTL的增殖和分化。因此在HLA-Ⅱ类抗原相合前提下,有时即使I类抗原不相合,受体不会发生明显的针对移植抗原的抗体应答和Tc的杀作用。

1.肾脏移植 1954年Murray第一次施行同卵双生姐妹之间的肾移植获得长期存活;1959年Murray在美国和Hambrager在法国各自第一次为异卵双生同胞间施行肾移植获得长期存活;1962年第一次用尸体肾进行人的异体移植获得长期存活。我国肾移植首次报道于1974年。由于分型技术和外科技术的改进,免疫抑制药物的应用以及术说输供体血,移植肾成功能率和患者存活率稳步升高。

Vredevoe(1965)报千了供者与受者间淋巴细胞抗原相容性程度与肾移植物的存活率有关。存活率由高到低的顺序是,同卵双生>同胞>亲子>无亲缘关系(表6-20)。在肾脏移植史的初期,主要检测HLA-A、B位点的抗原,以后有采用MLR配型检测D位点。由于DR与D抗原相关性很好,而且DR抗原可用血清学方法加以检测,故从1980年以来多采用检测DR抗原。Van Rood(1980)发表的欧洲移植中心的尸体肾移植HLA-A、B和DR位点抗原全部相符时,1年移植肾存活率高达89%,在HLA-DR相符而A、B有一个位点不符时,1年移植肾存活率仍高达89%,相反,如HLA-A、B位点完全相符而HLA-DR有一个不相符时移植肾1年存活率下降到70%。目前倾向于DR和B位点抗原同时检测。

表6-20 供受者HLA配型与肾移植存活率(%)的关系(举例)

供受者HLA配合情况存活率(%)
3年5年10年
完全一致(同卵双生)808170
一个单体型一致(父母与子女间)655540
完全不配503620

至于尸体肾移植,在11次IHW上,Terasaki作为“用于肾移植的HLA表型匹配”的专题报告,认为简单计算HLA特异性或错配对判断尸体供肾移植成功与否意义不大。但对HLA特异性氨基酸序列分析的新知识使我们有可能寻找更具免疫原性的表位,已发现“ 构象表位”(conformational epitopes)对移植物的长期存活具有重要作用。

2.骨髓移植 骨髓移植的适应症有:(1)重症联合免疫缺损(CSID);(2)再生障碍性贫血;(4)放射病

HLA不符,尤其是D位点不同会引起严重的移植物抗宿主反应(GVHR)。Dupout(1977)报导了第一例重严联合免疫缺陷患者经过骨髓移植重建免疫功能。患者的基因型为:A1B3D3/A1B15D4血型A,供者的表型为A1A2B8B15D4,血型AB,共移植骨髓7次。我国北京医科大学血液病研究所1981年成功地治疗了第一例白血病女性患者,由胞兄提供同种异基因骨髓,移植后半年检查患者染色体、血型和酶的类型与胞兄完全相同,达到国际上规定的骨髓持久性植活标准。

单克隆抗体的问世给骨髓移植开辟了新途径,应用单抗加补体可去除供体骨随中成熟的T淋巴细胞,而供体骨髓中的干细胞在受体内经过胸腺的受训而发育的成熟T细胞不会把受体的组织细胞作为外来物质加以排斥,可有效地防止GVHR的发生。

异基因骨髓移植受益于MHC的研究成果最为明显,经HLA相合的异基因骨髓移植已使数以万计的急性白血病、慢性粒细胞白血病、重症再生障碍性贫血、SCID、代谢性疾病等患者获得了新生。

表6-21 全球器官移植统计资料(截止1991年底)

移植器官移植中心数移植病人累计数
肾脏442241048
心脏22219445
心/肺751600
551184
肝脏15521324
胰腺942144
肾/胰722854
骨髓26241764
其它501000
总计1427332363

表6-22 各种器官移植存活时间最长者统计表(截止1991年底)

移植器官受者存活最长时间(年)
肾 脏29.5
肝 脏22.5
心 脏21.0
骨 髓23.5
胰 腺14.0

在器官移植方面,随着免疫抑制剂(如环孢素A)应用后排斥反应的缓解,曾一度认为选择HLA相容性供者已可有可无。然而近年对组织配型的重要性再次取得共识,特别认识到HLA-Ⅱ类基因包括DP的相容性对移植器官存活仍是极为重要的,对骨髓移植避免GVHR尤为如此。但由于HLA多态性,Ⅰ类和Ⅱ类基因座完全相合的供受配对几乎仅见于同胞兄弟组妹之间,供者的来源相当受限。目前的解决办法有两个,一是采用单体型相同的家庭成员为供者,一是转向无血缘关系者(URD),此类DMT称为UBMT。近来年,世界范围内URD库急剧扩大,至今已有50万以上URD的HLA-A和-B的分型记录在案,其中18,000人还有一DR和-DQ分型资料。这类移植中,组织配型价值更显突出。我国推行独生子女政策,对URD库的建立似更近切。要求供/受相容性的选择精确而又快速,趋势是作DNA分型。

三、HLA其他临床意义

1.HLA与输血的关系 多次输血后可使受体产生抗HLA抗体,白细胞膜受到破坏,释放内源性热原质,引起发热反应和白细胞下降。有建议输血小板进行治疗时,最好测定HLA-A、B抗原,防止由于患者产生针对血小板膜HLA抗原的抗体,避免血小板被破环所造成的“无反应(refractory)”现象。

2.HLA与母关系 反复流产、胎儿血小板减少性紫瘢、粒细胞减少症、早产、畸胎、子痫前期等可能与母胎的HLA系统兼容有关。

3.与老年医学关系 HLA-A1、A8、D3连锁组与某些自身免疫病发病相关。HLA-A8也与T细胞功能衰退和老年妇女的存活率下降有关。

4.法医 应用HLA分型技术,排除父子关系或证实生父可靠性可达95%以上。上海市中心血站运用HLA和红细胞血型已开始办理“滴血液”的业务。HLA和DNA水平的分型使法医从单根头发,极少的细胞或精子判定出个体的组织抗原型别。

目前肾、肝、心脏移植的1年存活率已分别达到90-100%、70-75%和80-90%;其中5年存活率已分别达到80-90%、60-65%和50-60%。在防治器官移植排斥反应中,环孢素A(CsA)、硫唑嘌呤、皮质激素仍是目前最常用的免疫抑制剂。抗T细胞球蛋白(ATG)、OKT3单克隆抗体等在防治急性排异中的应用也越来越普遍。CsA目前趋向于采用低剂量长期应有和的方法,既发挥其防治排异的作用,又可尽量减少副作用的发生。FK-506是一种1986年研制成功的免疫抑制药,是一种大环内酯类药物,对T细胞功能,IL-2和IFN-γ的产生均有明显的抑制作用。在肝移植、肾移植病人中均取得很好疗效,病人与器官存活率稍高于应用CsA的患者,但其副作用明显小于CsA,病人无多毛症,肾毒性和致高血压作用也较轻。

(金伯泉)

下载《细胞和分子免疫学》 电子书打不开?

下载所有中医书籍