HLA-G基因多態性在腎移植排斥反應中的作用

劉 念,滕昊林,趙 軍,遠 航

(吉林大學第一醫院 1.泌尿外二科;2.腎病內科,吉林 長春130021)

人白細胞抗原G (HLA-G)是一種非經典的人主要組織相容性復合體(MHC)Ib分子,早期針對HLA-G的研究主要集中在妊娠期的免疫發育,其對母體和胎兒異種抗原的耐受性具有重要意義。近年來,越來越多的研究揭示了HLA-G在不同疾病中的作用和機制。HLA-G作為一種重要的免疫調節分子,在器官移植中的作用也有陸續報道。腎移植是終末期腎衰竭最有效的治療選擇,然而排斥反應是移植后主要的并發癥,早期診斷急性、慢性排斥反應對于降低移植物喪失的風險和提高長期生存率非常重要。本文綜述HLA-G的功能、多態性及其在腎移植排斥反應中的免疫調節作用的最新進展,報道如下。

1 HLA-G的結構及多態性

HLA-G基因于1987年首次被確定為非經典MHC I家族的成員。它是一個功能性的非經典I類HLA分子,具有經典樣HLA抗原結構,位于染色體6p21.3的MHC區,然而與經典HLA-I類分子相比,HLA-G具有更少的多態性和更有限的組織分布[1-2]。HLA-G基因全長4170 bp,由8個外顯子組成:外顯子1編碼信號肽;外顯子2、3和4分別編碼細胞外α1、α2和α3結構域;外顯子5和6分別編碼重鏈的跨膜結構域和細胞質結構域;由于外顯子6中存在終止密碼子,外顯子7不能轉錄成成熟的mRNA,而外顯子8是一個3’UTR[3]。在生理條件下,HLA-G僅在胎盤滋養細胞、胸腺、胰島細胞、骨髓間充質干細胞、角膜和有核紅細胞中表達[4-6]。HLA-G的表達可由腫瘤、病毒感染和自身免疫性疾病等病理條件誘導[7-8]。HLA-G具有7種異構體:4種具有跨膜和細胞質結構域的膜型異構體(HLA-G1至HLA-G4)和3種無跨膜結構域的分泌型異構體(sHLA-G5至HLA-G7)[9]。膜結合型和分泌型HLA-G通過結合自然殺傷細胞(NK)、樹突狀細胞(DC)、CD8+ T細胞和中性粒細胞表達的抑制性受體發揮免疫抑制特性,從而抑制CD4+T細胞的增殖、NK細胞和CD8+T細胞的殺傷功能、抑制DC的抗原呈遞和B細胞分化;上調抗炎細胞因子白細胞介素(IL)-10的分泌,以調節先天和適應性免疫反應[10-12]。

HLA-G的表達受基因型和多態性的影響。HLA-G呈現出低多態性的特點,只有88個等位基因編碼26種已知的多態性等位基因(包括4個無效等位基因和2個可疑等位基因)[13]。HLA-G編碼區相對保守,同樣具有很少的功能多態性。HLA-G調控區域是可變的,包含許多轉錄和轉錄后調控元件的靶點[14]。這些片段中的部分多態性位點與HLA-G表達水平相關,這可能影響其生物學功能。影響HLA-G表達的最常見多態性位點位于兩個非編碼區:上游調控區(5’URR)和非翻譯區(3’UTR)。3’UTR中的7個單倍型占所有單倍型的90% (UTR-1至UTR-7)。通常單倍型UTR-1與可溶性HLA-G水平升高有關,UTR-5或UTR-7與sHLA-G水平降低有關,UTR2、3、4、6、8和10對sHLA-G的表達無顯著影響。HLA-G 5’URR多態性可能影響HLA-G基因的調控,從而影響蛋白表達或疾病易感性[15-16]。一項體外研究表明,5’URR的多態性會影響細胞微環境調節劑對HLA-G表達的作用。然而,5’URR對sHLA-G水平的預測價值有限,血漿sHLA-G水平與健康供者的單倍型或基因型之間沒有很強的相關性[17]。到目前為止,HLA-G 5’URR多態性在器官移植方面還沒有報道。

HLA-G 3’UTR片段在2010年通過Sanger測序被完全鑒定。HLA-G 3’UTR變體通過幾種潛在的機制調節mRNA的穩定性,包括HLA-G mRNA和miRNA之間的差異親和力。3’UTR是大多數miRNA的主要靶點。功能研究表明,HLA-G 3’UTR至少有三種變異體參與調節HLA-G的表達:第一種是HLA-G外顯子8的14bp插入或刪除片段多態性,其研究最廣泛,與mRNA穩定性有關;第二種是+3142位的SNP,它是多種miRNA的靶標;其中+3142 G>C變異影響部分miRNA與HLA-G的結合;第三種是+3187A,它與HLA-G表達下降有關,可能引發HLA-G mRNA的降解[18]。這三種多態性是相互關聯的,14bp的插入通常與+3142G和+3187A共同發生,導致HLA-G mRNA表達降低。

2 HLA-G和免疫耐受

HLA-G對免疫耐受有直接和間接的影響,其直接作用是HLA-G與其受體相互作用的結果。HLA-G受體包括Ig樣轉錄物ILT-2和ILT-4、殺傷細胞Ig樣受體(KIR)2DL4、 CD8和CD160。ILT2在T細胞、B細胞、單核細胞、巨噬細胞、NK細胞和DC細胞中表達;ILT-4主要存在于單核細胞、巨噬細胞、NK細胞和DC中;KIR2DL4僅在肥大細胞和NK細胞中表達。CD8在T細胞和NK細胞表面表達,CD160在內皮細胞表面表達。目前的研究表明,HLA-G具有:(1)與NK細胞上的ILT2和KIR2DL4受體相互作用,抑制NK細胞的遷移、增殖、裂解活性和殺傷功能,抑制IFN-γ分泌,下調趨化因子受體,抑制外周血NK細胞趨化性,從而保護表達HLA-G的細胞[19-20];(2)識別HLA-G分子的受體ILT2在幼稚T細胞中表達水平較低,但在HLA-G富集環境中表達上調。HLA-G可直接抑制CD4+T細胞的增殖。混合淋巴細胞培養實驗表明,sHLA-G5通過應答性CD4+T細胞抑制同種異體T細胞的增殖。HLA-G還可以抑制APC介導的CD4+體細胞活化,并通過消除同種異體反應性T細胞和誘導細胞因子的表達來調節CD8+細胞的功能,從而驅動向Th2型細胞的轉化[21];(3)HLA-G通過與ILT2相互作用抑制外周血和次級淋巴器官(如扁桃體)中B細胞的增殖、分化和抗體分泌[22]。HLA-G還可以在刺激時增強IL-10+記憶Bregs (mBregs)的擴增,從而進一步降低CD3+T細胞的增殖能力[23];(4)與DC上的ILT2和ILT4受體結合后,HLA-G可調節單核細胞APC的功能(即抗原攝取和遞呈、遷移、細胞因子產生和共刺激分子的表達)。人類DC分泌IL-10 (DC-10),研究證實,HLA-G的表達調節DC-10的耐受性,誘導T調節性1型(Tr1)細胞[24]。HLA-G的調控作用如圖1所示。

圖1 HLA-G的免疫調節功能

3 HLA-G在腎移植中的重要作用

隨著圍手術期抗體誘導治療和新型強效免疫抑制劑的應用,急性排斥反應的發生率逐漸降低,但排斥反應仍是影響移植物長期存活的主要獨立危險因素。排斥反應可在移植后的不同時間發生。免疫調節對于維持移植物和減少排斥或感染發生至關重要。免疫抑制藥物用于預防排斥反應,但會導致移植患者感染的風險增高。誘導免疫耐受可能是減少免疫抑制劑應用的最佳策略。最早在2000年的一項心臟移植研究提供了HLA-G在移植耐受中的第一個證據,HLA-G的表達在移植過程中被激活,通過調節宿主免疫反應促進同種異體移植物的耐受性[25]。此后,HLA-G被證實在移植后不同實體器官(心、腎、肝、肺、胰)中均有表達。

3.1 腎移植后HLA-G與急性排斥反應

2003年,CREPUT等[26]報道了血清和移植活檢中高表達的新生HLA-G與較低的急性肝臟和腎臟移植排斥發生率相關,并且高表達的患者不會出現慢性移植排斥反應,這些結果首次證明了HLA-G在腎移植中的調節作用。陸續有研究報道sHLA-G對腎移植患者的保護作用,在表達sHLA-G的患者中,急性腎排斥反應和慢性同種異體腎病的發生率較低[27-28]。POLAKOVA等[29]證實,血清sHLA-G動態水平與腎移植排斥反應的發生有關;sHLA-G水平在移植后1～2周下降,但無排斥反應患者的sHLA-G水平在移植后1個月內逐漸升高。然而,在1～12個月內發生移植排斥反應的患者中,sHLA-G水平仍然很低,僅在移植后1年升高。

HLA-G的表達受基因型和多態性的影響。HLA-G多態性中,位于3’UTR的14 bp插入/刪除(ins/del)多態性(rs1704)和+3142C>G SNP (rs1063320)影響mRNA穩定性和sHLA-G水平[30]。一些研究探討了HLA-G 14bp(ins/del)與移植后急性排斥反應的關系,然而他們報告的結果不一致。一些報道證實14bp多態性與急性排斥反應之間存在關聯,而另一些報道認為沒有關聯[31-38]。這些相互矛盾的結果可歸因于不同的種族、研究規模和樣本隊列數量。最近,一項薈萃分析提供了14bp(ins/del)多態性與急性排斥反應之間關系更可靠的結果,研究納入336例急性排斥腎移植受者和952例無急性排斥腎移植受者。結果顯示,當納入白種人和亞洲人時,結果沒有顯著性差異;然而,在亞洲人群中,HLA-G 14bp(ins/del)多態性與急性排斥反應之間存在顯著關聯[39]。除了14bp多態性外,+3035CT和+3187AG與同種異體移植物接受或排斥有關。大多數研究都集中在腎移植受體HLA-G的多態性上,一項研究探討了腎移植受體和供體HLA-G 14bp(ins/del)和3142C>G多態性。結果顯示,呈現14bp(ins/del)多態性的健康腎臟供體中的sHLA-G水平最高,這些供體器官發生排斥反應較少,這表明供體中HLA-G多態性在急性排斥反應的易感性中具有重要作用[40]。因此,供體基因型可能影響移植器官中HLA-G的局部表達,而受體基因型影響宿主免疫系統的活性。一般來說,HLA-G 14bp(ins/del)和+3187A/G和+3142SNP對HLA-G表達水平影響最大。其常見的多態性位點見表1。

表1 HLA-G多態性與腎移植術后排斥反應的關系

3.2 HLA-G與慢性排斥反應及移植物長期存活

慢性排斥反應仍然是影響移植受者的主要問題。同種異體移植物的慢性排斥部分原因是由于受體B淋巴細胞分泌抗體,然后與供體同種異體抗原結合并引發免疫反應。由于HLA-G具有免疫抑制作用,因此研究HLA-G在免疫抑制治療期間移植物存活和排斥反應中的作用具有一定意義。2009年首次證實腎移植血清樣本中存在sHLA-G,在該研究中約30%的腎移植患者血清中檢測到sHLA-G。最初,sHLA-G與同種異體移植物慢性排斥失敗呈負相關,與HLA IgG抗體的產生呈負相關,HLA-G陽性患者通常具有較低的移植排斥率,結果表明,HLA-G在移植腎中的表達與慢性移植腎的發生率較低有關。一項日本的隊列研究評估了血清HLA-G5水平或腎臟HLA-G1/5表達與同種異體腎移植功能的相關性。結果顯示,血清sHLA-G5水平是患者同種異體腎移植功能的獨立預測因子,在同種異體腎移植功能良好的患者中,在移植后的前3～12個月檢測到血清中sHLA-G水平的顯著增加。因此,監測腎移植后3個月的血清sHLA-G水平或近端腎小管上皮細胞(pTEC) HLA-G表達可能有助于預測短期和長期預后[41]。另一項研究顯示,HLA-G1/5表達對腎功能的保護作用可長達8.8年,證明了HLA-G對腎臟長期保護作用[42]。

4 總結

HLA-G作為一種重要的免疫耐受分子,在免疫調節中的作用已被廣泛研究。進一步研究調控HLA-G表達的機制可以為提高免疫耐受和移植器官存活率提供新的策略。在本文中,我們總結了HLA-G在腎移植術后急性及慢性排斥反應的保護作用,然而HLA-G的臨床研究結果受到許多因素的影響,如患者的種族、研究規模和患者特征的差異等。HLA-G作為一種潛在的無創生物標志物,可以用于預測或監測急性和慢性排斥反應的發生,但仍需要大規模的臨床研究及深入的基礎研究。