HLA-G

中文名稱：人白細胞抗原-G

英文名稱：human leucocyte antigen-G;HLA-G

HLA－G是由Geraghty於1987年首次克隆出來的位於6號染色體短臂的一類免疫耐受分子[1]，具有選擇性組織分布的特點，表達於母胎界面絨毛外滋養細胞、一些腫瘤細胞系、腫瘤活檢組織和一些感染及正常組織細胞，以及心臟移植後的移植物細胞等 。

人類白細胞抗原-G(human leukocyte antigen-G，HLA-G)是位於人第6號染色體短臂上的一群緊密連鎖基因群，屬於人類一種非經典的主要組織相容性複合體(major histocompatibility complex，MHC)的I類分子，選擇性高表達於侵入子宮蛻膜的絨毛外滋養細胞。妊娠被認為是成功的同種異體移植，很多妊娠相關疾病與滋養細胞異常增殖、浸潤、胎盤形成不良有關。

HLA-G在母胎界面的表達對母胎免疫耐受和維持正常妊娠有重要作用，但HLA-G的具體生物學作用，尤其是非免疫學功能仍不明確。

基本介紹

• 中文名：人白細胞抗原-G
• 外文名：HLA-G
• 發現時間：1987年
• 發現人：Geraghty

臨床意義

孟海英 侯一平

HLA-G屬非經典的HLAⅠ類分子,與經典的HLAⅠ類分子相比它有3個特點:(1)多態性水平低;(2)體內分布局限於特定組織;(3)由於內含子和外顯子間的剪接位點改變可形成4種膜結合型和兩種可溶型HLA-G異構體.過去幾年大量研究結果表明,HLA-G是一種免疫耐受分子.

人類白細胞抗原(humanleukocyteantigen,HLA)G,E和F同屬非經典的HLAⅠ類基因(HLAⅠb),是繼HLA-A,HLA-B,HLA-C和HLA-E之後發現的第5個HLAⅠ類基因.HLA-G最早由Geraghty等[1]克隆並測序,由於它存在於6.0kb的HindⅢ酶切片段中,被命名為HLA-6.0.1988年McAlpine建議為避免在命名中使用標點符號,將該基因命名為HLA-60.1990年在Bodmer等[2]發布的HLA命名通報中將該基因正式命名為HLA-G.

HLA-G位於6號染色體HLA-A端粒側,其基因結構與HLA-A,HLA-B和HLA-C相似,但提前出現的終止密碼使其編碼的蛋白產物胞內段僅6個胺基酸,比經典HLAⅠ類抗原的30個胺基酸明顯縮短.HLA-G的這一結構特點,加上啟動子區結構與鼠的HLAⅠ類基因Qa相似,提示該基因與Qa基因同源.

多態性

1992年Geraghty等發現,在HLA-A和HLA-G之間有一個高度多態的區域,這一區域在某種HLA單倍型時缺失,使兩基因之間的距離縮短50kb以上.1993年Morales等報導了3個新的HLA-G等位基因,從而證明HLA-G基因有多態性.

到2000年10月止,共發現14個HLA-G等位基因,其中5個有胺基酸序列異,即G*0101,G*0102,G*0103,G*0104和G*0105N.G*0101包括8個編碼序列不同,但沒有胺基酸序列差異的等位基因,即G*01011～G*01018.G*0104包括3個類似的等位基因,即G*01041～G*01043.G*0105N在外顯子3第1597位,即第130密碼子的胞嘧啶缺失使讀碼框架改變,終止密碼在第4外顯子起始部位第189密碼子提前出現,正常HLA-G1分子跨膜區不能被轉錄,形成一個可溶型HLA-G分子.從以上資料可以看出,HLA-G的多態性遠低於經典HLAⅠ類基因.且HLA-GDNA序列在經典HLAⅠ類分子的功能必需區高度保守,與經典HLAⅠ類核酸高變區相應的HLA-G區域多態性有限[3].關於HLA-G多態性在不同群體中分布的研究結果令人困惑.

有研究顯示HLA-G多態性在高加索人群和美國黑人間的分布差異有顯著性,在美國黑人女性群體中的雜合度可達67%,其中大多數多態性出現於編碼α2結構域的序列中[4].有人藉助逆轉錄-聚合酶鏈式反應分析HLA-GmRNA多態性,發現在高加索和非洲加勒比海人群中,其多態性遠低於上述報導,其原因可能是前者的引物選在外顯子區,而不是象以前的實驗選在內含子區[5].

表達

HLA-G分子主要在人胎盤組織中轉錄,表達於孕卵著床期植入母體子宮內膜的胎盤組織中,而此處恰恰不表達經典的HLA-A,B分子及DR,DQ和DP分子.在絨毛膜外細胞滋養層細胞,包括那些侵入子宮蛻膜的細胞滋養層細胞中HLA-G高表達;而在胎盤絨毛的合體滋養層中,HLA-G表達水平較低.絨毛膜細胞滋養層與絨毛膜外細胞滋養層的分化伴隨著細胞表面HLA-G分子表達水平的提高,而在植入前的胚胎或生殖細胞中未見HLA-G表達[6].用靈長類恆河猴進行的實驗表明,在妊娠14～19天HLA-G主要表達於侵入母體血管和子宮內膜的細胞滋養層中,而在滋養層腔隙表面的合體滋養層和新形成的絨毛膜中基本上是HLA-G陰性.到妊娠第36天,在絨毛膜合體滋養層中也表達HLA-G分子,母體子宮和胎兒滋養層間也積聚大量HLA-G分子[7].

在整個妊娠期間,母胎界面處的滋養層細胞還分泌sHLA-G1.HLA-G分子在胎盤組織中的分布可能反應了它的功能,使母體對同種異體胎兒組織抗原產生免疫耐受.此外,在胎兒的肝,眼,心,肺和腎,及成人的甲狀腺,角質化細胞,外周血T細胞和B細胞,脾,肝和腎也可檢出HLA-GmRNA,但其水平遠低於這些組織中經典HLAⅠ類基因mRNA水平[8].調節HLA-G特異性表達的機理尚不清楚.但在HLA-G基因上游(5'端)未檢出經典HLAⅠ類基因共有的作用元件,如NF-kappaB,IRF-1和CⅡTA.在推測的HLA-G啟動子區,G*0102,G*0103,G*0104和G*0105N有一個不同於G*0101的單鹼基替代,該替代在轉錄調節中的作用有待進一步研究.從HLA-G上游1.1kb起到啟動子區止的範圍內有幾個單核苷酸多態性,也許這些部位為核因子作用的轉錄調節區.HLA-G上述有兩個干擾素γ(IFN-gamma,IFNγ)作用區,分別是一個A/ICS增強子區和一個候選IFNγ活性作用位點(IFN-gammaactivatedsite,GAS).在干擾素調節因子(interferonregulatoryfactor-1,IRF-1)這兩個IFNγ作用區可增強HLA-G轉錄,而HLA-G分子中該區失效,所以在母胎界面處IFNγ不能上調

基因表達

胎盤中存在的另一種細胞因子IL-10,可上調人類滋養層和單核細胞HLA-G表達[10].干擾素也可實驗性提高轉染鼠滋養層HLA-G基因表達.

HLA-G蛋白產物以兩種形式存在,即表達於細胞表面的膜結合型(membrane-boundHLA-G,mHLA-G),以及存在細胞內的胞漿可溶型(solubleHLA-G,sHLA-G).在DNA多態性基礎上,HLA-GmRNA包括一個全長的HLA-GmRNA(HLA-G1)和3個跨膜區縮短的HLA-GmRNA(HLA-G2,3和4),及兩個無跨膜的異構體,蛋白水平僅觀察到1個包括完整跨膜區的mHLA-G分子(HLA-G1)及sHLA-G,未觀察到跨膜縮短的HLA-G分子,它們留在內質網中,可能對細胞表面HLA-G1或HLA-E表達起調節作

用[11].HLA-G*0105N基因的表達產物就是一種sHLA-G.膜結合型和胞漿可溶型HLA-G分子都可與細胞內來源的相同肽片段結合.

生物學功能

HLA-G分子的功能尚不清楚.有人認為它可能與血管生成和(或)胎盤形成有關,目前普遍接受的觀點認為HLA-G是一種免疫耐受分子,可能與母胎耐受及抗感染免疫有關.大量的體內外實驗及臨床研究已證實這種觀點,但也有少數報導否定上述觀點,基於HLA-G是一種免疫耐受分子,其在習慣性流產,先兆子癇,感染性疾病,腫瘤和其他免疫相關性疾病發生中的作用,及在防治移植排斥反應中的套用受到關注.1998年在法國巴黎召開了第1屆國際HLA-G會議,標誌著HLA功能研究的進一步深入,同時也說明HLA-G的重要性[12].3.1抗原遞呈功能1994年Onno等提出一種關於HLA-G功能的假設;在不利因素(如感染,轉化)的刺激下,HLA-G蛋白的合成被誘導,通過某種機制,受損傷的體細胞被靶向性殺傷,達到免疫清除的目的.實驗證實,用熱休克蛋白,亞砷酸鹽等處理,腫瘤細胞株內各種HLA-G同源異構體轉錄水平提高,而HLA-A,-B,-E和-F等HLAⅠ類基因的轉錄水平無明顯改變,說明HLA-G分子可能作為一個信號分子調節人類對各種不利因素的免疫應答.

此外,mHLA-G和sHLA-G都可與來源於細胞內的相同類型的9肽片段結合,這些9肽片段的錨著殘基分別是第2位的亮氨酸或異亮氨酸,第3位的脯氨酸和第9位的亮氨酸.當這3個錨著位點同時被甘氨酸替代時,該肽片段不能與HLA-G分子結合,但這3個錨著位點中任意一個位點的替代,不影響肽片段與HLA-G分子結合[13].與HLA-A2遞呈的抗原肽比較,HLA-G分子可遞呈的抗原肽種類較少.因此不能排除HLA-G分子具有結合和遞呈抗原的功能.3.2HLA-G與母胎免疫耐受胎盤植入期,絨毛膜外滋養層(extravilloustrophoblast,EVT)通過子宮蛻膜向子宮螺旋動脈靠近的過程中,滋養層損傷動脈壁,使胎兒從母體獲得足夠的血流供應.與其它細胞不同,EVT細胞表達HLA-C,HLA-E和HLA-G3種HLAⅠ類分子,其中高水平表達HLA-G是EVT細胞所獨有.雖然在腫瘤及其他組織中也發現有少量HLA-G分子,但都沒有觀察到象EVC組織中一樣的HLA-G積聚.HLA-G分子獨特分布可能和HLA-E一樣,在母胎免疫耐受中發揮作用.

3.3HLA-G與NK細胞胎盤侵入期,表達HLA-G的胎兒滋養層侵入母體組織,母體NK細胞識別胎兒細胞表面HLA-G的刺激信號產生細胞因子,這些細胞因子調節胎盤生長,發育和分化,並使母體對HLA半異源的胎兒產生免疫耐受.妊娠各階段子宮的白細胞類別及胎兒組織表達的各種細胞因子受體不同,滋養層與子宮細胞間的作用方式相當複雜,包括各種細胞因子,細胞因子受體,粘附分子,酶和激素,這些因素都隨著妊娠階段不同而發展變化.至少有4種NK細胞表面的殺傷細胞抑制性受體(killer-cellinhibitoryreceptor,KIR)可識別HLA-G分子,它們分別是CD94/NKG2,LIR-1,CD158a/p58.1NKR和KIR2DL4.母體中大量CD16-,CD56+NK細胞浸潤子宮蛻膜,在子宮蛻膜基底部,即EVT細胞的侵入部位,NK細胞聚集更為明顯,它們與侵入蛻膜的EVT細胞緊密接觸.這種NK細胞表達各種識別HLAⅠ類分子的受體,如CD94/NKG2.因此,胎兒細胞表面HLA-G分子可能通過與母體NK細胞表面KIR結合,抑制NK細胞殺傷活性,從而導致母體對HLA半異源性胎兒產生免疫耐受.用蛻膜來源的NK細胞和NK細胞克隆進行的實驗證實,HLA-G分子可與母體蛻膜中NK細胞表面受體結合,抑制NK細胞殺傷活性.HLA-G分子與CD94/NKG2受體的作用可被抗CD94/NKG2受體抗體阻斷,使表達HLA-G分子的細胞被人體胎盤的CD94/153 NKG2陽性NK細胞殺傷[14].Dorling等[15]研究表明,除抑制NK細胞殺傷活性外,HLA-G分子可抑制NK細胞遊走.另一方面,在HLA-G低表達時,EVT細胞以劑量依賴的方式被NK細胞殺傷[16].3.4HLA-G與細胞毒性T細胞據認為HLA-G分子還可通過與細胞毒性T(cytotoxicTlymphocyte,CTL)細胞作用,保護胎兒免受母體CTL細胞殺傷.HLA-G分子與CTL的作用有幾個特點:

(1)抗原肽劑量依賴性;

(2)可被抗HLA-G單克隆抗體阻斷;

(3)在HLA-E/CD94/NKG2A途徑被阻斷後,抑制作用依然存在;

(4)HLA-G分子濃度依賴性[17].

在混合淋巴細胞培養實驗中,用各種濃度的純化HLA-G檢測其對CTL細胞反應能力的影響,結果表明≥0.1g/ml的HLA-G可抑制30%～100%的異源CTL細胞殺傷活性;0.01～0.05g/ml的HLA-G可使異源CTL細胞殺傷活性提高25%～50%;≤0.001g/ml的HLA-G分子對異源CTL細胞殺傷活性無影響.≥0.1g/ml的HLA-G分子誘導輔助性T細胞2(Thelpertype2,Th2)介導的免疫應答,而0.01～0.05g/ml的HLA-G分子誘導Th1介導的免疫應答[18].且由於α3結構域(第223～229胺基酸)胺基酸序列的差異,使HLA-G分子與經典HLAⅠ類分子構象不同,導致HLA-G分子與CD8結合能力顯著高於經典HLAⅠ類分子[19].3.5sHLA-G的功能除mHLA-G,sHLA-G也存在於整個妊娠期母胎接觸面及母體血循環中,據認為可能是妊娠期一種特異性免疫抑制分子.1999年Menicucci等[20]發現sHLA-G存在於卵細胞培養液中.2000年Hunt等[21]通過酶聯免疫吸附實驗用抗sHLA-G的mAb檢測,發現sHLA-G存在於妊娠各階段,孕婦血清中sHLA-G水平明顯高於非孕婦,其主要同源異構體是sHLA-G2.Fournel等通過親合純化得到與β2微球蛋白結合的sHLA-G1可誘導活化CD8+細胞凋亡.Western雜交結果顯示,sHLA-G1可促進活化CD8+細胞表面CD95配體表達.將CD8+細胞與CD95mAbZB4或可溶性CD95-Fc重組體一起預孵育,CD8+細胞的細胞毒性被抑制,提示CD8+細胞凋亡可能是通過CD95/CD95配體途徑.sHLA-G1誘導的凋亡依賴於CD8分子參與,抗CD8mAb可阻斷程式性細胞死亡[22].3.6HLA-G對HLA-E表達的調節作用HLA-G分子引導序列的肽片段可與HLA-E分子結合而被遞呈至細胞表面,通過和NK細胞表面CD94/NKG2受體結合,產生NK細胞抑制信號.

臨床意義

4.1

HLA-G與先兆子癇先兆子癇(pre-eclampsia,PE)是一種常見的產科綜合徵,其病理學特徵是胎兒滋養層侵入母體蛻膜螺旋動脈缺乏或程度不足.目前尚未發現該病特異性病因,流行病學研究顯示先兆子癇具有高度家族性傾向,疾病連鎖分析表明胰島素樣生長因子Ⅱ(insulin-likegrowthfactorⅡ,IGF-Ⅱ)和HLA-G是PE的候選基因.PE患者HLA-G基因第8外顯子的插入/缺失多態性分布顯著性偏離Hardy-Weinberg平衡,表現為雜合度過高.另外,粘附分子異常表達可能也有助於滋養層異常侵入,患者子宮蛻膜中Th1水平也與滋養層侵入特性有關.RNA原位雜交實驗顯示,正常妊娠時HLA-G表達於EVT,表達水平與侵入蛻膜的深度成正比,在多數PE患者的胎盤中HLA-G缺乏或表達水平降低

[23].結合上述HLA-G分子與CTL作用的濃度依賴,推測低濃度HLA-G分子可能與Th1水平上改變及

先兆子癇的發生有關.新近報導發現HLA-G*0105N純合型的健康個體[24].也有其它群體遺傳學資料顯示,HLA-G*0105N的等位基因頻率與先兆子癇和宮內發育遲滯無關,提示膜結合型HLA-G分子對

妊娠和胎兒成活可能並非必需.

4.2

HLA-G與病毒感染據認為HLA-G分子可與病毒來源的抗原肽結合,並把它們遞呈給母體免疫系統,引起被感染胎兒組織溶解.因此,它可能在人類巨細胞病毒(humancy-tomegalovirus,CMV)感染中發揮一定作用,與習慣性流產有關.已有報導顯示,兩個患有習慣性流產的婦女是無效等位基因HLA-G*0105N的純合子.人類CMV可調節HLA-G表達,但這方面的研究結果相當混亂.Onno等研究表明,單核細胞被CMV感染後,由其分化而成的組織巨噬細胞表達HLA-G,而CMV在上調HLA-G表達的同時,下調部分經典MHCⅠ分子表達.急性CMV感染性肺炎患者支氣管肺泡的巨噬細胞中也表達HLA-G,在U-373MG星形細胞瘤細胞中也可發現CMV感染與HLA-G(包括sHLA-G)表達上調有直接關係.Jun等[25]認為,人CMV的US3和US6蛋白下調HLA-G表達,US3在內質網與HLA-G直接接觸,使HLA-G滯留在內質網;US6通過TAP抑制肽轉運.習慣性流產患者NK細胞活性異常增強,這也可能與CMV下調HLA-G表達有關.如果HLA-G是一種免疫耐受分子的假設成立,HLA-G分子應該有助於CMV逃脫宿主的免疫監視[26].此外,有研究顯示HLA-G表達於各種感染性肌病的肌纖維中.在正常人和患者的培養成肌細胞中加入干擾素γ,可誘導細胞表達各種HLA-G異構體,提示在感染性肌病和其他局限性免疫應答中,HLA-G分子可能發揮重要功能[27].

4.3

HLA-G與腫瘤免疫HLA-G還可表達於實體腫瘤(如黑素瘤,肉瘤和淋巴瘤).在原發性黑素瘤細胞和轉移細胞表面高表達各種HLA-G異構體[28].這些HLA-G分子使腫瘤細胞能逃避NK細胞和CTL細胞的殺傷,溶解作用,這是一種新的腫瘤細胞逃脫免疫監視的機制.非實體腫瘤,絨毛膜癌的發生也可能與HLA-G分子抑制NK細胞的殺傷作用有關.

4.4

HLA-G與移植排斥HLA-G可能通過抑制NK細胞和(或)CTL細胞激活而下調移植排斥反應.HLA-G分子的參與有助於在供受者HLA不相配時提高移植受者生存率,並可能抑制異種移植排斥.HLA-G分子抑制移植排斥反應的機理尚不清楚.除通過調節HLA-E分子表達間接作用於NK細胞,HLA-G還可通過NK

細胞表面的CD94/NKG2受體直接抑制NK細胞的活性.豬內皮細胞表達的HLA-G分子可直接抑制人NK細胞對豬內皮細胞的異源殺傷作用,其抑制作用可被抗CD94抗體阻斷[29].同時,HLA-G分子也可抑制NK細胞向移植物內皮細胞移動.此外,HLA-G分子還可抑制異源T細胞增值,降低T細胞對異源細胞的殺傷作用.2000年Lila等[30]對31例心臟移植患者進行253 心臟活檢,發現5例HLA-G分子的表達與急性移植排斥反應水平顯著降低及缺乏慢性排斥反應有關.