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HLA分型技术回顾

放大字体缩小字体发布日期:2006-06-27
      主要组织相容性复合物(MHC)是脊椎动物体内最复杂且具有高度多态性的基因群。1984年George Snell 首次发现小鼠MHC即H-2,1958年Dausset 发现了人的MHC即HLA基因。MHC的表达产物称为主要组织相容性抗原,MHC抗原是有核细胞表面膜蛋白分子,对抗原递呈和免疫信号传递起关键作用。
      HLA基因,位于6号染色体上短臂上,长约4000Kb。HLA是目前所知人体最复杂的遗传多态性系统,有几十个基因座位,每个基因座位又有几十个等位基因,且呈共显性表达。由于MHC基因位于同一条染色体上,其多基因座位上的基因型组合相对稳定,很少发生同源染色体间交换,这就构成了以单元型(HAPLOTYPE,即在同一条染色体上紧密连锁的一系列等位基因的特殊组合)为特征的遗传。按中国人常见的A座位基因有13个,B座位基因有30个计算,可组成的单元型约有13×30=390种之多。理论上估计,父母各给一串单元型给子女,便会形成4.3万种HLA-AB血型。 事实上,HLA 各基因并非完全随机地组成单元型,而是呈现出连锁不平衡(linkage disequilibrium,LD)的特点。理论推测的HLA 分型数量巨大,但对一个具体的民族来说并非如此。世界上各个民族人群的HLA多态性和单元型都有各自的特点。总体来讲,中国北方汉族、北美白人和北美黑人人群的多态性较中国南方汉族和日本人群丰富。即使在中国,地区间也存在差异。在中国汉族群体中抗原A1、A3、B13、B44和B51频率呈北高南低分布,而抗原A24、B46、B60呈北低南高分布。在中国汉族群体中常见的A30-B13-DRB1*07,A1-B37-DRB1*10单体型频率呈北高南低分布,在江浙沪汉族人群中频率较北方汉族人群下降,而A2-B46-DRB1*09,A33-B58-DRB1*17,A33-B58-DRB1*13单体型频率呈北低南高分布。HLA多态性程度可见一斑。
      HLA研究涉及免疫学、生物学、遗传学、分子生物学、医学等多个学科,并已发展成为一个独立的学科分支。迄今HLA研究已达到相当深入的水平,并在诸多方面取得显著进展,包括HLA复合体结构;HLA分子结构及其表达的调控;HLA分子功能,尤其是在抗原处理、呈递及T细胞识别中的作用;HLA的DNA分型及多态性研究;HLA与疾病的关系;HLA与移植的关系等。HLA研究不仅使器官移植成为一种极有价值的治疗手段,并给基础与临床免疫带来了突破性进展。已经证实,HLA复合体中存在控制免疫应答的基因以及HLA参与约束免疫细胞间相互作用,这表示HLA涉及生命活动的各个水平与多个方面。可以预期,对HLA的研究将继续成为免疫遗传学最活跃的部分;对HLA的应用将扩展到基础、临床、预防医学的各个领域。
      纵观HLA系统的研究过程,其发展无不与技术的手段的突破与运用有密切关系。70年代到80年代末期主要是血清学研究;90年代以来,HLA进入了分子水平研究阶段,进展尤为显著。HLA分型技术同样走过了这一历程。
      建立于60年代并不断完善的血清学及细胞学分型技术主要侧重于分析HLA产物特异性。
      血清学分型借助的是微量淋巴细胞毒试验(microlymphocytotoxicitytest)或称补体依赖的细胞毒试验(complement dependent cytotoxicity test,CDC)。取已知HLA抗血清加入待测外周血淋巴细胞,作用后加入兔补体,充分作用后加入染料,,着染的细胞为死亡细胞,依据特异性抗体介导的补体系统对靶细胞溶解的原理,待检淋巴细胞表面具有已知抗血清所针对的抗原。血清学分型存在诸多缺点:①标准分型抗体亲和力较弱、效价较低、易产生交叉反应,②缺少某些单价抗血清;③某些病理过程可能导致外周血淋巴细胞表面抗原性质发生改变.干扰抗原—抗体反应;④国内供HLA—I类抗原分型的血清板来源困难、雷竞技百科 欠佳。上述因素均严重影响了HLA分型结果的可靠性及该技术的推广应用。
      细胞学分型技术指的是通过纯合分型细胞(homozygote typing cell,HTC)及预致敏淋巴细胞试验(primed lymphocyte test,PLT)对HLA分型。二种方法的基本原理均是判断淋巴细胞在识别非己HLA抗原决定簇后发生的增殖反应。由于分型细胞来源困难以及操作手续繁琐,细胞学分型技术下正逐渐淘汰。
      1991年第11届国际HLA专题讨论上提出了HLA的DNA分型方法,这类方法近年来在研究和应用方面发展非常快,有取代其他方法的趋势。DNA分型方法主要分为两种:基于核酸序列识别的方法和基于序列分子构型的方法。下面简要的阐述各方法的原理和优缺点。
      基于核酸序列识别的方法主要有:PCR-RFLP,PCR-SSO,PCR-SSP和PCR-SBT。
      PCR-RFLP:其原理是将目的基因片段PCR扩增后,利用多种限制性内切酶对扩增产物进行酶切,不同的基因序列会产生不同的酶切产物,从而产生不同的电泳图谱。它以其简单、敏感、准确,无需同位素等优点成为目前较常用的HLA基因分型技术之一,但是无法分辨杂合子,且只能区分有限的多态性。
      PCR-SSO(sequence specific oligonucleotide):也称PCR-ASO(allele specific oligonuceotide)。用以同位素或非放射性标记的探针与PCR扩增的目标片断产物杂交,根据阳性斑点判断个体基因型。由于HLA等位基因非常多,就需要很多的探针对每个DNA样品要进行多次杂交(甚至十几次)才能完成定型分析操作也十分繁琐。于是在此基础上又发展起来一种反向杂交法(reverse hybridization)。将各种不同的探针固定于同一张膜上,再将PCR产物标记,以PCR产物(待检测基因DNA)反过来与探针杂交。这样一次杂交即可完成多个等位基因分析。此方法具有灵敏度、特异性强、需样本量少等优点,但不同探针的杂交条件的须严格统一(如温度,离子强度), 易出现误差;不能检测新等位基因,试剂盒需不断升级; 对某些杂合子分辨率也不好;。很多HLA基因型含有相同的多态性,而仅仅由于排列方式不同,因此分辨率不及SSP和SBT(4.01#113)。此方法适宜大量和高纯度样本,杂交条带将作为书面原始记录长期保存(三种效果比较)。
      PCR-SSP:上述的PCR/RFLP、PCR/SSO等,最终均需用标记的特性探针与扩增产物进行杂交,再分析结果。PCR/SSP方法用乃设计出一整套等位基因组特异性引物(sequence specific primer,SSP),借助PCR技术获得HLA型别特异的扩增产物,可通过电泳直接分析带型决定HLA型别,从而大大简化了实验步骤。优点是简单易行, 分辨率可从低到高, 成本低 。缺点是不易自动化;不能检测新的等位基因,试剂盒需不断升级。此方法适宜零散和纯度低样本,重复实验时要重提DNA和必须使用紫外凝胶成象仪保留原始资料,增加实验成本(三种效果比较)。PCR-SSP和PCR-SSO均需大量试剂(引物),且不能识别非经典的HLA基因和假基因(绿)。针对HLA外显子和内含子序列精心设计引物可避免这些问题。
      PCR-SBT: 以PCR扩增所要分析的基因片断,然后对DNA序列进行分析,可以直接得到基因型。分辨率高,可大规模进行,精确度高,能直接发现新的等位基因。但是由于杂合子的存在,无法分辨单元型。
      以上各个方法都存在无法克服的缺陷,如能配合使用,则能大大提高分型能力。国外有学者对60个样本进行研究,发现单用SBT,只有18%的样本能将A,B位点同时分型成功,如结合SSO,则能将所有样本成功分型。
      基于核酸序列识别的分型方法始终无法越过杂合子的难关。HSE(Haplotype-specific extention)技术完美地解决了这一问题。它是利用磁珠与其中一条同源染色体的特异位点结合,达到分离同源染色体的目的,杂合子问题不攻自破。因此,HSE无论与SSO还是SBT结合使用,都有极好的效果(1.01#12,4.01#94)。
      近年来,测序新技术发展层出不穷,纷纷运用到HLA分型中。如MSNE(multiplex single nucleaotide extention),应用链中止法原理,根据等位基因SNP位点设计特异性引物和生物素荧光标记的ddNTP进行分型,有重复性好,可分辨杂合子等优点,已应用到A位点的分型中。(4.01#93)又如pyrosequencing 法分型,分辨率好,可分辨杂合子,自动化程度也高。()DNA芯片技术,作为一项检测SNP的成熟技术,也已应用到HLA 分型中()
      基于序列分子构型的分型方法在理论上就避开了杂合子这个难题。SSCP(PCR单链构象多态性分析,PCR-single strand conformational polymorphism)是最常用的根据构型的分型方法。扩增的目标产物变形后形成单链,不同的序列,甚至仅有一个碱基的差异,就会形成不同的茎环结构,从而电泳速率不同。但此方法仅限于分辨仅限于200-300bp(绿16),且即使是同一单链DNA在相同情况下也会形成不同的构型,使得电泳条带很难分析;也有可 能会出现当某些位置的点突变对单链DNA分子立体构象的改变不起作用或作用很小的情况,使聚丙烯酰胺凝胶电泳无法分辨造成漏检。
      HA(异源二聚体电泳多态性,Heteroduplex Analysis)是另一种基于序列分子构型的分型方法,根据异源二聚体未配对区域的长度和分布而显示出电泳条带不同(绿18)。但与单链DNA相比,异源二聚体电泳条带过于复杂,难以分析。
      新发展的RSCA(Reference Strand Mediated Conformation Analysis)技术根据HA的原理,设计了位点特异性荧光标记的参照DNA片段,与样本DNA分子的正反链形成异源二聚体.带有荧光标记的电泳条带易于分析,能够克服HA的不足。
      另外,提取基因组模板的技术也在不断发展。用于分型的DNA来源也已不局限于血液,口腔涂片、唾液中提取的DNA也有相似的效果(7.01#261)。针对微量基因组模板的情况,现已开发出基于滚环复制的全基因组扩增技术,可以将1ng的模板扩大至100ng,足以应付PCR-RFLP、PCR-SBT等分型技术的要求。
      相信随着分子生物学技术的发展,未来HLA分型技术会向着更便捷,准确的方向前进。


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