白细胞抗原（HLA）基因在DNA中所占的空间并不大——仅为6号染色体短臂上的4个巨碱基—但它们决定着人体是否会出现自身免疫性疾病，能否抵抗传染病，或对可能拯救生命的治疗方式是否存在不良反应。

 

     
 

  

二代基因测序给HLA配型带来的益处

    

以血液和骨髓移植为例，此方法用于治疗70多种疾病，包括被称为头号儿童癌症的白血病。每年全世界大约5万名患者接受造血干细胞移植，而这些患者的命运取决于临床医生如何通过HLA检验为他们快速地找到匹配良好的供体。在许多病例中，找到完美的组合绝非易事——这需要及时和准确地分析高度复杂和可变区域的人类基因组。通过新的治疗技术和更好的疾病检测，移植患者和潜在供体人数逐年上升，这就要求基因库和实验室协作进行更有效的供受体配型，可满足巨大的样本处理量，同时降低成本。幸运的是，具有开创性的大规模并行DNA测序技术，即我们日常所说的二代测序技术(NGS)将有望减轻这一负担。基于NGS的HLA检测曾被认为仅针对大规模操作才具有成本效益，然而现在已通过改进变得日益普及，这些改进包括实验室自动化、上游样品制备、试剂验证和数据分析。通过这些新的发展，NGS解决方案即将成为HLA测序实验室日常工作的一部分，而这会使我们对精准医疗的研究更进一步。

  

警示—更好还是更坏

    

HLA基因将一组蛋白质进行编码，此编码标记细胞为其自身的一部分，并在细胞表面产生肽抗原由T淋巴细胞进行检测，如果它们的同源受体检测到外来HLA或抗原，他们将发出报警。这种机制构成了免疫系统的重要组成部分，使得身体可以清除有害细胞和入侵的病原体，如细菌以及病毒。不幸的是，负责保护我们的这个系统有时也会对我们不利，例如身体错误地将自身细胞辨认为外来细胞（自身免疫性疾病），会造成身体对特定的药物过敏或排斥匹配度不够高的移植的后果。

 

人类基因组的HLA区域，也称为主要组织相容性复合体（MHC），是由220多个密集且高度可变的（多态）基因组成的复杂组合，是由人类和病原体持续对抗所产生的进化选择而造成的一个直接结果。超过100种疾病和许多药物敏感性已经在MHC中与HLA基因和非HLA基因的特异性变异相关联；由于这个原因，除了对移植医学起着非常重要的作用，此区域的基因分型在其它领域也有着多种多样的应用，例如疾病研究、药物基因组学和群体遗传学。

  

  

大海捞针—HLA分型的挑战

    

 

由于MHC集群的基因聚集十分紧密，分离时它们更倾向于作为一个整体，因此大多数人从父母各继承一组HLA等位基因。这意味着，患者与每个兄弟姐妹的匹配几率通常仅有30%，而剩下的70%则必须依赖无关的捐赠者。在器官移植中，存活能力可在短短6小时内下降，免疫抑制药物足以应对一定程度的不匹配，所以非完全匹配的情况是可以被允许的。然而，像造血干细胞移植这样的一些手术，即使是一点点的不匹配，就会严重影响结果。不幸的是，为罕见的HLA类型寻找一个接近的非亲属供体的困难程度堪比大海捞针。

 

六个“经典移植抗原”与血液、骨髓和器官上越来越差的移植效果最为密切：I类HLA-A、B、C，和II类HLA-DR、DQ、DP。随着DNA分析技术的提高，这6个抗原的已知等位基因的数量也急剧增加，从1987年编入目录的少量基因增加到国际IPD-IMGT/HLA 数据库最新发布的近15,000个（2016年6月，3.25版，）。虽然一些等位基因不能转化成蛋白质（空），或将相同的蛋白质编码为另一种等位基因，但是许多等位基因仍表现为可影响组织相容性的特殊蛋白质。例如，目前人类有2480种HLA-A基因产品。随着已知等位基因数的增长，HLA分型结果的模棱两可问题也随着增加，这对有效供受体配型提出了艰巨的挑战，并将传统的分型方法推向它们的极限。

  

  

最佳拍档—HLA配型和NGS的前景

    

 

几十年来，血清学和以细胞为基础的方法主导了组织相容性检验。分子DNA分析技术的发展，包括在1980年代引入的聚合酶链反应（PCR），带来了更明确、更强大的基于DNA的方法，且已被广泛应用于研究所和临床实验室。最常见的技术将PCR与大块序列特异性引物（PCR-SSP）或根据已知基因序列设计的寡核苷酸探针（PCR-SSOP）相结合。虽然这种技术已经成熟，能够获得快速和可靠的结果，但随着DNA自动测序和分析技术的发展，序列采用分型（SBT）已成为高分辨HLA检验的“黄金标准”。  

 

NGS技术将第一代以Sanger为基础的方法提升到新的水平。它的大规模并行方法将每次处理的数据输出增加了1000倍，同时降低了成本，而且每次可同时处理许多样品。此外，NGS采用了处理杂合样品中相关多态性的克隆方法，无需执行额外的昂贵且耗时的流程或验证检验，以解决顺反模糊性。尽管NGS在HLA分型中具有明显的优势，但它尚未被组织相容性和免疫遗传学实验室广泛采用为常规检验。从上游的样品制备起整个NGS工作流程的发展正在改变这种情况。