人NK细胞表面KIR与HLAI类抗原

1、人 NK细胞表面 KIR 与 HLA I 类抗原 (1)【摘要】 KIR 受体与 HLA相互作用在人类遗传、免疫应答及异基因造血干细胞 移植等方面发挥着重要作用。 KIR能识别 HLA I 类抗原； KIR与 HLA各自能独立 遗传， HLA配型不能准确推断 KIR 表型； KIR 的表达主要与其基因型有关， HLA 对 KIR 表达的调节作用微乎其微， KIR 的基因型可以决定其表现型。供受者间 KIR 受体 HLA配体不相合有利于异基因造血干细胞移植，尤其是单倍体相合造 血干细胞移植， KIR受体- 配体模型可以更好地提示造血干细胞移植的预后。本 文就 KIR 与 HLA在造血干细胞移植中

2、的相互作用、 KIR 与 HLA的遗传学基础、 NK细胞表面 KIR表达与 HLA的关系及 KIR 和 HLA在免疫应答中的作用作一综 述。【关键词】 异基因造血干细胞移植KIRs on Human NK Cells and in Relation with HLA Class I Antigen ReviewAbstractThe interaction of killer cell immunoglobin-like receptors(KIR) with HLA molecules has particular relevance to the genetics ，immune resp

3、onses and allogeneic stem cell transplantation. The genes of KIR and HLA are located in different chromosomes and segregate independently. The repertoire of KIR molecules varies among NK cells and is determined by the KIR genotype. The HLA genotype has only subtle impact on the KIR phenotype. Three

4、major HLA specificity groups are recognized by KIRs. Donor versus recipient NK-cell alloreactivity，when recipients lack HLA ligand for their donorinhibitory KIR ，can benefit allogeneic stem cell transplantation，especially the HLA haploidentical hematopoietic stem cell transplantation. The outcome of

5、 stem cell transplantation can be best predicted by the presence of KIRs on the donor s NK cells and the absence of corresponding KIR ligand in the recipient s HLArepertoire-a receptor-ligand model. In this paper the interaction of KIR and HLA in hematopoietic stem transplantation， the genetic basis

6、of KIR and HLA ，the relation of KIR expression on NK cells with HLA and the role of KIR and HLA in immune responses were reviewed.Key wordsKIR; HLA; allogeneic haematopoietic stem cell transplantation;NK cell异基因造血干细胞移植 （allo-HSCT） 是治疗恶性血液病的主要手段， 但只有不到 30的患者可以进行 HLA相合同胞间的移植，很多患者没有 HLA相 合的同胞供者，只能进行无关供

7、者或单倍体相合移植，移植风险较高。目前供 受者间配型的方法主要是 PCR（多聚酶链式反应 ）方法检测 HLA 类（ human leukocyte antigen ，人类白细胞抗原）和 HLA 类基因型。随着分子生物学 的进展， HLA配型的方法更加精确。临床上发现有些 HLA完全相合的患者移植 后仍然出现了排斥反应，而有些 HLA不相合的患者移植后长期无病存活 1， 表明仅仅检测 HLA已经不能满足临床需要。 Ruggeri 等 2研究了单倍体相合 造血干细胞移植后发现， NK细胞表面的杀伤细胞免疫球蛋白样受体（ killer immunoglobulinlike receptor，KIR）

8、在单倍体相合移植中发挥了重要作用，在供受者间 KIR 受体配体不相合移植中供者 NK细胞攻击宿主细胞，有助于植 入成功，攻击白血病细胞，介导 GVL效应，攻击宿主抗原呈递细胞，预防 GVHD 的发生。 KIR 逐渐成为造血干细胞移植的研究热点 3。下面就 KIR与 HLA在 造血干细胞移植中的相互关系及其遗传学、免疫学基础作一综述。KIR 与 HLA在造血干细胞移植中的相互作用 NK细胞通过 KIR 识别自身 HLA达到自身免疫耐受。目前认为 KIR 仅在 NK细胞及 T 细胞表面表达，不同的 KIR 识别结合不同的 HLA。KIR 分为抑 制型（ DL）和活化型（ DS）两组，每一组均有其特

9、定的细胞外结构域，且均与 特定的配体结合，分别介导抑制性或活化性反应。 KIR2DL1/2DS1（又名 CD158a）识别 HLA-Cw2、Cw4、Cw5、Cw6，其共同特点是 HLA第 80 位氨基酸残 基为赖氨酸； KIR2DL2/2DL3、2DS2（又名 CD158b）识别 HLA-Cw1、Cw3、 Cw7、 Cw8，其共同特点是 HLA第 80 位氨基酸残基为天门冬氨酸； KIR3DL1识别 HLA- BBw4，3DL2识别 HLA-A3/-A11；2DL4识别 HLA-G4，5。其余的 KIR 配体尚 未明确。目前 KIR 配型的检测方法主要有以下几种： PCR方法检测 KIR 基因

10、 型， RT-PCR方法检测 KIR的 mRNA表达，流式细胞术检测细胞表面 KIR 表达。KIR 在造血干细胞移植中的作用主要与异源反应性 NK细胞有关。 Parham等6认为，当异源细胞的 HLA 类抗原不包括 NK细胞表面所有抑制 性受体识别的 HLA 类抗原决定簇时，即产生异源反应性细胞，此时体内某一 亚群的 NK细胞表面的抑制性受体不能结合异源细胞表面的 HLA 类抗原，细 胞活化杀伤异源细胞。异基因造血干细胞移植中异源反应细胞发生的机制如 下：虽然所有成熟的 NK细胞至少表达 1 种受体识别自身的 HLA，同时表达 两种或两种以上自身反应性受体并不常见。同时表达 2种 KIR 的

11、NK细胞，如同 时表达 KIR2DL1 和 KIR2DL2/3，不会产生异源反应性，因为每个个体至少表达 2 种 HLA中的一种。临床异基因造血干细胞移植后，包括无关供者移植后，多 数受者 KIR 表型转变成供者型。单倍体相合移植中尽管移植物为富集的 CD34 细胞， CD56- 或 CD3-细胞通常0.01%，但移植后 3月内受者体内 NK细胞开始 表达供者 KIR表型，并不受受者 HLA的影响，重建的 NK细胞群均有供者 KIR 表 达。故 NK细胞表面 KIR 的表达来源于供者 CD34 细胞。在此期间当受者 HLA 类抗原不能阻断全部的供者 NK细胞时，供者型异源反应性 NK细胞克隆增

12、殖产 生子代细胞，这些细胞能够杀灭宿主抗原呈递细胞和白血病细胞，保护患者不 发生 GVHD、移植排斥及白血病复发，从而提高了异基因造血干细胞移植的安全 性和有效性。目前研究发现上述反应仅出现于移植后 3 月内。反之，如果移植 后 NK 细胞受体表达出现其他特征性改变，则提示有可能发生 GVHD、早期复发 以及其他合并症。供受者间 KIR 配体受体不相合的对数越多， NK细胞的抗白 血病效应越强。若患者有多个供者可供选择，可以考虑不相合对数较多的供 者。若受者表达的 HLA能结合全部 KIR，则利用异源反应性 NK细胞治疗白血病 的效果较差。异源反应的发生可以通过 2 种模型预测。第一： Rug

13、geri 2提出的供受者间 KIR 配体配体模型，通过检测 供受者的 HLA推测供受者 KIR 配体- 受体的情况。如 1 例单倍体相合移植患者 中，供者表达 A3、B62、Cw2，受者表达 A3、B62、Cw3，故推测供者 NK细胞表 达 KIR2DL1 受体，识别自身的 Cw2抗原，而受者白血病细胞表达 Cw3抗原，不 能被供者 KIR 抑制性受体识别，供者 NK细胞被激活，杀灭患者体内残存的白血 病细胞。研究发现此模型的预测作用存在很大局限，对 HLA配型不相合的造血 干细胞移植，利用此模型可以较准确的预计患者的复发率，而对HLA配型相合的造血干细胞移植，其预测的准确 性较差。第二： L

14、eung等 7提出的受体配体模型，即直接检测供者 NK细 胞的 KIR 和受者的 HLA配型。他们比较了受体 -配体模型、配体 -配体模型与 NK 细胞毒作用及儿童血液恶性肿瘤患者的复发状况的关系。结果发现对恶性肿瘤 患者，配体 - 受体模型可以更准确的预测疾病复发。KIR 和 HLA的遗传学基础LA基因和 KIR 基因由共同的原始基因演变而来。 HLA受控于位于 6q21.3 的 主要组织相容性复合物( major histocompatibility complex，MHC)，呈共显性表达，每个基因座位上不同等位基因的产物表现在细胞膜上构成个体的 HLA 表现型。目前研究发现，人 NK细胞

15、表面表达 2 种 HLA 类抗原特异性受体： 免疫球蛋白超家族受体和免疫球蛋白样转录本家族( immunoglobulin-like transcript ，ILT )，分别为 KIR和 ILT-2 、ILT-4 。C型凝集素超家族受体， CD94/NKG2受体。其中 KIR 基因位于 19q13.4 ，呈共显性表达，其基因家族进化 过程中变异较大，存在等位基因多形性。 CD94-NKG2A位于 12p1213 的人 NK 细胞复合体基因座上。比较基因组学研究证实， HLA特异性的 NK细胞抑制性受 体由共同的原始 MHC类基因通过一系列的基因复制演变而来。人类基因组中主 要发现了 4 种 M

16、HC类 基因： 6p21.3 、 19q13.4 、 1q21-q25 和 9q33-q34。多数 学者认为 C 型凝集素基因超家族也由 MHC类 基因演变而来 8。虽然 KIR 基因与 HLA基因起源于共同的基因，但 KIR 与 HLA各自独立 遗传给下一代。每个个体内 HLA 类抗原与 KIR间并无必然的相关性，即使 HLA相合同胞兄弟姐妹间 KIR也不一定相合。 Shilling 等 9分析了 85 对同 胞的 HLA 类抗原分型与 KIR 的相关性，其中 HLA 类抗原相合与不相合分别 为 25和 75，而 KIR 相合与不相合分别为 32和 68，HLA与 KIR 均相合 者仅为 8

17、， KIR相合而 HLA不相合占 24，KIR 不相合而 HLA相合为 16， HLA和 KIR 均不相合为 52，这一结果提示遗传学上 HLA 分型与 KIR分型分 离。对 50例健康供者中 NK细胞 KIR配型与自身 HLA检测发现， 24%-36的供 者中 KIR2DL1、KIR2DL2/2DL3或 KIR3DL1没有相应的自身配体； 0%-8的供者 中 HLA-BBw、4 HLA-CLys80或 HLA-CAsn 80 无相应的 KIR 9，这也证实了上 述结论。故通过 HLA分型并不能准确预测 KIR 表型，异基因造血干细胞移植中 配体配体模型不能较好的提示预后。NK细胞表面 KIR

18、 表达与 HLA的关系虽然 KIR 识别自身 HLA达到自身免疫耐受，但 HLA并不是影响 KIR 表 达的主要因素。 Becker 等10认为， NK细胞所识别的和清除的是一类失去自 我( missing self )的细胞， NK细胞不杀伤表达自身 HLA的细胞，但杀伤表达 异基因 HLA的细胞，故 NK细胞表面至少表达 1 种 KIR 识别自身的 HLA 类抗 原，达到自身免疫耐受，每个个体的 NK细胞受体谱必然受到自身 HLA的影响。 目前研究发现，有如下几个因素影响 KIR 的表达。第一，健康人群中影响个体内 NK细胞表面 KIR 表达的决定性因素为 KIR基因型。 KIR与 HLA

19、各自独立遗传给下一代，二者并无必然联系。 Uhrberg 等 11， 12也发现 KIR 的基因型决定了其表现型，与自身 HLA无关。流式细 胞仪检测也发现 NK细胞表面表达的 KIR与 HLA基因型无关，而且 NK细胞表面 可以表达多余的 KIR。Leung 等13最近利用 PCR、RT-PCR及流式细胞仪方法 研究了 73例无关供者的 KIR 基因型与表现型的关系，结果发现 7的供者 PCR 检测发现体内存在 KIR2DL1基因，但流式细胞仪检测不到 NK细胞表面表达的 KIR2DL1；15的供者存在 KIR3DL1基因，但 NK细胞表面不表达该受体；同时 存在 KIR2DL3与 KIR2

20、DL2基因的供者中， RT-PCR检测发现 100的供者表达 KIR2DL3，而只有 58的供者表达 KIR2DL2。第二，健康人群中影响 NK细胞表面受体的另一个因素是必须确保每个 NK细胞至少表达一种抑制性 NK细胞受体来识别自身的 HLA，达到自身免疫耐 受，故 HLA对相关的 KIR 表达有微调作用， HLA影响表达频率，但不影响表达 水平。相对于 KIR 基因型， HLA为其调节的次要因素。研究发现相对于 KIR基 因型相同而 HLA基因型不同的同胞兄弟姐妹， KIR、HLA基因型均相同的同胞 NK 细胞的 KIR 表达组分更相似 7。表达不同 HLA的基因工程小鼠体内 NK细胞 群

21、通过识别自身 HLA达到自身免疫耐受，这说明绝大多数成熟 NK细胞至少表达 一种抑制性受体来识别自身 HLA，达到自身免疫耐受。 NK细胞受体发育过程 中，HLA 类抗原的基因型决定了哪种 KIR 作为抑制性受体来识别自身 HLA。 目前认为， NK细胞发育过程中随机表达某种 KIR，而其中表达能识别自身 HLA 的 KIR 的 NK 细胞获得优势生长。个体内不同 NK 细胞克隆 KIR 基因表达调控主要在转录水平，与转录启动区的 CpG岛甲基化有关 14。鉴于 NK细胞表达多 种 KIR，故 HLA的调节作用微乎其微。第三，比较相同 KIR 基因型的的恶性肿瘤患者与其健康同胞的 NK细胞 表现型，发现各种 KIR基因的表达频率以及表达强度相同， NK细胞的 KIR 表现 型相对稳定，不受疾病影响。 KIR