中科院昆明动物所在HLA剪接异构体在艾滋病病毒免疫逃逸

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中科院昆明动物所在HLA剪接异构体在艾滋病病毒免疫逃逸机制研究获得进展

主要组织相容性复合物(Major histocompatibility complex, MHC)是广泛存在于脊椎动物体内与免疫功能密切相关的一组基因群，不同种属动物的MHC及其抗原系统有不同命名，但其结构组成、组织细胞分布和功能等类似，比如人类主要组织相容性复合体被称为人白细胞抗原(Human leukocyte antigen, HLA)。HLA抗原表达在几乎所有有核细胞表面。MHC的产物是参与抗原递呈和T细胞激活的关键分子，在免疫应答的启动和免疫调节中也发挥重要作用，是免疫学热点研究领域之一。HLA在免疫调控中有二个主要功能：与NK细胞表面的抑制性受体结合，抑制NK细胞的活化；抗原递呈，其中HLA I 类分子递呈内源性抗原，在病毒清除中起核心调控的作用。

选择性剪接存在于大多数基因尤其是免疫相关基因中，研究发现超过90%的人类基因存在选择性剪接。MHC I类分子(MHC I)在不同物种中均会发生不同程度的选择性剪接，产生新的剪接异构体。目前对MHC I选择性剪接的研究往往停留在鉴别新MHC异构体上，而对其功能研究却甚少。中国科学院昆明动物研究所动物模型与人类疾病机理重点实验室郑永唐研究员学科组戴正喜博士前期在猕猴中发现和鉴定了一种缺失第4外显子的新MHC IA剪接异构体(MHC IA-sv1)。MHC I A-sv1缺少α3结构域，糖基化模式和蛋白降解速度明显异于全长型MHC IA分子。MHC IA-sv1能与MHC IA形成全新的异源二聚体结构，不结合β2微球蛋白。此异源复合体能显著地抑制MHC IA蛋白泛素化，从而促进其蛋白稳定性(Journal of Immunology, 2012, 188: 2285)。但人类是否存在该剪接异构体及其功能尚不清楚。

为探讨HLA剪接异构体在免疫调控和病毒免疫中的功能，中国科学院昆明动物研究所动物模型与人类疾病机理重点实验室张喜鹤博士生等在导师郑永唐研究员指导下，发现HLA-A11存在新的剪接异构体，揭示了HLA 第4外显子缺失的异构体(HLA-A11svE4)的特征，表达以及在免疫系统中的功能。研究表明HLA-A11svE4表达在细胞表面且不与β2微球蛋白结合。HLA-A11svE4不但能形成同源异构体也可与HLA-A11形成异源二聚体。在功能上首次发现HLA-A11svE4可抑制NK细胞的活化和对靶细胞的杀伤。除此之外HLA-A11svE4还有递呈抗原的功能。艾滋病病毒(HIV-1)感染者和正常人群的对照实验发现，HIV-1可以显著上调HLA-AsvE4的表达。人的免疫系统可以清除大多数的病毒但是HIV-1 是个例外，HIV-1 是最难清除的病毒之一。该研究提出一个全新的假说模型：HIV-1 通过上调HLA-A11svE4抑制NK细胞的活化，从而保护感染HIV-1的靶细胞。通常情况下NK 细胞通过识别靶细胞表面的HLA分子而保持在非活化状态，而HIV-1 则可下调HLA分子，NK由于缺乏受体而活化进而清除HIV感染的靶细胞。该新模型认为HIV虽然下调全长的HLA分子的表达但是能上调HLA-AsvE4的表达，而HLA-AsvE4可以识别NK 细胞表面的抑制性受体KIR3DL2而抑制NK细胞的活化从而保护HIV-1感染的靶细胞。该研究还发现HBV，HSV 和CMV体外感染细胞也可以上调HLA-A11svE4的表达，因此这个模型可能适用于其它病毒感染类疾病。该结果将为艾滋病等相关疾病的研究和治疗提供崭新的视角。

该研究受到了国际同行评审专家的高度认可，认为这项关于HLA 异构体的开创性研究打开了异构体与疾病调控的新领域，是HLA 分子经典功能的重要补充。该研究成果目前已在线发表于国际著名学术期刊《免疫学杂志》(Journal of Immunology, 2017, doi: 10.4049/jimmunol.1602183.)。本项目研究得到了国家自然科学基金等项目资助。

图. HLA-AsvE4抑制NK细胞的活化. (A: 正常情况下HLA 分子识别NK细胞表面的抑制性受体而抑制NK细胞的活化。B: HIV等病毒感染下调HLA 分子，NK细胞由于表面的抑制性受体不能识别配体而活化。 C: 病毒感染虽然下调全场的HLA-A11表达但是上调HLA-A11svE4，而HLA-A11svE4可以抑制NK细胞的活化，从而保护HIV 感染的细胞免受杀伤)

Abstract

Alternative splicing occurs frequently in many genes, especially those involved in immunity. Unfortunately, the functions of many alternatively spliced molecules from immunologically relevant genes remain unknown. Classical HLA-I molecules are expressed on almost all nucleated cells and play a pivotal role in both innate and adaptive immunity. Although splice variants of HLA-I genes have been reported, the details of their functions have not been reported. In the current study, we determined the characteristics, expression, and function of a novel splice variant of HLA-A11 named HLA-A11svE4 HLA-A11svE4 is located on the cell surface without β2-microglobulin (β2m). Additionally, HLA-A11svE4 forms homodimers as well as heterodimers with HLA-A open conformers, instead of combining with β2m. Moreover, HLA-A11svE4 inhibits the activation of NK cells to protect target cells. Compared with β2m and HLA-A11, the heterodimer of HLA-A11svE4 and HLA-A11 protected target cells from lysis by NK cells more effectively. Furthermore, HLA-AsvE4 expression was upregulated by HIV-1 in vivo and by HSV, CMV, and hepatitis B virus in vitro. In addition, our findings indicated that HLA-A11svE4 molecules were functional in activating CD8+ T cells through Ag presentation. Taken together, these results suggested that HLA-A11svE4 can homodimerize and form a novel heterodimeric complex with HLA-A11 open conformers. Furthermore, the data are consistent with HLA-A11svE4 playing a role in the immune escape of HIV-1.