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发表于 2008-12-10 11:01:01
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57-2-第二节 HLA-B27
一、与强直性脊柱炎及其他相关脊柱关节病的流行病学相关性 # [7 d" a7 V" Y
% }, W: }5 Z9 u 在美国、欧洲和中国,至少有95%的AS病人表达HLA-B27,而上述国家人群中HLA-B27的表达率分别为3%---8%,9%和8%。HLA-B27与AS相关性也存在于世界上的其他人种中。除了少数例外,AS在一个种族群的发病率与HLA-B27的表达相平行。例如,北美和欧亚大陆环北冰洋和亚北冰洋区的土著人群中,AS的发病率与HLA-B27的表达率均较高(如在海地,这个比例占到50 ),相比之下,南美土著人、赤道和南非班图人与布须曼人以及澳洲土著人中,AS与HLA-B27的出现率实际上为零。HLA-B27与疾病的相关性也涉及脊柱关节病的其他类型,尽管相关程度相对较低。
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- L& o* P% D/ z5 L0 z& R+ F 二、HLA-B27在强直性脊柱炎发病中的意义
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在AS发病中,HLA-B27是一个主要的基因,这就是说,正是HLA-B27基因本身,而不是与其连锁的与关节炎发病相关的其他基因导致了AS的发病。这已从转 HLA-B27基因的动物模型中得到了充分的证明。然而,就AS而言,HLA-B27仅占全部遗传危险因素的16%一50 ,说明还有其他因素的参与。这就是为什么在HLA-B27阳性的人群中只有少数人患脊柱关节病。由于寻找其他基因困难重重,至今大多数对AS发病机制的研究仍以HLA-B27为重点。8 {% @; E/ E4 m* o6 P7 Z" ~
: A2 x9 r! ~# J 三、HLA-B27的结构和致病性 : \/ v C5 V5 c: E, R! o0 c* p) _
. S" h8 d' D4 O( d( ~: R+ g7 O$ ~ HLA-B27是 MHC I类分子HLA-B族中的一个等位基因,即使在HLA-B27和HLA其他等位基因的四级结构尚未完全弄清以前,就已知 MHC一工类分子的主要功能是将抗原肤递呈给CD8 + T淋巴细胞受体(TCR)。一种特殊的等位基因,例如HLA-A2递呈的抗原肤和识别与此特殊等位基因构成复合物的这个肤的TCR之间是高度特异的。此特异性是 由HLA、多肤和TCR的序列决定的。抗原多肤是如何准确地与HLA分子相互作用的,每一个HLA等位基因产物的序列是怎样的,是HLA-B27特异性的关键所在。因此,解决它们是研究脊柱关节病发病机制的先决条件。HLA工类分子是由一条分子量为45kD的多态重链和一条分子量为12kD的单态轻链(即民微球蛋白(2m)以非共价键形式组成的复合物。HLA-A,-B和一C座位决定了重链的多态性。重链本身有三个功能域,前两个功能域(+1和+2 )共同形成两个反平行的螺旋结构,它们位于一个由八股折叠片形成的平台上,这个平台由来自第三功能域(IX3)和trz微球蛋白组成的二个桶状结构作为支撑(彩图57一1)。最重要的从作用功能的观点看,位于平台中的抗原肤通常由8一11个氨基酸组成,每个抗原肤的氨基酸残基从氨基端到梭基端排序。这些多肤是来自内源性蛋白或感染细胞的病毒或细菌的蛋白。抗原肤与重链上几个称为“袋”的区域结合,这些袋状结构从氨基端到竣基端依次被命名为A到E(彩图57一2). HLA-B27与其他HLA I类等位基因不同之处在于它重链上被称为“B袋”的残基。此“B袋”容纳抗原肤的第二位残基(P2),衬于此HLA-B27 "B袋”中的谷氨酸残基尤为重要,这意味着HLA-B27的“B袋”只能容纳抗原肤中的精氨酸残基。确实,结合于HLA-B27的内源性肤的质谱序列分析显示,与HLA-B27结合的大多数抗原肤的第二位残基是精氨酸。第二位残基(P2)为精氨酸是与HLA-B27结合的抗原多肤的特点。不过也有例外,据报道HLA-B27也可结合长链多肤,且这种多肤的第二位残基不是精氨酸。但这类抗原肤很少。9 N* G- a( n5 P# o2 Y4 M5 Y
5 g2 w E2 ?8 `! o/ o8 i O 近十年来,上述HLA-B27的四级结构被认为是惟一可能的结构,并作为许多研究的基础。现已明确,HLA-B27分子也可以不与民微球蛋白相联的形式存在(即自由重链)。在细胞内的折叠过程中,HLA-B27形成了与上述不同的四级结构。假如这种 HLA-B27的变异体也能递呈抗原,那么与之结合的抗原肤的模体(m0-tif )与传统的模体将会不同。这种形式的HLA-B27及其与疾病的可能关系将在后面涉及。0 u8 L* Z4 q( L4 v" }" |! g( Y
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四、HLA-B27亚型和疾病的相关性
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# \. W% H+ ^" c6 M; D. ]7 `9 n 到目前为止 HLA-B27的亚型至少有 23个,依次命名为B * 2701至B * 2723,并已明确了各自的特征。各亚型间只有 1至7个氨基酸的差别,B2705, B2704与B2706,B2709间残基的区别见表57一2。至少13个亚型具有相同的"B袋”,所以与它们结合的肤的P2是精氨酸。& s2 H4 F& h( Q6 i- A# p
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评估各亚型与脊柱关节病相关的程度一直以来是研究的主要方向。下面概括介绍研究的主要结果: 0 ~% ~6 ^ V+ `, E# m4 L {8 G d
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·B * 2705是一个古老的亚型。迄今为止,最常见于高加索人,与 AS有高度的相关性。此疾病相关性的惟一例外见于西非的塞内加尔和冈比亚人群。B * 2705又进一步被分为 B*27052,B-27053和B* 270540
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3 u1 f) ]. q8 | _ ·B * 2704也是一种常见的亚型,特别是在中国和日本。B * 2704血清型亦与脊柱关节病相关。 & ?/ D0 W& s& l( @
+ X* q) P4 T, e0 L/ g9 C: v, C% B+ i* l ·B * 2701、B * 2702、B * 2703、B * 2704、B*2707 , B * 2708和 B * 2710的出现频率比 B-2704或B * 2705少得多,这些亚型也与脊柱关节病相关。
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·据报道B * 2706和B * 2709与脊柱关节病最没有相关性。B * 2706见于泰国和印度尼西亚的健康人群中。B * 2709见于意大利撒丁岛上25%的健康人,而在当地AS患者中未检测到。
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·未见有其他亚型与脊柱关节病相关的报道。
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因为B * 2706和B * 2709与脊柱关节病无关,所以它们与AS相关的B * 2704和B * 2705的四级结构之间存在的差异,也许能为发现HLA-B27分子在AS发病中的重要作用提供线索。基本的假设是,HLA-B27通过将某些能诱发关节炎的肤递呈给CD8十T淋巴细胞而引发关节炎。推测这样的关节抗原肤为数不多,识别这些肤的序列对于理解脊柱关节病的发病机制至关重要。假如HLA-B27通过递呈肤诱发关节炎,那么与AS无关的HLA-B27肯定与AS相关的HLA-B27递呈的肤不同。对各种HLA-B27亚型结构的分析确实提示,抗原肤的末端残基存在着差异 。随后研究那些结合于B* 2704,B* 2705和与 AS无相关性的B * 2706中的各种肤的序列,发现结合于B * 2704和B*2705的肤的C末端为酪氨酸,而与AS无关的B * 2706则没有。这提示如果 HLA-B27通过递呈肤来诱导关节炎,那么这种肤的C末端为酪氨酸十分重要。希望这项发现有助于识别致关节炎多肤。
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五、脊柱关节病中HLA-B27特异性的CD8 + T淋巴细胞 * m4 g( f/ M0 k) `% |
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传统认为,HLA I类B族等位基因的功能是将抗原肤递呈给CD8 + T淋巴细胞(细胞毒淋巴细胞,cytotoxic T lymphocytes, CTL)(彩图57一3)。因此,在弄清HLA-B27递呈的肤的特异性之后,在脊柱关节病中第一个全面系统研究的领域就是HLA-B27特异性CD8 + T淋巴细胞。因为CD8 + T淋巴细胞是抗原特异的,在研究与脊柱关节病相关的CTL之前,需要一些脊柱关节病的候选抗原。目前可以得到反应性关节炎的致病微生物。故反应性关节炎与其病原微生物成为研究CTL方便的靶目标。对CTL的研究集中在:①反应性关节炎病人的关节是否存在 HLA-B27特异的 CTL; OO CTL识别的肤是否来源于细菌蛋白;OO CTL能否识别自身抗原;④这些抗原肤的序列是什么;⑤在不同的病人中CTL是否共享 T淋巴细胞受体。共享T淋巴细胞受体意味着不同的病人对相同的抗原产生反应。主要的假说是,致关节炎病原体共有某些能引发关节炎的HLA-B27特异性的免疫显性,以致这些抗原肤可与 自身抗原发生交叉反应。因此,当HLA-B27阳性的个体感染能引发关节炎的病原微生物时,关节内将产生HLA-B27特异性的CTL介导的 自身免疫反应。 : _1 R9 c& N. @6 t; b# d
5 k9 |# r' A$ d+ M9 n+ F# ]& b% Z3 C 至于关节内是否有识别细菌也识别自身抗原的CD8 + T淋巴细胞,答案是肯定的。在反应性关节炎病人的关节和外周血淋巴细胞中已发现这类CD8 + T淋巴细胞。这些CTL识别细菌感染的靶细胞上的HLA-B27,或与细菌多肤相结合的HLA-B27,或仅仅是具有内源性多肤的HLA-B27阳性细胞。至于这些细菌多肤的序列,至少已识别出两个,它们全部属于耶尔森菌属,一个含有60kD的热休克蛋白中321至329位残基,另一个源于尿素酶书亚单位。另外也从沙眼衣原体中找到了一些多肤。关于推测中的自身肤的序列,已发表的只有一个,这种肤来源于血管肠肤受体一1( vasoactive intesti-nal peptide receptor-1,VIP-1R)的400一408氨基酸残基。所有这些试验资料提供了CD8+ T淋巴细胞参与反应性关节炎的有力证据。下面一个很重要的问题是,关节中的T淋巴细胞反应属于多克隆还是寡克隆?如果呈寡克隆表达,说明引起反应的抗原在数量上少。如果这些抗原有致病性,上述情况就有可能。而多克隆反应无特异性,如同继发于其他反应的T淋巴细胞的活化。有些研究确实表明,反应性关节炎中的T淋巴细胞反应是寡克隆性的。下一个问题是,不同病人的T淋巴细胞克隆能否识别相同的抗原?这个问题的答案可以从TCR+和p链互补性决定区一3 (complementaritydetermining region-3, CDR3)环是否保守来推断。这是因为TCR这个功能域直接与MHC-肤复合物相接触(图57一3)。已得到不同实验室的T细胞克隆的测序数据,这些数据综合起来显示,反应性关节炎发病初期 T细胞克隆的TCRP链的CDR3高度保守。因为识别相同MHC-肤复合物的T细胞的TCR CDR3应该有共同的序列模体,以上数据强有力地证明关节中存在与HLA-B27关节炎相关的免疫显性抗原。另外,一些这种 T淋巴细胞的克隆是自身反应性的,故致关节炎病原体和自身抗原可能共有它们所识别的免疫显性抗原。识别这些抗原,在关节炎患者这些免疫应答的频率和持久度怎样,以及免疫耐受是怎样失去的。这些是未来要研究的主要间题。
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, O, H8 M% A$ K( c7 L$ k; p c 以上几节所描述的试验结果为HLA-B27关节炎的“关节炎发生的肤理(arthritogenicpeptide theory)”提供了有吸引力的证据。如果这个理论不用来说明几个导致各自的研究者向完全不同的方向进行研究的发现,那么它就不会受到挑战。
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2 R" k5 K- O' ~+ e& s( P6 ` 六、HLA-B27分子的自由重链在关节炎发生中的作用 y- O- q6 @/ l! }; F0 u9 R. U
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经典HLA工类分子四级结构的特点及抗原肤序列模体的简单,使许多学者认为CD8+CTL经 HLA-B27的活化是 HLA-B27惟一的致病机制。但是令人惊奇的是,有报道说只表达转染的人HLA - B27重链,但民一微球蛋白基因剔除的小鼠也出现了关节炎。有关脊柱关节病动物模型的细节将在以下的章节中讨论。无论如何,这种小鼠由于缺乏民一微球蛋白,HLA-B27不能形成像图57一1一3描述的那种经典的四级结构,也不可能递呈长度为9个氨基酸且P2位是精氨酸的经典抗原肤。小鼠模型的这些发现强烈暗示,HLA-B27可能经由不同于向CD8 + T淋巴细胞递呈抗原的经典模式的不同途径引发关节炎的。 ) n" R1 s, _; \; z2 c& X0 S
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因为这些看似自相矛盾的结果来自于对动物模型的研究,故在严肃地考虑游离重链是否在关节炎发病中起作用之前,有必要找到一个分子模型来说明它。其中一个模型是在下述发现的基础上建立的,即HLA-B27分子在第 67位氨基酸残基是半胧氨酸这点与大多数HLA-B等位基因不同,通过这个第67位氨基酸残基HLA-B27分子的重链可以形成稳定的二聚体,而无需Rz一微球蛋白。基于这些体外的发现,该模型的提出者假设,这种二聚体能将抗原肤递呈给T淋巴细胞,但这些二聚体递呈的肤与HLA-B27由经典途径递呈的肤不同。尚不知重链二聚体的三级结构。但已提出了一个假设模型(彩图57一4)。目前正在用细胞系进行上述的游离重链二聚体的研究。如果在脊柱关节病病人的细胞表面也能检测到游离重链,那么将会更有意义。从现有的进展看这项研究是可行的,因为HLA-B族等位基因的重链单体和HLA-B27的二聚体均能被单克隆抗体 HC10识别。有一个研究小组已在AS病人外周血单个核细胞上利用HC10单克隆抗体检测到了游离重链的表达。它们的表达仅仅限于单核细胞。重要的是游离重链的表达同疾病活动程度相平行。尽管有必要进行更深人的研究,但这些报道提示,游离重链本身应被认为是导致脊柱关节病的原因之一。由此导致的发病机制可能与传统三分子HLA-B27结构致病的机制完全不同。
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尚未对其中更多的环节进行检测的是,有可能HLA II类分子递呈HLA-B27重链被降解生成的肤,从而导致关节炎的发生。在这种情况下,致关节炎的则是CD4十T淋巴细胞。NK细胞及其识别HLA-B27分子的受体的作用尚未有报道。 9 {7 J/ M! N4 T0 _+ N
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以上研究模型假定免疫活动是疾病的致病机制,但如下面所叙述的那样,也有学者报道了完全不同于经典免疫模式的关节炎致病机制。 |
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