人类白细胞抗原（HLA）如何指导肿瘤免疫治疗疗效？

现阶段，在免疫治疗的指导上，程序性死亡受体-1（PD-L1）、肿瘤突变负荷（TMB）和微卫星不稳定性（MSI）等指标走在了临床的前沿，深受国内外专家共识及指南的推崇，为免疫治疗提供证据依据。本次介绍的是另一个免疫治疗指标——人类白细胞抗原（Human Leukocyte Antigen，HLA）。

入门解答：什么是人类白细胞抗原（HLA）？

在介绍HLA前，我们先了解肿瘤新生抗原（neoantigen），它来源于肿瘤体细胞变异，在肿瘤细胞中特异性表达而产生的抗原物质，可以被Ｔ细胞受体特异性识别（图1），引发宿主的免疫反应，在抗肿瘤免疫应答中起着重要作用[1]。也就是说，肿瘤新生抗原越多，免疫反应结果越好。

图1. HLA传递肿瘤新生抗原示意图

人类白细胞抗原是一种存在于人体细胞表面的蛋白，主要用于细胞间识别、抗原识别和抗原呈递，调节免疫应答。HLA位于人类6号染色体短臂6p21.3上，长度约3.6Mb的区域内（图2），在此范围内至少含有224个基因座，每个基因座又分别含有多个等位基因，且具有高度的遗传多态性，是迄今为止所知人类多态性最丰富的遗传系统[2]。

HLA基因根据结构和功能的不同，分为I类、II类和III类基因区（图2），HLA-I类基因经典型包括HLA-A、HLA-B和HLA-C等，分布于几乎所有有核细胞表面，以淋巴细胞表面密度最大。HLA-II类基因主要经典型由DP、DQ、DR三个亚区构成，主要分布于B细胞、单核-巨噬细胞和树突状细胞表面，参与外源性抗原的提呈和免疫调节。HLA-III类基因位于HLA-I和类HLA-II类基因之间，且多数参与炎症反应，大多数功能不明[3]。HLA的功能有两方面：一个就是识别组织特异性抗原；另外一个是抗原呈递。因此，牵扯到抗原的传递呈递，与免疫治疗的疗效是相关的。

图2. HLA分类示意图

机制科普：HLA LOH如何影响免疫功能？

所谓杂合性缺失（LOH），就是指位于一对同源染色体上相同基因座位的两个等位基因中的一个（或其中部分核苷酸片段）发生缺失，与之配对的染色体上仍然存在的现象（图3）。

图3. HLA LOH染色体示意图

HLA基因LOH阳性代表着HLA基因存在杂合性缺失，导致HLA功能受损。由于HLA的功能是呈递新生抗原到细胞表面，供T细胞识别的，故一旦HLA的功能部分或者完全缺失，势必会导致抗原呈递能力损伤或缺失。这样在免疫系统无法识别肿瘤细胞的情况下，肿瘤可以通过免疫逃逸进一步发展，也就是说这个患者可能存在对免疫药物耐药的风险[4]。所以HLA-LOH是肿瘤细胞在面对免疫系统的攻击下产生的一种自我保护的免疫逃逸机制，使其无法被T细胞识别及杀伤，从而可能造成肿瘤细胞中的突变累积。HLA杂合性缺失在肿瘤免疫治疗的过程中具有指导性，影响免疫治疗的疗效。

图4. HLA LOH导致的肿瘤免疫逃逸机制

教您解读：怎么看HLA分型（杂合/纯合）结果？

不难发现，HLA LOH发生在患者的肿瘤细胞中，为体细胞所有。下面我们再介绍一种在胚系细胞中能够稳定遗传的HLA分型。与HLA LOH一样，胚系HLA-I类基因型与患者总生存期也具有相关性。

HLA-I类由A，B，C三种不同基因组成，表达在几乎所有细胞表面。其中，HLA-A在癌症免疫中起了非常关键的作用。HLA-A基因编码的蛋白是人类中最复杂多变的蛋白之一，有接近两千种。为了区分这些蛋白，国际上统一进行了分类，也就是我们通常说的HLA-A分型。从遗传学角度来说，每个人的两条HLA-A基因分别遗传自父亲和母亲。多数人的两条HLA-A是不同的，为杂合子；只有少数HLA-A基因为纯合子。与HLA LOH不同的是，杂合子只表现为HLA基因的杂合性。

根据权威研究结论[5]，HLA-I类杂合子定义为HLA-A/B/C三者中所有位点均为杂合状态，而至少一个位点为纯合状态则定义为HLA-I类纯合子。相比杂合子而言，HLA-I类纯合子的肿瘤患者与较短的总生存期（OS）相关。所以与HLA LOH类似，HLA-I类纯合子与免疫治疗不佳相关。而HLA-I类杂合子是免疫疗效好的标志。除了HLA LOH的检测结果之外，我司报告会提供HLA具体的检测类型并给予免疫治疗评估结果（图5）。

图5. HLA杂合型和纯合型结果

深入研究：HLA LOH的发生率及与ICIs治疗的关系

据报道，HLA LOH普遍存在于各种实体瘤中且比例有所区别，来自Foundation Medicine的研究在59种实体瘤包含83,664例患者中[6]，发现17％的患者为HLA-LOH阳性，不同肿瘤发生率从2％至42％不等（图6）。其中，鳞状细胞癌（30％）的比例最高，其次是非鳞癌（16％），神经内分泌肿瘤（11％），肉瘤（11％）和非鳞皮肤癌（6％），超过20%的NSCLC患者为HLA LOH。2021年，苏州大学附属第一医院的研究纳入1482例晚期实体瘤患者[7]，报道HLA LOH在中国实体瘤患者中的分布比例，HLA LOH的总体发生率为45.6%，不同肿瘤类型存在差异，该研究同步发布在2020年ASCO会议上（图7）。

纪念斯隆凯特琳中心的Timothy A. Chan团队在Science上发表的研究结果显示[5]，针对1535名接受免疫治疗的晚期癌症患者HLA-I基因型进行研究，在黑色素瘤和非小细胞肺癌等肿瘤中，HLA杂合型患者相较纯合型接受免疫检查点抑制剂的疗效较好（图8）。研究还显示，相比单独用TMB指标的标记物指导，HLA-I分型结合TMB能够更好地鉴别出免疫治疗获益的患者。在HLA LOH的指导上，相比未发生HLA LOH的患者，发生HLA LOH的患者从免疫治疗中获益较少。

因此，HLA-I杂合型是免疫治疗疗效较好的指标，而HLA LOH则是免疫治疗疗效不佳的指标。然而，也有研究给出在晚期NSCLC患者中，HLA-I杂合/纯合多样性与纳武利尤单抗和依匹单抗等免疫检查点抑制剂获益的相关性不足的结论，同时也提到结论有待进一步探究[8]。

图6. HLA-LOH在实体瘤患者中的发生率（国外研究）

图7. HLA-LOH在实体瘤患者中的发生率（国内研究）

图8. HLA-I杂合型、HLA-I纯合型、HLA LOH与患者生存期的曲线图

相提并论：HLA杂合性缺失比HLA分型更有意义！

青岛大学附属中心医院的研究发现[9]，在425名肺癌患者中，HLA LOH阴性、HLA LOH低和HLA LOH高的比例分别为76.24%、9.88%和13.88%，肺腺癌（LUAD）中发生HLA LOH的频率低于肺鳞癌（LUSC）；HLA LOH阳性患者的驱动基因突变频率、致癌信号通路突变频率、肿瘤突变负荷（TMB）和染色体不稳定性（CIN）评分均显著高于HLA LOH阴性患者。HLA LOH阴性的NSCLC患者具有较长的生存期，尤其是肺鳞癌患者，说明HLA LOH阳性是患者预后不良因子（图9）。

HLA LOH会造成HLA的表达降低，但HLA基因型改变对此影响不大，HLA LOH相比基因型变化，更能影响免疫逃逸机制以及免疫药物的疗效。因此，相对而言，肿瘤患者检测HLA LOH比HLA基因型对免疫指导意义更高。研究还发现，HLA LOH与免疫指标TMB或PD-L1表达呈正相关，通常表现为HLA LOH的患者具有较高频率的TMB-H和PD-L1蛋白表达，而往往通过检测HLA LOH的状态（阴性），TMB（-H）、PD-L1（表达），可以进一步评估免疫治疗的适用人群（图10）。前不久，湖北省人民医院发表在今年ASCO上的研究同样证实了上述结论[10]。

图9. HLA LOH和TMB（E），TNB（F），CIN（G）和PD-L1表达（H）之间的关联

图10. HLA LOH协同TMB（D/E）和PD-L1（F/G）对ICI治疗的预测

除了在免疫治疗指导之外，HLA LOH也被证明是肿瘤进化的早期事件，例如，伦敦大学癌症研究所2017年发表在Cell上的研究证实[11]，约40%的早期非小细胞肺癌患者会发生HLA LOH，而在TRACERx数据队列中发现这种比例可能更高，并且HLA LOH会在发生在不同的NSCLC病理亚型，包括肺腺癌（13/17）和肺鳞癌（9/17）等。国内也有研究提到，HLA LOH检测有望成为 NSCLC 筛查和早期诊断的重要工具，提高了新抗原预测的精确性[12]。

纵观现在，随着研究深入，HLA在肿瘤治疗和诊断中的功能逐步清晰，免疫正负相关基因、超进展基因这些免疫疗效预测指标也层出不穷。展望未来，相信诸多的研究结果将引领肿瘤免疫治疗进入更精准有效的时代，带来更多的患者获益，我们也将持续关注！

参考文献：

[1] Nordquist H, Jamil RT. Biochemistry, HLA Antigens. [Updated 2023 Apr 24]. In: StatPearls [Internet]. Treasure Island (FL): StatPearls Publishing; 2023 Jan-. Available from: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK546662/

[2] Shiina T, Hosomichi K, Inoko H, Kulski JK. The HLA genomic loci map: expression, interaction, diversity and disease. J Hum Genet. 2009 Jan;54(1):15-39. doi: 10.1038/jhg.2008.5. Epub 2009 Jan 9. PMID: 19158813.

[3] Kedzierska K , Koutsakos M . The ABC of Major Histocompatibility Complexes and T Cell Receptors in Health and Disease[J]. Viral Immunology, 2020, 33(3):160-178.

[4] McGranahan N, Rosenthal R, Hiley CT, Rowan AJ, Watkins TBK, Wilson GA, Birkbak NJ, Veeriah S, Van Loo P, Herrero J, Swanton C; TRACERx Consortium. Allele-Specific HLA Loss and Immune Escape in Lung Cancer Evolution. Cell. 2017 Nov 30;171(6):1259-1271.e11. doi: 10.1016/j.cell.2017.10.001. Epub 2017 Oct 26. PMID: 29107330; PMCID: PMC5720478.

[5] CHOWELL D，MORRIS L G T，GRIGG C M，et al. Patient HLA class Ⅰ genotype influences cancer response to checkpoint blockade immunotherapy［J］. Science，2018，359（6375）：582-587. DOI：10. 1126/ science. aao4572.

[6] Montesion M, Murugesan K, Jin DX, Sharaf R, Sanchez N, Guria A, Minker M, Li G, Fisher V, Sokol ES, Pavlick DC, Moore JA, Braly A, Singal G, Fabrizio D, Comment LA, Rizvi NA, Alexander BM, Frampton GM, Hegde PS, Albacker LA. Somatic HLA Class I Loss Is a Widespread Mechanism of Immune Evasion Which Refines the Use of Tumor Mutational Burden as a Biomarker of Checkpoint Inhibitor Response. Cancer Discov. 2021 Feb;11(2):282-292. doi: 10.1158/2159-8290.CD-20-0672. Epub 2020 Oct 30. PMID: 33127846.

[7] Zhao J, Xiao X, Li Y, Gao X, Zhang X, Liu Z, Yi Y, Fu X, Wang H, Guan Y, Xia X, Zhang W, Huang J. The prevalence of HLA-I LOH in Chinese pan-cancer patients and genomic features of patients harboring HLA-I LOH. Hum Mutat. 2021 Oct;42(10):1254-1264. doi: 10.1002/humu.24255. Epub 2021 Jul 20. PMID: 34245634.

[8] NEGRAO M V，LAM V K，REUBEN A，et al. PD-L1 Expression，tumor mutational burden，and cancer gene mutations are stronger predictors of benefit from immune checkpoint blockade than HLA class Ⅰ genotype in non-small cell lung cancer［J］. J Thorac Oncol，2019，14（6）：1021-1031. DOI：10. 1016/ j. jtho. 2019. 02. 008.

[9] Zhang X, Tang H, Luo H, Lu H, Pan C, Yu H, Zhang L, Guan Y, Yu L, Chu H, Chen J, Wang J. Integrated investigation of the prognostic role of HLA LOH in advanced lung cancer patients with immunotherapy. Front Genet. 2022 Dec 1;13:1066636. doi: 10.3389/fgene.2022.1066636. PMID: 36531232; PMCID: PMC9751360.

[10] Wei Wang, Wenting Liao, Baoling Zhen, Tianrong Ji, Chen Du, Shaochen Cheng, Yaru Chen, and Jie Yang Journal of Clinical Oncology 2023 41:16_suppl, 8527

[11] McGranahan N, Rosenthal R, Hiley CT, Rowan AJ, Watkins TBK, Wilson GA, Birkbak NJ, Veeriah S, Van Loo P, Herrero J, Swanton C; TRACERx Consortium. Allele-Specific HLA Loss and Immune Escape in Lung Cancer Evolution. Cell. 2017 Nov 30;171(6):1259-1271.e11. doi: 10.1016/j.cell.2017.10.001. Epub 2017 Oct 26. PMID: 29107330; PMCID: PMC5720478.

[12] 王静，魏素菊.HLA-Ⅰ类在肺癌免疫治疗中相关研究进展[J].中国免疫学杂志, 2021, 37(19):7.DOI:10.3969/j.issn.1000-484X.2021.19.023.