主要组织相容性复合体I类链相关基因A(major histocompatibility complex class I chain-related gene A,
MICA)定位于人类第6号染色体上,是人类白细胞抗原(human leukocyte antigen,
HLA)基因的重要组成部分。
MICA基因和MICA蛋白在人体免疫调节中发挥重要作用
[1]。MICA分子的主要功能是与自然杀伤(natural killer,NK)细胞
[2]、CD8
+ T细胞
[3]和γδT细胞
[4]等免疫细胞表面表达的自然杀伤细胞2族成员D(natural killer group 2D,NKG2D)受体结合来激活NKG2D信号通路,促使这些免疫细胞对靶细胞发挥杀伤效应并分泌细胞因子。MICA分子在机体正常组织中表达量较低或不表达,但在受到肿瘤
[5-6]、感染
[7]、移植排斥反应
[8]和自身免疫性疾病
[9]等疾病或应激反应影响下可诱导MICA表达上调。因此,MICA可作为临床监测各种疾病免疫反应和评估患者预后的重要标志物。
MICA基因在人群中存在高度多态性,目前已有576个
MICA多态性基因被国际免疫遗传学信息系统/人类白细胞抗原数据库(the International ImMunoGeneTics Information System/Human Leukocyte Antigen Database,IMGT/HLA)记录,这些
MICA等位基因可以编码280种MICA蛋白。研究
[10-12]表明
MICA基因多态性与肿瘤、病毒感染性疾病、移植排斥反应、自身免疫性疾病等密切相关。不同
MICA等位基因编码的MICA蛋白与NKG2D受体结合亲和力存在差异,因此携带不同
MICA等位基因个体的疾病易感性也存在显著差异。
玫瑰痤疮是一种主要影响面部皮肤的慢性炎症性疾病,通常表现为面部红斑、丘疹、脓疱、毛细血管扩张等
[13]。玫瑰痤疮发病率在白色人种中约为10%
[14],在中国人群中约为3.48%
[15]。目前,玫瑰痤疮发病机制尚未完全阐明,多认为与遗传、自身免疫异常等因素有关。研究
[16-17]发现欧洲人群和中国人群玫瑰痤疮易感基因均与
HLA等位基因相关。玫瑰痤疮的发病与固有免疫异常激活有关,而NK细胞在固有免疫中发挥重要效应。研究
[18]发现玫瑰痤疮所致炎症微环境中NK细胞浸润增加,而MICA作为NK细胞重要的激活型配体,其多态性分子可能通过差异性活化NK细胞参与玫瑰痤疮的发病机制。聚合酶链反应-直接测序法(polymerase chain reaction-sequencing-based typing,PCR-SBT)是目前广泛应用的DNA分型技术,是
HLA和
MICA基因分型的金标准。PCR-SBT采用针对基因座保守区域的通用寡核苷酸引物来扩增外显子的等位基因,具有简便、快捷的优点
[19]。目前二代测序(the next-generation sequence,NGS)技术已广泛应用于包括
MICA在内的基因鉴定分型中。NGS技术是通过设计靶向特定基因的引物对目标基因(含外显子和内含子区域)进行PCR扩增,随后在专业测序平台上完成数据采集与分析,最终获得高准确度的基因分型结果
[20]。本研究采用PCR-SBT和NGS技术分析玫瑰痤疮患者
MICA基因多态性的分布频率,探讨
MICA基因的连锁单核苷酸多态性(single nucleotide polymorphism,SNP)位点与玫瑰痤疮发病的相关性,旨在为后续研究MICA与NKG2D受体结合位点、调控NKG2D受体相关通路提供依据,为玫瑰痤疮发病机制提供新的见解。
1 资料与方法
1.1 伦理声明
所有患者签署知情同意书,患者临床样本获取经中南大学湘雅医院伦理委员会批准(审批号:201611608)。
1.2 病例资料
选取2017年11月至2019年11月在中南大学湘雅医院皮肤科门诊就诊的84例玫瑰痤疮患者为研究对象,并采集患者外周静脉血样本。纳入标准:1)明确诊断为玫瑰痤疮;2)未合并其他系统性疾病或慢性疾病。另选取在中南大学湘雅医院体检中心完成体检的223名健康志愿者为对照组,并采集健康志愿者的外周静脉血样本。纳入标准:1)无重大疾病及家族史;2)未合并其他系统性疾病或慢性疾病。所有患者和健康志愿者为中国南方汉族。使用部分临床样本提取DNA后,将剩余样本保存在-80 ℃冰箱中待用。
1.3 DNA样本
使用Ficoll淋巴细胞分离液(加拿大STEMCELL技术公司)经离心法(7 720 r/min 离心30 min)从抗凝处理的外周静脉血中分离外周血单个核细胞(peripheral blood mononuclear cell,PBMC),使用QIAamp DNA血液微量试剂盒(德国QIAGEN公司)提取PBMC基因组DNA,并将DNA样本存放于-40 ℃冰箱。
1.4 PCR扩增 MICA 基因
将提取得到的DNA进行
MICA基因PCR扩增,反应体系见
表1。
MICA正向引物序列为5'- CGTTCTTGTCCCTTTGCCCGTGTGC-3',反向引物序列为5'-GATGCTGCCCCATTCCCTTCCCAA-3'。使用Biorad PCR仪进行PCR反应,程序设置为:95 ℃初始变性2 min;95 ℃预变性15 s、64 ℃退火30 s、72 ℃延伸2 min,共进行35个循环;最后72 ℃延伸10 min。将PCR反应产物存放于-40 ℃冰箱。
1.5 PCR扩增产物琼脂糖凝胶电泳
完成PCR扩增后,取出5 μL扩增产物与1 μL 6× DNA样品缓冲液(湖南艾科瑞生物工程有限公司)混匀,置入1% 琼脂糖凝胶的样品孔中。在100 V电压下,使用1% Tris-硼酸-EDTA缓冲液(Tris-borate-EDTA buffer,TBE)进行40 min电泳,电泳完成后在凝胶成像仪(上海琪特分析仪器有限公司)上成像并记录条带大小。
1.6 MICA 等位基因分型
取10 μL PCR扩增产物与1 U/μL虾碱性磷酸酶和2 U/μL 核酸外切酶I(exonuclease I,ExoI)(美国USB公司)共同孵育。使用4对引物对经纯化的DNA片段进行测序,测序系统为ABI 3730(Applied Biosystems,美国赛默飞公司)。使用MICA等位基因分析软件AccuTypeTM进行MICA等位基因分型,该软件可比对分析包含第2、3、4、5外显子的MICA序列,以MICA*001:01作为参考序列。MICA等位基因数据来源于IMGT/HLA网站(version 3.57,2024-07)。
1.7 MICA 全长基因序列NGS测序
使用美国费城儿童医院(the Children’s Hospital of Philadelphia,CHOP)开发的引物对
MICA基因进行扩增,该引物包含了
MICA基因从5'UTR中部到 3'UTR远端的全部长度(约12.6 kb)
[20]。使用Qiagen LR PCR试剂盒(德国QIAGEN公司)和
MICA引物进行PCR扩增。扩增体系终体积为25 μL,包括1×Qiagen LR PCR缓冲液、0.5 mmol/L的dNTP、0.4 μmol/L的正向/反向引物、2 U/μL LR酶混合物以及150 ng DNA。采用Veriti PCR仪(美国赛默飞公司)进行PCR扩增,程序设定为:95 ℃预变性3 min;95 ℃变性15 s、62 ℃退火30 s、68 ℃延伸13 min,共进行35个循环;68 ℃延伸10 min。
采用标准文库制备法和V2 Holotype HLA试剂盒(匈牙利Omixon公司)进行NGS文库制备。使用QuantiFlour 微量核酸分析仪(美国Promega公司)测定MICA扩增子的DNA浓度,而后稀释至150 ng/μL,经酶法断裂、末端修复、连接适配的标签接头、混合等操作后,在Blue Pippin(美国Sage Science公司)上进行大小选择。用试剂盒中样本稀释液将经过大小选择的MICA cDNA文库稀释至9 pmol/L,通过Illumina Miseq平台(美国Illumina公司)进行测序。数据通过MiSeq Reporter软件在测序平台上完成解码并生成FASTQ格式的文件,而后分别采用Omixon Twin(匈牙利Oimxon公司)和GenDx NGSEngine(荷兰GenDx公司)分析软件对FASTQ文件进行处理,每个样本的分析深度设定为30 000条reads配对。
1.8 氨基酸聚类分析
基于UniProt蛋白质数据库提取测序结果中
MICA等位基因的氨基酸序列,并与IPD-IMGT/HLA数据库中的参考序列进行比对。使用ClustalX软件(版本2.1)
[21]对
MICA等位基因的氨基酸序列进行多序列比对和聚类分析,而后使用ESPrit 3.0在线平台鉴定存在连锁现象的多态性氨基酸位点。
1.9 SNP位点分析
基于聚类分析提取到的氨基酸序列得出对应的编码序列(coding sequence,CDS)。与MICA基因序列(NC_000006.12)进行比对,获得多态性氨基酸位点的精确基因组坐标,而后在dbSNP数据库中查找并分析SNP位点。
1.10 统计学处理
采用GraphPad Prism 9.0进行数据的统计分析。计数资料采用例(%)表示,组间比较采用χ2检验;计量资料采用均数±标准差表示,组间比较采用Student’s t检验;MICA等位基因分布频率通过哈迪-温伯格平衡(Hardy-Weinberg equilibrium,HWE)检验是否为预期频率。P<0.05为差异有统计学意义。
2 结 果
2.1 玫瑰痤疮患者的基本信息
玫瑰痤疮组与对照组年龄、性别、红细胞计数、白细胞计数、血红蛋白、血小板计数、淋巴细胞计数、嗜酸性粒细胞计数、嗜碱性粒细胞计数、总胆固醇、甘油三酯、低密度脂蛋白和高密度脂蛋白比较,差异均无统计学意义(均
P>0.05);玫瑰痤疮组中性粒细胞计数高于对照组,差异有统计学意义(
P=0.01,
表2)。
2.2 MICA 基因分型及其验证
采用PCR-SBT对玫瑰痤疮组和对照组
MICA基因进行测序分型,同时对样本进行NGS测序分型以验证SBT分型结果。基于
MICA基因结构(
图1A),将PCR扩增5'UTR至3'UTR全长13 kb的基因组片段(
图1B)用于NGS分型,同时将PCR扩增得到的第2~5外显子基因片段(
图1C)用于SBT测序分型。
使用PCR-SBT和NGS测序对玫瑰痤疮组和对照组共计307例DNA样本进行MICA等位基因鉴定分型比对的结果显示:159例(51.79%)样本进行PCR-SBT和NGS测序后得出的MICA等位基因结果一致(MICA*002:01、MICA*002:02、MICA*007:01、MICA*009:02、MICA*011、MICA*012:01、MICA*019:01、MICA*023、MICA*025、MICA*027和MICA*045),148例(48.21%)样本MICA等位基因不能经PCR-SBT准确鉴定(MICA*008:01与MICA*008:04、MICA*009:01与MICA*049、MICA*010:01与MICA*069),但可以经NGS准确鉴定。
2.3 玫瑰痤疮组与对照组 MICA 等位基因分布频率
玫瑰痤疮组和对照组经PCR-SBT和NGS测序分型得到的
MICA基因型结果(
表3)显示:共检测到14种
MICA等位基因,其中
MICA*010:01、MICA*008:04和
MICA*019:01是玫瑰痤疮组最常见的等位基因,分布频率分别为31.55%、23.81%和9.52%;
MICA*008:04、MICA*010:01和
MICA*002:01则是对照组最常见的等位基因,分布频率分别为20.63%、18.61%和18.16%;玫瑰痤疮组等位基因
MICA*002:01、
MICA*027分布频率均低于对照组(6.55% vs 18.16%、1.19% vs 5.38%),
MICA*009:01、
MICA*010:01分布频率均高于对照组(7.74% vs 3.36%、31.55% vs 18.61%),差异均有统计学意义(均
P<0.05)。等位基因频率根据HWE检验与预期频率分布相符。
短串联重复序列(short tandem repeats,STR)等位基因位于
MICA基因外显子5序列中,具有微卫星多态性,是重要的遗传标记。本研究检测到5种STR等位基因,玫瑰痤疮组
MICA-A4、
MICA-A9分布频率均低于对照组(16.07% vs 23.32%、7.74% vs 17.26%),
MICA-A6分布频率高于对照组(10.12% vs 4.03%),差异均有统计学意义(均
P<0.05,
表4)。
2.4 MICA 多态性分子氨基酸序列比对和聚类分型
提示 MICA 基因分为两大多态性类型
截至2024年7月1日,IPD-IMGT/HLA数据库576个
MICA多态性分子中存在6个具有连锁现象的氨基酸多态性位点(第36位、第129位、第173位、第206位、第210位和第215位),并且可以分为两大类型(
图2)。
本研究检测到的13种
MICA多态性分子(排除不表达蛋白的
MICA*010等位基因)中,共有27个氨基酸多态性位点,这些位点包含这6个具有连锁现象的氨基酸多态性位点。将这6个多态性位点为C
36+M
129+K
173+G
206+W
210+S
215的
MICA多态性分子分类为I型,Y
36+V
129+E
173+S
206+R
210+T
215的
MICA多态性分子分类为II型(
表5)。使用dbSNP数据库对氨基酸多态性位点进行SNP分析,SNP位点及相应碱基突变如
表6所示。
2.5 MICA氨基酸序列比对聚类分型与玫瑰痤疮的 相关性
将玫瑰痤疮组与对照组
MICA等位基因按氨基酸聚类分型法进行分型。等位基因分型依据NGS测序结果,将个体样本基因型分为3种,即I型纯合型、II型纯合型和I型与II型杂合型。由于
MICA*010为不能表达蛋白的等位基因,2个等位基因中含有1个
MICA*010等位基因时,则认为是另1个
MICA等位基因的纯合子。含有
MICA*010等位基因纯合子的样本被排除。玫瑰痤疮组排除了11例
MICA*010纯合子个体,对照组排除51例
MICA*010纯合子个体。MICA氨基酸序列比对聚类分型与玫瑰痤疮的相关性分析结果(
表7)显示:1)玫瑰痤疮组与对照组的MICA氨基酸聚类分型分布差异有统计学意义(
χ2=8.661,
P=0.013);2)玫瑰痤疮组I型
MICA纯合型比例高于对照组(24.66% vs 10.47%),差异有统计学意义(
P<0.05),II型
MICA纯合型比例与对照组比较(39.72% vs 42.44%),差异无统计学意义(
P>0.05)。
3 讨 论
本研究纳入84例玫瑰痤疮患者和223例健康志愿者,分析
MICA等位基因多态性和连锁氨基酸位点与玫瑰痤疮易感性的相关性,结果发现玫瑰痤疮患者免疫细胞水平变化主要体现为中性粒细胞计数轻度升高,而血脂等生化指标无明显异常,提示玫瑰痤疮患者血生化特征以慢性炎症改变为主,且已发生固有免疫紊乱。研究
[22]发现中性粒细胞在玫瑰痤疮发病中发挥一定的作用,中性粒细胞极化为N2型时可减轻玫瑰痤疮相关炎症反应程度。Geng等
[23]研究发现:在玫瑰痤疮的发病机制中,当患者体内抗菌肽表达异常升高时,不仅能产生白细胞趋化效应,促进炎症因子大量释放,而且炎症小体激活可触发炎症级联反应,进而导致细胞焦亡。
本研究采用NGS和PCR-SBT对
MICA等位基因进行检测,其中PCR-SBT是多种多态性等位基因检测的首选方法
[24],但其对
MICA基因的扩增检测范围仅限于第2~5外显子,不包括第1、6外显子;NGS对
MICA基因的扩增范围包含所有外显子和内含子,并能确定单倍型
MICA基因外显子序列(约300 bp)。因此,NGS分型精确度高于PCR-SBT,有助于发现新的
MICA等位基因
[20, 25]。
MICA基因外显子1中存在SNP位点,PCR-SBT无法准确区分
MICA*008:01与
MICA*008:04、
MICA*009:01与
MICA*049、MICA*010:01与
MICA*069的等位基因类型,但NGS可以鉴定上述具体等位基因类型。本研究比较PCR-SBT与NGS检测
MICA等位基因准确性的结果显示:159例(51.79%)样本进行PCR-SBT和NGS测序后得出的
MICA等位基因结果一致,148例(48.21%)样本
MICA等位基因无法经PCR-SBT准确鉴定,但可以经NGS准确鉴定。Ren等
[26]认为PCR-SBT在
MICA基因分型中精准度虽不及NGS,但具有简便、经济、快捷等优势,有一定的临床应用价值。
MICA基因作为
HLA I类相关基因,不仅能影响人体固有免疫的调控,而且其高度多态性特征与多种疾病的易感性及病理进程密切相关。在本研究中,对照组最常见的等位基因为
MICA*008:04、MICA*010:01和
MICA*002:01,与Xu等
[27]的研究结果相符;玫瑰痤疮组分布频率最高的
MICA等位基因为
MICA*010:01、MICA*008:04和
MICA*019:01,且
MICA*002:01和
MICA*027等位基因的频率显著低于对照组,
MICA*009:01和
MICA*010:01等位基因频率显著高于对照组。
MICA*002:01、MICA*009:01和
MICA*027等多个等位基因与玫瑰痤疮发病具有相关性。Ding等
[28]研究发现
MICA*012:01与结直肠癌密切相关,可作为评估患者预后的有效指标;Toledo-Stuardo等
[29]研究发现
MICA*009/049等位基因与胃癌风险增加显著相关。这提示玫瑰痤疮患者
MICA等位基因分布频率的变化或与疾病易感性相关。
在MICA蛋白第5外显子编码的跨膜区存在三核苷酸STR多态性[三核苷酸重复单元(trinucleotide repeat unit,GCT)
n ],这种多态性由含有4、5、6、7、8、9和10个GCT重复的等位基因组成,或者由含有5个GCT重复合并1个额外的核苷酸插入(G)组成,分别定义为A4、A5、A6、A7、A8、A9、A10或A5.1
[30]。本研究发现5种STR等位基因,其中玫瑰痤疮患者
MICA-A4、MICA-A9频率显著低于对照组,
MICA-A6频率显著高于对照组。在肿瘤相关研究中,健康个体中
MICA*A5等位基因频率高于胃癌患者
[29];白血病患者
MICA*A9等位基因频率高于对照人群,
MICA*A5.1等位基因频率则低于对照人群
[31]。
MICA基因SNP位点多态性与疾病发生密切相关。本研究将MICA多态性分子依据6个具有连锁现象的SNP位点分为I型(C36+M129+K173+G206+W210+S215)和II型(Y36+V129+E173+S206+R210+T215),发现第129位点与另外5个SNP位点连锁形成MICA多态性分子的标志性位点之一,I型MICA多态性分子与玫瑰痤疮的发病具有相关性。MICA SNP位点rs1051792多态性可导致MICA蛋白第129位点氨基酸由缬氨酸(valine,Val)转变为蛋氨酸(methionine,Met),且该SNP位点已被研究
[10, 12]证实与感染、自身免疫性疾病、肿瘤、移植物抗宿主病均存在关系,同时MICA-129 Met多态性分子较MICA-129 Val多态性分子对NKG2D受体的信号转导能力更强,可导致NK细胞脱颗粒和干扰素-γ(interferon-gamma,IFN-γ)分泌增多,并能更快速地活化CD8
+ T细胞。
MICA SNP位点rs1131897的多态性可导致MICA蛋白第181位点常见的精氨酸转变为苏氨酸,在胃癌患者中MICA蛋白第181位点苏氨酸更多见,这可能是由于MICA-181位点为苏氨酸而非精氨酸时蛋白质流动性更强,更容易造成肿瘤免疫逃逸
[29]。
MICA SNP位点rs2596542(A/G)与丙型肝炎继发肝细胞癌易感性相关,该位点的多态性在慢性丙型肝炎感染的宿主免疫应答调控中呈现显著的临床相关性
[32-33]。这表明SNP位点的多态性造成MICA蛋白某一位点上氨基酸的变化,导致MICA蛋白功能的改变从而改变通路中的信号传递,与自身免疫病、肿瘤等疾病的发生机制相关。
综上所述,本研究分析MICA基因多态性与玫瑰痤疮疾病易感性的相关性,结合既往研究成果提出了MICA基因的6个连锁SNP位点,并据此将MICA多态性分子分为I型和II型,这对进一步研究玫瑰痤疮病理生理学机制和MICA分子相关调控机制具有重要的参考价值。
湖南省教育科学“十三五”规划课题(ND206997┫。This work was supported by the National Natural Science Foundation ┣82171763)
the Hunan Provincial Natural Science Foundation(2020JJ4768)
the “13th Five-Year Project” of Hunan Provincial Education Science(ND206997)