免疫遗传学

免疫遗传学（Immunogenetics）

免疫遗传学是研究遗传因素在免疫系统发育、功能调控及免疫相关疾病中的作用的一门交叉学科，涵盖基因变异对免疫应答、自身免疫病、感染易感性及移植排斥的影响。其核心目标是解析免疫系统的遗传基础，推动精准医疗与疾病防治。

核心研究领域

1. 人类白细胞抗原（HLA）系统

• HLA基因簇：位于6号染色体短臂（6p21.3），是基因组中多态性最高的区域，包含I类（HLA-A/B/C）、II类（HLA-DP/DQ/DR）和III类基因。

• 功能：

  • 抗原呈递：HLA I类分子向CD8+ T细胞呈递内源性抗原（如病毒蛋白），II类分子向CD4+ T细胞呈递外源性抗原。

  • 移植排斥：供受体HLA配型差异是器官移植排斥的主因。

• 疾病关联：

  • 强直性脊柱炎：与HLA-B27高度相关（相对风险>100倍）。

  • 1型糖尿病：HLA-DQ2/DQ8单倍型显著增加发病风险。

2. 原发性免疫缺陷病（PID）的遗传机制

• 单基因缺陷：

  • X-连锁无丙种球蛋白血症（XLA）：BTK基因突变导致B细胞发育障碍，抗体缺失。

  • 重症联合免疫缺陷（SCID）：IL2RG、ADA等基因缺陷致T/B/NK细胞联合缺陷。

• 新发突变与遗传模式：

  • 常染色体隐性（如ADA-SCID）、X-连锁隐性（如XLA）或显性遗传（如STAT1功能增益突变）。

3. 自身免疫病的遗传易感性

• 多基因协同作用：

  • 系统性红斑狼疮（SLE）：IRF5、STAT4等基因变异与干扰素通路过度激活相关。

  • 类风湿关节炎（RA）：PTPN22基因突变增强T细胞受体信号，促进自身反应性。

• 表观遗传调控：DNA甲基化、组蛋白修饰异常导致免疫耐受失衡（如FOXP3在Treg细胞中的去甲基化缺陷）。

4. 感染免疫的遗传差异

• 宿主基因与病原体互作：

  • HIV感染：CCR5Δ32突变可阻断HIV进入CD4+ T细胞，赋予天然抵抗力。

  • 疟疾：Duffy抗原阴性表型（FY*B-ES）对间日疟原虫具有抵抗性。

• 先天免疫受体多态性：TLR4（Asp299Gly）变异影响革兰氏阴性菌识别能力。

5. 肿瘤免疫遗传学

• 免疫检查点基因变异：

  • CTLA-4、PD-1/PD-L1多态性与肿瘤免疫逃逸及免疫治疗响应相关。

• 肿瘤抗原呈递缺陷：HLA I类分子表达下调导致细胞毒性T细胞无法识别肿瘤细胞。

关键技术方法

1. 基因测序技术：

   • 全外显子/基因组测序（WES/WGS）：鉴定PID或自身免疫病的罕见致病突变。

   • 靶向测序Panel：高效筛查已知免疫相关基因（如HLA、IL2RG）。

2. 群体遗传学研究：

   • 全基因组关联分析（GWAS）：识别常见变异与复杂免疫疾病的关联（如SLE中的IRF5位点）。

   • 单倍型分析：解析HLA区域连锁不平衡对疾病风险的贡献。

3. 功能验证技术：

   • CRISPR-Cas9基因编辑：构建疾病模型（如敲除小鼠BTK基因模拟XLA）。

   • 流式细胞术与细胞分选：评估免疫细胞表型及功能（如CD4+/CD8+比例）。

4. 生物信息学工具：

   • HLA分型算法（如PHLAT、Optitype）：基于测序数据推断HLA基因型。

   • 多组学整合分析：联合基因组、转录组与表观组数据揭示免疫调控网络。

应用领域

1. 疾病诊断与分型：

   • 通过基因检测确诊PID（如SCID、CGD），指导治疗策略（造血干细胞移植或基因治疗）。

   • HLA-B27检测辅助强直性脊柱炎诊断。

2. 个性化治疗：

   • 基因治疗：ADA-SCID患者接受自体干细胞转导ADA基因（Strimvelis®）。

   • 免疫检查点抑制剂：PD-L1表达或肿瘤突变负荷（TMB）预测抗癌疗效。

3. 移植医学：

   • HLA配型：提高骨髓或器官移植成功率，降低移植物抗宿主病（GVHD）风险。

   • 非HLA抗原：次要组织相容性抗原（如HA-1）影响移植后并发症。

4. 疫苗开发：

   • 基于HLA限制性设计表位疫苗（如HPV疫苗针对HLA-DQ限制性表位）。

挑战与未来方向

1. 复杂疾病机制解析：

   • 多基因互作、基因-环境交互作用（如吸烟与HLA-DRB1共享表位协同诱发RA）。

2. 数据整合与解读：

   • 海量组学数据的高效挖掘（如利用AI预测非编码区变异的功能影响）。

3. 伦理与隐私问题：

   • HLA或基因检测结果可能引发遗传歧视或心理负担。

4. 技术创新：

   • 单细胞免疫组学：解析个体免疫细胞的遗传与功能异质性。

   • 体内基因编辑：CRISPR直接修复患者突变基因（如IL2RG缺陷）。

5. 精准免疫干预：

   • 基于HLA型别的个体化免疫调节剂开发（如针对特定HLA亚型的T细胞疗法）。

代表性案例

1. CCR5Δ32与HIV抵抗：

   • 北欧人群中约1%个体携带CCR5Δ32纯合突变，几乎完全抵抗HIV-1感染。

2. CAR-T细胞治疗中的HLA限制：

   • 通用型CAR-T（通过HLA敲除）避免供受体配型限制，降低生产成本。

3. HLA-B*57:01与阿巴卡韦过敏：

   • 携带该HLA亚型的HIV患者使用阿巴卡韦时超敏反应风险极高，用药前需基因筛查。