器官供者与受者之间人类白细胞抗原(HLA)序列的不匹配是器官移植中抗体介导排斥反应的主要原因。本文介绍了基于个体供者HLA序列的定制抗原芯片,用于检测器官受者体内针对供者HLA的同种异体抗体。
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器官供者与受者之间人类白细胞抗原(HLA)序列的不匹配是器官移植中抗体介导排斥反应的主要原因。本文介绍了基于个体供者HLA序列的定制抗原芯片,用于检测器官受者体内针对供者HLA的同种异体抗体。
在器官移植中,移植物的功能和长期存活能力在很大程度上依赖于对针对人类白细胞抗原(HLA)的免疫排斥反应的有效控制。组织相容性指南基于实验室对抗HLA免疫反应的检测,这种免疫反应表现为预先存在或de novo产生的HLA抗体,构成移植的主要障碍。目前的检测方法基于单抗原珠(SAB)平台,使用一组固定的约100种预先选定的重组HLA抗原来检测移植受者的血清。然而,在人类中存在远为多样的HLA类型,除同卵双胞胎外,没有任何两个个体具有完全相同的HLA序列组合。尽管HLA分型和直接测序等先进技术能够精确捕捉供者与受者之间HLA DNA序列的任何差异,但由于SAB检测平台所涵盖的序列种类有限,无法精确检测针对供者HLA错配的特异性同种异体抗体。我们致力于开发一种基于不同技术的互补方法,以个性化方式检测和表征抗供者HLA抗体。该筛查工具是一种定制的肽阵列,包含源自供者HLA序列的多肽,用于检测器官受者移植后的血清,以评估抗体介导排斥反应的风险。针对一对供者-受者,单个阵列上可合成多达600条独特的多肽,每条多肽在15个氨基酸序列中至少含有一个错配残基。在初步实验中,我们比较了移植前后血清在这些阵列上的抗原反应模式,能够以高分辨率检测到抗HLA信号,并进一步精确定位所涉及的免疫表位。这种个性化的抗原阵列为器官移植中供者特异性HLA表位的高分辨率检测提供了可能。
在全球范围内常规开展的器官替代治疗已挽救了数百万人的生命。在美国,每年每百万人中约有100人接受实体器官移植,但由于供体器官严重短缺,仍有更多患者在等待名单上(根据器官获取与移植网络OPTN/UNOS提供的信息:optn.transplant.hrsa.gov)。为了减少器官浪费并挽救生命,器官移植受到严格监管,但用于支持这些监管决策的科学工具在有效性方面仍存在局限。例如,科学界已充分认识到HLA分子的高度多态性,并且近年来已开发出利用高分辨率分型和基于序列的分型(SBT)对DNA进行准确基因检测的技术1,2。然而,同种异体抗体检测方法尚未能够将大量个体化的HLA序列作为抗原探针加以利用。目前的标准检测使用一个固定的约包含100种等位抗原的检测组,这些抗原由人类群体中常见的HLA-A、B、C、DQ、DP和DR序列变异体组成3,4,5,6。通常情况下,实际供体的HLA序列并未包含在该检测组中,迫使移植医生和外科医生只能根据供体实际序列与检测组中"标准"序列之间的相似性来推断供体特异性的免疫反应性7,8。因此,有时仅依据抗体检测结果难以可靠地评估排斥反应风险9,10,11,12。因此,迫切需要开发新型的、可个性化定制的同种异体抗体检测方法13,14。
HLA 基因编码主要组织相容性复合体(MHC)受体,在免疫应答中具有关键功能6。已知 HLA 基因是人类基因组中多态性最高的基因6。由于 HLA 基因的 DNA 测序技术迅速发展,新的等位基因变异体(或简称为等位基因)正以爆炸性的速度被发现15,16。截至 2017 年 3 月,已有 16,755 个经过验证的等位基因被提交至 IMGT/HLA 数据库(http://www.ebi.ac.uk/ipd/index.html),其中 12,351 个属于 I 类,4,404 个属于 II 类。与此形成鲜明对比的是,在常规用于检测器官移植中同种异体抗体的标准单抗原珠(SAB)检测中,仅包含了略多于 100 种不同的等位基因。SAB 方法基于 Luminex 平台,利用流式细胞术进行检测。由于该检测使用一组固定的抗原(除生产过程中微小的批间差异外),因此抗血清检测可在不同个体和不同实验室之间实现稳健的标准化5。然而,当供体序列未包含在 SAB 检测组合中时,该方法无法检测到针对供体等位基因特异性产生的全部同种异体抗体。尽管根据真实序列定制生产供体抗原是理想方案,但在优化必要的生产与检测流程方面仍存在技术挑战。
我们最近在一项关于肾移植受者可行性的研究中描述了一种替代方法17。该方法采用肽抗原以阵列形式检测个体受者移植前和移植后的血清。每个阵列均使用SPOT合成法18,19,20,21,22,23定制构建,所生成的肽抗原长度均为15个氨基酸,完全基于相应器官供体的HLA等位基因A、B、C、DQA1、DQB1和DRB1。SPOT合成采用标准Fmoc化学法在纤维素膜上进行22,可通过全自动机器人系统并行合成数百种定制肽19,21。该膜阵列可耐受多轮剥离和重复检测循环。在我们的回顾性研究中17,我们利用系列时间点采集并储存的移植后抗血清,检测到抗原模式的变化(即移植前后)。本文中,我们描述了该工作流程的技术方案,包括阵列设计、制造、抗血清检测及结果分析。该方法旨在检测针对移植供体HLA分子上特定线性表位的同种异体抗体。
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本文所述所有方法均已获得西北大学机构审查委员会批准(IRB 方案编号:STU00104680)。本方案的整体工作流程见图1。
1. 供体与受体 HLA 序列的生物信息学分析
2. 定制芯片布局设计与制备
3. 来自单个移植受者时间序列的探针与重复探针抗血清。
注意:600 点膜阵列的尺寸约为 7 cm × 13 cm。合成后,若避光保存,该阵列可作为干燥膜在室温下存放至少两年。为延长使用寿命以供重复使用,请避免过度折叠膜。
4. 比较临床时间序列中抗血清的反应性。
5. 数据采集与分析
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在最初使用芯片筛选方法的研究中17,我们共纳入了5名肾移植受者。我们获得了该队列及其相应供者的HLA分型结果,同时掌握了他们的病史以及SAB检测中的等位基因特异性抗体滴度数据。在针对这5例患者的初步研究中,我们设计了两种不同的方法:一种是包含固定肽段组合的标准芯片,另一种是为每对供者-受者个体化定制的个性化芯片。尽管第一种方法在技术上验证了芯片平台在单个移植案例中实现高特异性的能力,但本文及配套视频重点描述了后一种方法的个性化方案,旨在对供者特异性抗体(DSA)进行全面筛查,而DSA通常与移植物不良预后相关5,25,26。
个性化肽阵列已应用于五例病例中的两例17,为说明该...
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本文所述SPOT阵列的设计旨在对移植过程中针对器官供者HLA抗原的同种抗体特异性进行实验性研究。与目前临床广泛使用的SAB检测方法相比,抗原阵列方法具有设计灵活的主要优势,能够容纳个体供者的实际HLA序列。该新平台充分利用了快速发展的DNA测序技术的潜力,该技术即将能够无歧义地提供准确的HLA等位基因序列读数16,27,以及全球人群中HLA序列的指定数据库资源的潜力15。我们当前的阵列筛选方案是在多项移植血清小规模预实验成功的基础上建立的。在此需要强调的是,现阶段我们的原型阵列仅用于科研目的,尚不适用于临床实践中的诊断应用。
SAB 与我们的抗原阵列之间的另一个显著区别在于,后者具有更高的分辨率,可区分 HLA 序列中 15 个氨基酸片段内的潜在抗原表位,这可能为同种异体抗原性提供有价值的信息18。然而,与 SAB 展示完整蛋白质抗原并保留其折叠结构不同,抗原阵列仅包含短...
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我们感谢加拿大西安大略大学的Shawn Li博士和Xing Li博士在SPOT阵列制备过程中提供的帮助。我们感谢西北大学组织相容性核心实验室和综合移植中心的工作人员提供的样本服务。本工作部分得到了西北纪念医院辅助委员会以及西北大学为J.J.提供的教师启动基金的支持。
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| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 肽阵列 | INTAVIS Bioanalytical Instruments | ||
| 乙醇 | Sigma-Aldrich | E7023 | |
| 丽春红S溶液 | Sigma-Aldrich | P7170 | |
| 脱脂奶粉 | Bio Rad Laboratories | 1706404 | |
| TBST | Santa Cruz Biotechnology | 10711454001 | |
| 山羊抗人IgG–HRP | ThermoFisher Scientific | A18811 | |
| Clarity Western ECL 底物 | Bio Rad Laboratories | 1705061 | |
| Restore Western Blot 洗脱缓冲液 | Thermo Scientifics | 21059 | |
| ChemiDoc 凝胶成像系统 | Bio Rad Laboratories | 1708265 |
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