人类白细胞抗原（HLA）基因变异与巨细胞病毒（CMV）血清阳性的关联

这篇研究发现 HLA 的 3 个 II 类等位基因（HLA-DRB1?04:03、HLA-DRB1?01:03 和 HLA-DRB1?07:01）与 CMV 血清状态显著相关。

　　

巨细胞病毒（CMV）感染现状及研究背景

巨细胞病毒（CMV）是一种广泛存在于全球人群中的 β - 疱疹病毒，全球人群中其血清阳性率估计达 83%，但在世界卫生组织（WHO）不同区域有所差异，如欧洲为 66%，非洲和西太平洋地区为 88% 等。CMV 感染途径多样，包括原发性感染（含先天性感染）、潜伏病毒激活以及新毒株再感染。通常情况下，健康个体感染 CMV 多无症状，但会建立终身潜伏感染；而免疫功能低下个体、移植受者、晚期人类免疫缺陷病毒（HIV）感染者、老年人以及先天性感染的新生儿，感染 CMV 后可能出现严重健康问题，如长期健康影响、器官疾病甚至死亡。

CMV 感染与多种社会因素紧密相连。社会经济地位（SES）较低与成人 CMV 相关死亡率增加有关，全球范围内，CMV 血清阳性率与种族、SES、教育水平以及老年人死亡率相关。先天性 CMV 感染与低 SES、年轻母亲年龄、HIV 血清阳性患者以及低收入和中等收入国家密切相关。

人类白细胞抗原（HLA）基因在人体免疫反应中具有关键作用，其高度多态性使得不同 HLA 基因型个体在抗原呈递和引发免疫反应方面存在差异，进而与多种疾病相关，包括病毒感染。此前已有研究表明 HLA 与 HIV、乙型肝炎（HBV）、丙型肝炎（HCV）以及 COVID - 19 等疾病的病情发展或结局有关，且 HLA 基因也是实体器官和造血干细胞移植（HSCT）中组织相容性的主要决定因素。然而，HLA 变异在 CMV 感染中的作用研究，大多集中于移植环境中的免疫抑制患者，对于健康个体的研究较少。因此，本研究旨在探究 HLA 基因变异对健康个体 CMV 感染的影响。

研究方法

1. 研究队列：本研究使用了两个大型造血干细胞供体登记库的数据。发现队列来自美国国家骨髓捐赠项目（NMDP），包含 2018 年 1 月至 2023 年 2 月间 366,481 名潜在造血干细胞供体的匿名数据，涵盖美国 50 个州，数据包括性别、年龄、自我报告的种族（代表血统）、邻里贫困指数（NDI，作为 SES 的代理指标）、CMV 血清状态以及所有经典 I 类（HLA - A、HLA - B、HLA - C）和 II 类（HLA - DRB1、HLA - DQB1）位点的高分辨率 HLA 基因分型信息。复制队列来自 DKMS，包含 2006 年 2 月至 2023 年 10 月间 152,335 名居住在美国的潜在造血干细胞供体的数据，变量与 NMDP 数据集相同。两个队列均纳入了黑人或非裔美国人（AFA）、亚裔或太平洋岛民（API）、欧洲裔（EUR）和西班牙裔或拉丁裔（HIS）四个主要人群亚组。
2. 数据分析方法：使用 Fisher 精确检验比较性别差异，Wilcoxon 秩和检验比较年龄和 NDI 均值，卡方检验比较 NDI 五分位数之间的差异。通过逻辑回归分析 HLA 位点与 CMV 血清状态的关联，在分析中调整性别、年龄和 NDI，并对不同人群亚组分别进行分析。对于在发现队列中校正 p 值显著的等位基因，在复制队列中进行重复分析，并应用 Benjamini - Hochberg（FDR）校正。对在两个队列中至少两个不同人群中与 CMV 显著相关的等位基因进行跨人群荟萃分析。使用 BIGDAWG 包分析 HLA - DRB1 氨基酸与 CMV 血清状态的关联，使用 NetMHCIIpan 4.1 预测肽结合，使用 AlphaFold 3 进行蛋白质结构建模预测，使用 USCF ChimeraX 分析静电势。

研究结果

1. CMV 血清阳性与 SES 和人口统计学的相关性：研究证实，在两个队列中，年龄和女性数量在 CMV 血清阳性组（病例组）显著高于血清阴性组（对照组）。并且，病例组在大多数 NDI 五分位数中的频率高于对照组，不同人群亚组的 NDI 存在差异，AFA 亚组 NDI 较高，API 亚组较低，这表明 SES 和人口统计学因素在本研究的健康供体队列中对 CMV 感染有重要影响。
2. 与 CMV 感染风险或保护相关的 HLA 变异：经研究发现，大量频率大于 1% 的 HLA 等位基因与 CMV 血清阳性相关，其中三个等位基因（HLA - DRB1^?01:03、HLA - DRB1^?04:03 和 HLA - DRB1^?07:01）在至少两个不同人群亚组中与 CMV 血清阳性显著相关。HLA - DRB1^?04:03 在 EUR 和 HIS 亚组中与感染风险增加相关，HLA - DRB1^?01:03 和 HLA - DRB1^?07:01 在 EUR 和 HIS 亚组中具有保护作用。跨人群荟萃分析显示这三个等位基因均有显著关联，且存在剂量效应，如 HLA - DRB1^?04:03 纯合子的感染风险更高，HLA - DRB1^?01:03 纯合子的保护作用更强。
3. HLA 等位基因与 CMV 血清阳性的祖先特异性关联：除上述三个等位基因外，还有许多 HLA 等位基因仅在单个特定人群亚组中与 CMV 血清阳性相关。例如，API 亚组中有 7 个相关等位基因，HIS 亚组有 6 个，EUR 亚组有 4 个，AFA 亚组仅有 HLA - DRB1^?15:01 与之相关，这表明存在广泛的祖先特异性 HLA 参与 CMV 血清状态的调控。
4. HLA 等位基因与肽结合模式的关系：HLA - DRB1^?01:03 和 HLA - DRB1^?04:03 分别具有最强的保护和风险效应，且频率较低，它们的同源常见等位基因 HLA - DRB1^?01:01 和 HLA - DRB1^?04:01 与 CMV 无关联。研究发现，尽管这些等位基因相似，但与 CMV 血清阳性相关的 HLA 等位基因对 CMV 蛋白的肽结合预测与非关联等位基因不同，如 HLA - DRB1^?01:03 和 HLA - DRB1^?01:01 对 pp65 和 IE - 1 蛋白的强结合（SB）肽差异明显，这说明它们的肽结合谱存在很大差异。
5. HLA - DRB1 结合口袋多态性与 CMV 血清阳性的关联：对 HLA - DRB1 等位基因与 CMV 肽结合的结构建模显示，HLA - DRB1^?01:03 和 HLA - DRB1^?01:01、HLA - DRB1^?04:03 和 HLA - DRB1^?04:01 的氨基酸差异位于 HLA - DRB1 基因的高变区 3（HVR3），影响结合口袋 P4 和 P7 的电荷和 / 或体积。例如，HLA - DRB1^?01:03 在残基 71 处为负电荷，而其他等位基因为正电荷，这些结构差异可能解释了罕见的 CMV 相关 HLA 等位基因与常见非相关等位基因在结合 CMV 衍生肽方面的差异。

研究讨论

CMV 感染在免疫功能低下患者和先天性感染新生儿中会引发严重健康问题，对公共健康造成重大影响，因此开发有效的 CMV 疫苗至关重要。本研究通过两个大规模队列，确定了 HLA 等位基因与 CMV 血清状态的关联，这有助于深入理解 CMV 感染的免疫反应机制。

研究发现的三个关键 HLA - DRB1 等位基因（HLA - DRB1^?01:03、HLA - DRB1^?04:03 和 HLA - DRB1^?07:01）在不同人群亚组中对 CMV 感染的风险和保护作用显著，且它们与常见同源等位基因在结构和功能上存在差异。这些差异影响了 HLA 分子与 CMV 肽的结合以及 T 细胞的识别，进而影响免疫反应。

此前其他研究在不同疾病背景下对这些 HLA 等位基因的作用有不同发现，如在先天性 CMV 感染儿童中，HLA - DRB1^?04 曾被认为有保护作用，但未区分 HLA - DRB1^?04:01 和 HLA - DRB1^?04:03；在自身免疫性疾病中，这些等位基因也表现出不同的关联，提示 CMV 感染与自身免疫性疾病之间可能存在复杂的相互作用。

在肽结合方面，不同 CMV 蛋白与 HLA - DRB1 等位基因的结合情况不同，IE - 2 蛋白与四个 HLA - DRB1 等位基因结合的 SB 肽数量较多，而 IE - 1 蛋白最少，且 HLA - DRB1^?01:03 对 IE - 1 蛋白无 SB 肽，这表明不同 CMV 蛋白在免疫反应中的作用可能不同，识别免疫显性表位及其 HLA 等位基因限制对免疫治疗和疫苗开发具有重要意义。

本研究也存在一定局限性，如依赖自我报告的血统可能不如使用全基因组数据评估人群亚结构准确，但已有研究表明在本队列中自我报告可作为 HLA 遗传变异的合理代理；此外，研究队列中 CMV 血清阳性率低于美国普通人群，可能限制研究结果的普遍性，这与供体招募人群的年龄、健康状况和 SES 等因素有关。

总体而言，本研究揭示了 HLA 基因变异与 CMV 血清状态的重要关联，为深入理解 CMV 感染的免疫遗传学机制提供了依据，有望为未来疫苗开发和治疗靶点研究奠定基础。