GIỚI THIỆU
Phức hợp hòa hợp mô chủ yếu (major histocompatibility complex – MHC) là thuật ngữ mô tả một nhóm gen ở động vật và con người, mã hóa cho các dấu ấn trên bề mặt tế bào, các phân tử trình diện kháng nguyên và nhiều protein khác tham gia vào chức năng miễn dịch. Phức hợp kháng nguyên bạch cầu người (human leukocyte antigen – HLA) là thuật ngữ đồng nghĩa với MHC ở người.
Những mối liên quan đầu tiên giữa HLA và các bệnh lý thấp khớp đã được phát hiện từ vài thập kỷ trước, điển hình như sự liên quan giữa alen HLA-B*27 tại gen HLA-B với nguy cơ viêm cột sống dính khớp (AS), hay alen HLA-DRB1*04 tại gen HLA-DRB1 với viêm khớp dạng thấp (RA). Cùng với sự tiến bộ và mở rộng của nghiên cứu di truyền học HLA, danh pháp cũng liên tục thay đổi, gây khó khăn cho việc theo kịp các kiến thức khoa học mới. Tuy nhiên, hiểu biết về vùng di truyền này hiện đã đủ sâu rộng, giúp hệ thống danh pháp dần ổn định hơn trong tương lai, dù các alen mới vẫn sẽ tiếp tục được phát hiện và cập nhật.
Bài viết này thảo luận về di truyền học, danh pháp, kỹ thuật định typ HLA, cũng như mối liên quan giữa HLA và các bệnh lý thấp khớp. Các danh pháp cũ vẫn có thể gặp trong y văn cũng sẽ được làm rõ. Chức năng cụ thể của hệ thống MHC, bao gồm cơ chế trình diện kháng nguyên, được thảo luận ở các bài riêng biệt (Xem “Các tế bào trình diện kháng nguyên”, “Đáp ứng miễn dịch tế bào thích nghi: Tế bào T và cytokine” và “Miễn dịch học trong ghép tạng”).
CẤU TRÚC DI TRUYỀN CỦA VÙNG HLA
Phức hợp hòa hợp mô chủ yếu (MHC) ở người đề cập đến một vùng di truyền chứa hàng trăm gen, bao gồm các gen kháng nguyên bạch cầu người (HLA) (hình 1). Do đó, vùng MHC ở người còn được gọi là vùng HLA. Các gen HLA biểu hiện sản phẩm trên bề mặt tế bào bạch cầu (do đó có tên gọi “kháng nguyên bạch cầu người”, mặc dù các gen HLA lớp I (xem mục ‘Vùng lớp I’ bên dưới) cũng biểu hiện trên tất cả các tế bào có nhân). Ban đầu, vùng này được xác định là nơi chứa các gen mã hóa cho các “kháng nguyên mô” hoặc “loại mô”. Chức năng của các gen này được làm sáng tỏ qua các nghiên cứu trên động vật gặm nhấm, trong đó chúng được xác định là yếu tố chịu trách nhiệm cho hiện tượng thải ghép giữa các cá thể không tương đồng (đó là lý do có tên gọi “hòa hợp mô chủ yếu”).
Vùng HLA nằm trên nhánh ngắn của nhiễm sắc thể số 6 tại vị trí 6p21.3. Vùng MHC cổ điển kéo dài 3.6 megabases (Mb) và bao gồm hơn 200 gen, trong đó có nhiều gen thuộc hệ miễn dịch, nhưng cũng có nhiều gen chưa rõ chức năng miễn dịch. Việc định vị các gen liên quan đến MHC nằm ngoài ranh giới cổ điển của vùng này, cùng với việc xác nhận tình trạng mất cân bằng liên kết mở rộng, đã dẫn đến đề xuất về vùng MHC mở rộng (extended MHC – xMHC). Vùng này trải dài 7.6 Mb và chứa hơn 400 locus gen. Cấu trúc hoàn chỉnh và bản đồ gen của vùng HLA đã được công bố 1,2.
TỔ CHỨC CỦA MHC
Vùng kháng nguyên bạch cầu người (HLA) được chia thành ba vùng chính: lớp I, lớp II và lớp III. Mỗi vùng chứa vô số các locus gen, bao gồm cả các gen biểu hiện và gen giả (pseudogenes). Một số locus HLA có tính đa hình rất cao; ví dụ, hiện đã biết có hơn 6500 alen đối với HLA-B và hơn 2500 alen đối với HLA-DRB1. (Xem mục ‘Vùng lớp I’, ‘Vùng lớp II’ và ‘Vùng lớp III’ bên dưới).
Mô tả chi tiết về phức hợp hòa hợp mô chủ yếu (MHC), bao gồm danh mục các gen trong từng vùng, tiêu chuẩn danh pháp và các thông tin bổ sung, hiện có sẵn trực tuyến thông qua Viện Tin sinh học Châu Âu và Dự án Di truyền miễn dịch quốc tế (International Immunogenetics Project) 3. Phần này cung cấp cái nhìn tổng quan ngắn gọn về tổ chức của MHC.
Vùng lớp I
Vùng lớp I chứa các gen mã hóa cho các kháng nguyên HLA lớp I “cổ điển”: HLA-A, B và C. Các kháng nguyên lớp I biểu hiện trên hầu hết các tế bào trong cơ thể, ngoại trừ hồng cầu và các tế bào lá nuôi (trophoblasts), với mật độ biểu hiện khác nhau 4. Các kháng nguyên lớp I bao gồm một chuỗi nặng (chuỗi alpha), liên kết không cộng hóa trị với chuỗi nhẹ không đa hình (chuỗi beta) để tạo thành phân tử dimer hoàn chỉnh.
Các chuỗi alpha lớp I được mã hóa bởi các gen nằm trong phức hợp MHC (ví dụ: HLA-A, HLA-B), trong khi chuỗi beta, tức beta-2 microglobulin, được mã hóa trên nhiễm sắc thể 15, không nằm trong phức hợp MHC.
Vùng lớp I cũng chứa các gen HLA lớp I khác như HLA-E, HLA-F và HLA-G; các gen liên quan đến chuỗi polypeptide MHC lớp I (MIC); và nhiều gen khác mà không phải tất cả đều liên quan đến miễn dịch (Xem “Miễn dịch học tại bề mặt tiếp xúc mẹ-thai”).
Chức năng của các phân tử MHC lớp I được thảo luận chi tiết trong các bài viết riêng biệt (Xem “Các tế bào trình diện kháng nguyên”, phần ‘Nạp kháng nguyên vào phân tử MHC I’ và “Miễn dịch học trong ghép tạng”, phần ‘Lớp I’).
Vùng lớp II
Vùng lớp II chứa các gen mã hóa cho các phân tử HLA lớp II, bao gồm HLA-DP, DQ và DR. Các phân tử lớp II được biểu hiện thường xuyên trên các tế bào trình diện kháng nguyên (APC; ví dụ: tế bào tua, đại thực bào hoặc tế bào B) và có thể được tăng cường biểu hiện trong quá trình viêm trên nhiều loại tế bào khác vốn bình thường biểu hiện rất ít hoặc không biểu hiện.
Tương tự như các phân tử lớp I, phân tử lớp II cũng bao gồm một chuỗi alpha (chuỗi nặng) và một chuỗi beta (chuỗi nhẹ). Tuy nhiên, các gen nằm trong phức hợp MHC (ví dụ: HLA-DRA và HLA-DRB) mã hóa cho cả hai chuỗi này.
Các protein HLA-DQ và -DP đều có cả hai chuỗi alpha và beta mang tính đa hình, có thể kết hợp (dimer hóa) theo nhiều cách khác nhau. Ngược lại, tất cả các dimer HLA-DR đều chia sẻ chung một chuỗi alpha gần như không thay đổi, trong khi chuỗi beta lại mang tính đa hình cao, tạo nên đặc điểm riêng biệt cho các kháng nguyên này.
Để tăng thêm mức độ phức tạp, số lượng gen HLA-DR có thể khác nhau giữa các cá thể. Trong một số trường hợp, hai phân tử HLA-DR cùng được biểu hiện trên một đơn bội thể (haplotype). Cả hai dimer đều sử dụng chung chuỗi alpha DR không đổi, nhưng một dimer sử dụng chuỗi beta do locus gen HLA-DRB1 mã hóa, trong khi dimer còn lại sử dụng chuỗi beta do locus DR thứ hai mã hóa (như DRB3, DRB4, DRB5, v.v.). Các alen tại locus thứ hai này thường biểu hiện ở mức độ thấp hơn nhiều trên bề mặt tế bào.
Giống như vùng lớp I, vùng lớp II cũng chứa nhiều gen khác, một số trong đó hỗ trợ quá trình xử lý và trình diện kháng nguyên. Ví dụ, các gen DMA và DMB nằm trong vùng lớp II và có cấu trúc tương đồng với cả gen lớp I và lớp II. Phân tích trên các tế bào đột biến thiếu gen DM cho thấy các gen này đóng vai trò then chốt trong quá trình nạp peptide vào các phân tử lớp II trong các khoang nội bào (endosomal compartments). Khi quá trình này bị khiếm khuyết, các phân tử lớp II không thể liên kết hiệu quả với kháng nguyên đã xử lý, không thể vận chuyển lên bề mặt tế bào hoặc không thể trình diện kháng nguyên để hệ miễn dịch nhận diện 5,6.
Trong hệ thống xử lý và trình diện kháng nguyên của lớp I, hai nhóm gen khác trong vùng MHC lớp II — mặc dù không có liên quan về cấu trúc với gen lớp I hoặc lớp II — cũng cho thấy đóng vai trò quan trọng:
- LMP2 và LMP7 mã hóa các thành phần của phức hợp proteasome, có nhiệm vụ phân hủy các protein tế bào chất thành các peptide, sau đó các peptide này có khả năng liên kết và được trình diện bởi các phân tử lớp I 6,7.
- Các đoạn peptide này sau đó được vận chuyển vào lưới nội chất nhờ các sản phẩm của các gen vận chuyển liên quan đến xử lý kháng nguyên (Transporter associated with antigen processing – TAP), gồm TAP1 và TAP2, mỗi gen đều tồn tại dưới nhiều dạng alen khác nhau 7,8.
Khi thiếu các gen TAP chức năng, các peptide kháng nguyên không thể tiếp cận lưới nội chất — nơi chúng thường liên kết với các phân tử lớp I — dẫn đến việc không thể di chuyển lên bề mặt tế bào để trình diện cho hệ miễn dịch nhận diện.
Chức năng của các phân tử MHC lớp II được thảo luận chi tiết trong các bài viết riêng biệt (Xem “Các tế bào trình diện kháng nguyên”, phần ‘Nạp kháng nguyên vào phân tử MHC II’ và “Miễn dịch học trong ghép tạng”, phần ‘Lớp II’).
Vùng lớp III
Vùng nằm giữa lớp I và lớp II được gọi là vùng lớp III. Mặc dù vùng này không chứa các gen HLA, nhưng nó lại chứa nhiều gen quan trọng trong đáp ứng miễn dịch. Dưới đây là một vài ví dụ tiêu biểu. Tuy nhiên, khi xem xét các mối liên quan di truyền trong vùng lớp III với các bệnh lý phức tạp, cần hết sức thận trọng trong việc diễn giải (Xem mục ‘Diễn giải các mối liên quan giữa HLA và bệnh lý’ bên dưới).
Hệ thống bổ thể
Một số thành phần bổ thể (như C2, C4 và yếu tố B) được mã hóa tại vùng này. Các bệnh lý như lupus ban đỏ hệ thống (SLE) có liên quan đến các alen vô hiệu (null alleles) cụ thể tại các locus này, mặc dù cơ chế bệnh sinh chính xác vẫn chưa được làm rõ 9,10 (Xem “Các rối loạn di truyền của hệ thống bổ thể”).
Yếu tố hoại tử khối u (TNF)
Nhiều cytokine đóng vai trò trong các con đường viêm khác nhau, bao gồm yếu tố hoại tử khối u-alpha (TNF), lymphotoxin alpha và lymphotoxin beta, cũng được mã hóa trong phức hợp MHC. Các đa hình TNF có liên quan đến các bệnh tự miễn như SLE. Ngoài ra, TNF còn đóng vai trò quan trọng trong việc điều hòa tình trạng viêm ở bệnh nhân viêm khớp dạng thấp (RA) 11-13 (Xem “Cơ chế bệnh sinh của viêm khớp dạng thấp”).
Protein sốc nhiệt (heat shock protein)
Gen protein sốc nhiệt HSP-70 mã hóa cho một phân tử chaperon có thể liên quan đến cơ chế bệnh sinh của RA 14.
Tầm quan trọng của các chức năng miễn dịch bình thường và bất thường của các gen này, cũng như những gen khác trong MHC mà chức năng hiện vẫn chưa được hiểu rõ, đang tiếp tục là chủ đề của nhiều nghiên cứu hiện nay.
CHỈ ĐỊNH XÉT NGHIỆM HLA TRONG CƠ XƯƠNG KHỚP
Do giá trị lâm sàng hạn chế, xét nghiệm định typ kháng nguyên bạch cầu người (HLA) hiếm khi cần thiết trong thực hành lâm sàng thường quy chuyên khoa cơ xương khớp. Khi thực hiện, xét nghiệm này thường chỉ giới hạn ở việc tìm kiếm một alen nhạy cảm cụ thể liên quan đến bệnh. Các ví dụ bao gồm:
- Xét nghiệm HLA-B27 ở những bệnh nhân đang được đánh giá viêm cột sống dính khớp trục hoặc viêm khớp phản ứng (Xem “Chẩn đoán và chẩn đoán phân biệt viêm cột sống dính khớp trục (viêm cột sống dính khớp và viêm cột sống dính khớp trục không trên X-quang) ở người lớn”, phần ‘Xét nghiệm cận lâm sàng’ và “Viêm khớp phản ứng”, phần ‘Đánh giá chẩn đoán’).
- Xét nghiệm HLA-B*58:01 khi cân nhắc bắt đầu điều trị bằng allopurinol cho bệnh nhân thuộc các nhóm sắc tộc có tần suất xuất hiện biến thể này cao (Xem “Gút: Điều trị hạ acid uric bằng thuốc và quản lý hạt tophi”, phần ‘Lựa chọn thuốc hạ acid uric’).
Việc lựa chọn phương pháp định typ khác nhau tùy thuộc vào cơ sở (ví dụ: các trung tâm đăng ký hiến tặng quốc gia hoặc địa phương, bệnh viện, viện nghiên cứu…), nguồn lực sẵn có và độ phân giải định typ được yêu cầu.
CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐỊNH TYP HLA VÀ SỰ THAY ĐỔI DANH PHÁP
Khi công nghệ dùng để định gen HLA phát triển theo thời gian, danh pháp cho các alen khác nhau tại từng gen HLA riêng biệt cũng thay đổi theo. Ban đầu, trước khi các phương pháp dựa trên giải trình tự gen trở nên phổ biến, định typ HLA được thực hiện bằng các kỹ thuật miễn dịch học để xác định cấu trúc protein của sản phẩm gen HLA trên bề mặt tế bào. Các alen khác nhau mã hóa cho các phiên bản khác nhau của cùng một loại protein, và các kỹ thuật miễn dịch chỉ nhạy cảm với một số — chứ không phải tất cả — những khác biệt này. Danh pháp gốc được sử dụng cho các alen khác nhau dựa trên các thuốc thử miễn dịch cụ thể dùng để định typ. Khi các alen đó được phân chia thành các nhóm nhỏ hơn nhờ các phương pháp giải trình tự gen (vốn có thể phát hiện những khác biệt tinh tế hơn), danh pháp đã được điều chỉnh (Xem mục ‘Danh pháp’ bên dưới).
Do đó, danh pháp thường xuyên được sửa đổi cùng với những tiến bộ trong việc hiểu rõ tính đa hình của HLA. Hệ quả là y văn tồn tại rất nhiều biến thể gây khó khăn cho những người không chuyên: làm sao để biết được DRB1*15:01 thực chất là một alen DR2? Tổng quan lịch sử ngắn gọn sau đây, lấy DR4 làm ví dụ, có thể làm rõ vấn đề này.
Các phương pháp định typ miễn dịch
Phương pháp huyết thanh học
Phương pháp định typ sớm nhất được thực hiện bằng kỹ thuật huyết thanh học. Phụ nữ mang thai tiếp xúc với các kháng nguyên HLA lạ có nguồn gốc từ người cha trong quá trình mang thai và có thể tạo ra kháng thể chống lại các kháng nguyên này. Huyết thanh từ nhiều phụ nữ đa sản đã được sàng lọc để tìm những loại phản ứng ổn định với các typ HLA nhất định. Các epitope được các huyết thanh này nhận diện thường là các epitope “công cộng” (public), hiện diện trên một họ các alen có liên quan. Do đó, một người sẽ được gắn nhãn là “DR4” nếu tế bào của họ phản ứng với các huyết thanh được đặc trưng bởi việc nhận diện epitope này.
Sự hiện diện của tính đặc hiệu DR thứ hai ở một số cá thể cũng đã được ghi nhận. Các loại huyết thanh nhận diện những tính đặc hiệu ít đa hình hơn này đã được đặc trưng hóa. Hầu hết các cá thể dương tính với DR4 cũng dương tính với tính đặc hiệu DR thứ hai là DRw53. Tương tự, các đơn bội thể (haplotype) mang tính đặc hiệu DR3, DR5, hoặc DR6 thường dương tính với DRw52; sau này DRw52 được phân tách thành DRw52a, DRw52b, v.v., nhờ các loại huyết thanh đặc hiệu hơn.
Định typ tế bào
Dần dần, các nhà khoa học nhận thấy rằng tế bào T của con người có khả năng phân biệt các “nhánh” (splits) chính xác hơn trong số các tính đặc hiệu HLA vốn được nhận diện bởi huyết thanh. Kết quả là, kỹ thuật định typ tế bào lympho hỗn hợp (mixed lymphocyte typing) đã được phát triển để cho phép định typ chính xác hơn. Một bộ panel các tế bào tham chiếu đồng hợp tử cho các kháng nguyên khác nhau, gọi là tế bào định typ đồng hợp tử (Homozygous Typing Cells – HTCs), đã được tạo ra. Các tế bào từ một cá thể chưa rõ typ HLA sẽ được đem kiểm tra khả năng nhận diện bởi các tế bào trong bộ panel này. Bằng cách đó, “typ” DR4 có thể được chia thành nhiều phân typ như Dw4, Dw10, Dw14, v.v.
Vì cả huyết thanh từ phụ nữ đa sản và đặc biệt là các tế bào HTCs luôn cần được bổ sung và thay thế thường xuyên, các hội thảo quốc tế về hòa hợp mô dưới sự bảo trợ của Tổ chức Y tế Thế giới (WHO) đã được tổ chức định kỳ. Mục đích là để so sánh và chia sẻ các thuốc thử trên toàn thế giới nhằm đảm bảo tính nhất quán. Khi đạt được sự đồng thuận về một tính đặc hiệu kháng nguyên mới, nó sẽ được đặt một số hiệu mới với ký hiệu “w” (viết tắt của “workshop” – hội thảo). Khi một tính đặc hiệu trở nên phổ biến, có thể tái lập và được chấp nhận rộng rãi, ký hiệu “w” sẽ được lược bỏ và một tên gọi “vĩnh viễn” sẽ được đặt ra.
Ví dụ, tại một hội thảo, một tính đặc hiệu mới được xác định có thể mang tên DRw4, nhưng vài năm sau, nó có thể được sửa đổi thành DR4. Ký hiệu “DR” hàm ý một định nghĩa dựa trên huyết thanh học, còn “D” nghĩa là được định typ bằng tế bào. Theo cách này, một tính đặc hiệu HLA có thể bao gồm cả DR4,Dw4 hoặc DR4,Dw10.
Định typ dựa trên DNA
Lịch sử của các phương pháp định typ HLA bằng DNA được trình bày trong các tài liệu chuyên môn 15,16. Tóm lại, có hai bước ngoặt lớn đã dẫn đến việc hình thành định typ HLA dựa trên phân tử và cho phép thiết lập một hệ thống danh pháp ổn định hơn. Thứ nhất, cấu trúc và trình tự gen của các gen HLA đã được xác định, cho phép nhận diện các vùng đa hình của gen. Thứ hai, công nghệ phản ứng chuỗi polymerase (PCR) ra đời. Quy trình này cho phép khuếch đại các đoạn DNA đặc hiệu với số lượng đủ lớn để phục vụ phân tích. Công nghệ PCR đã cung cấp nền tảng cho sự phát triển của các phương pháp định typ HLA nhanh chóng và tiện lợi, dựa trên chính xác trình tự nucleotide của từng alen riêng lẻ.
Các phát hiện liên quan đến DR4 là ví dụ điển hình cho sự phát triển lịch sử này. Định typ huyết thanh học cho phép nhận diện các cá thể HLA-DR4. Định typ tế bào cho thấy HLA-DR4 có thể được chia thành nhiều tính đặc hiệu (ví dụ: DR4Dw4 hoặc DR4Dw14), và định typ phân tử thậm chí còn chia nhỏ các nhóm này hơn nữa. Cụ thể, Dw4 được xác định có trình tự hiện được gọi là DRB1*04:01, trong khi Dw14 được phát hiện bao gồm ít nhất hai alen là DRB1*04:04 và *04:08. Nhiều alen khác như DRB1*04:09, *04:10 và *04:11 trước đây chưa từng được biết đến. Hiện nay, hơn 400 alen DR4 đã được ghi nhận và con số này vẫn đang tăng lên, đặc biệt khi các gen HLA của nhiều nhóm sắc tộc khác nhau đang tiếp tục được phân tích. Mô tả chi tiết hơn về hệ thống danh pháp hiện có sẵn trực tuyến 17,18.
Định typ dựa trên DNA sử dụng các đoạn dò oligonucleotide đặc hiệu trình tự (SSOP)
Trước đây, phương pháp dựa trên PCR phổ biến nhất để định typ HLA là sử dụng các đoạn dò oligonucleotide đặc hiệu trình tự (Sequence-specific oligonucleotide probes – SSOPs) (hình 2). Kỹ thuật này sử dụng một bộ các mồi được chọn lọc kỹ lưỡng, thiết kế để khuếch đại đoạn gen HLA mục tiêu. Sau đó, đoạn DNA đã khuếch đại được kiểm tra bằng các SSOP khác nhau, vốn được thiết kế để chỉ liên kết với các trình tự đặc hiệu nhằm phân biệt giữa các alen. Phương pháp này hiện đã được thay thế bởi giải trình tự thế hệ mới (NGS).
Định typ dựa trên DNA bằng giải trình tự thế hệ mới (NGS)
NGS hiện là phương pháp ưu tiên để định typ HLA tại nhiều phòng xét nghiệm. NGS đề cập đến các công nghệ giải trình tự thực hiện giải trình tự song song hàng triệu đoạn DNA ngắn 19-23 (Xem “Giải trình tự DNA thế hệ mới (NGS): Nguyên lý và ứng dụng lâm sàng”). NGS có thể được áp dụng để giải trình tự toàn bộ hệ gen hoặc một vùng mục tiêu của hệ gen. Trong cả hai trường hợp, một lượng lớn các đoạn đọc (reads) ngắn, chồng lấp lên nhau do NGS tạo ra cần được lắp ráp bằng các thuật toán tin sinh học và ánh xạ (map) vào bộ gen người tham chiếu. NGS hiện cung cấp độ phân giải cao, thông lượng lớn với chi phí thấp, vì vậy các trung tâm đăng ký đang xem xét liệu có còn cần thiết phải thực hiện định typ xác nhận HLA cho các trường hợp ghép tạng hay không 24.
Định typ dựa trên DNA bằng genotyping microarray
Trong nghiên cứu, định typ HLA có thể được thực hiện từ dữ liệu tạo ra bởi các mảng định gen (genotyping arrays) 25. Bước đầu tiên bao gồm xác định kiểu gen của các đa hình đơn nucleotide (SNPs) nằm trong vùng HLA bằng cách sử dụng các microarray mật độ cao. Mặc dù việc định gen mật độ cao được thực hiện, nhưng nó sẽ không xác định được sự hiện diện của từng nucleotide tại mỗi vị trí, do đó trình tự DNA của vùng HLA sẽ không hoàn chỉnh và còn các khoảng trống. Các cơ sở dữ liệu hiện nay (ví dụ: từ Dự án 1000 Hệ gen) đã chứa trình tự DNA hoàn chỉnh của hàng ngàn cá thể (bảng tham chiếu). Bằng cách so sánh trình tự DNA không hoàn chỉnh từ một người thuộc một nhóm sắc tộc nhất định với bảng tham chiếu của chính nhóm sắc tộc đó, người ta có thể lấp đầy các khoảng trống — ít nhất là một phần. Quá trình này được gọi là “quy nạp” (imputation). Do đó, bước thứ hai của định typ HLA dựa trên kiểu gen là chiến lược tính toán để quy nạp một alen HLA bốn chữ số bằng cách so sánh các kiểu gen SNP hiện có trên vùng HLA với một bảng tham chiếu lớn, đặc hiệu theo quần thể.
Độ phân giải và tính không chắc chắn (ambiguity) trong định typ HLA
“Định typ độ phân giải thấp” (tương đương với mức kháng nguyên hoặc mức họ alen) được Nhóm công tác Hài hòa hóa thuật ngữ định typ hòa hợp mô định nghĩa vào năm 2011 là tương đương với định typ huyết thanh học, ví dụ định typ ở mức hai chữ số đầu (như HLA-DRB1*01, -DRB1*03, -DRB1*04, v.v.) 26.
Định typ bằng phương pháp SSOP thường được coi là “định typ độ phân giải trung bình” (trừ khi kết hợp nhiều phản ứng SSOP để đạt độ phân giải cao hơn và xác định chính xác một alen cụ thể mà không gây nhập nhằng).
“Định typ độ phân giải cao” được coi là có thể phân biệt tất cả các alen tại một locus cụ thể (ở mức bốn chữ số [ví dụ: HLA-DRB1*04:01] hoặc mức protein) và có thể đạt được bằng phương pháp NGS.
“Tính không chắc chắn” (Ambiguity) đề cập đến việc không thể chỉ định một alen HLA duy nhất hiện diện trong cơ sở dữ liệu trình tự IMGT/HLA 18 cho kết quả định typ HLA. Ví dụ, tình trạng này thường xuất phát từ việc sử dụng các phương pháp định typ độ phân giải thấp, nhưng cũng có thể xảy ra ngay cả với định typ độ phân giải cao nếu các đa hình nằm ngoài vùng được định typ. Khi số lượng alen được bổ sung vào cơ sở dữ liệu trình tự IMGT/HLA ngày càng tăng, vấn đề nhập nhằng trở nên khó giải quyết hơn và độ dài của các chuỗi nhập nhằng (tức là danh sách các alen và các kiểu gen khả dĩ phù hợp với dữ liệu định typ) cũng tăng lên.
Danh pháp
Quy ước đặt tên năm 2010 cho các alen HLA (Ủy ban Danh pháp WHO về các yếu tố của hệ thống HLA) gán một mã định danh duy nhất cho mỗi alen HLA 3,17,18,27. Mã định danh này luôn bắt đầu bằng HLA, theo sau là dấu gạch nối, tên của gen (ví dụ: A, B, hoặc C đối với các gen lớp I), dấu sao (*), và tối đa bốn bộ chữ số phân cách bởi dấu hai chấm (ví dụ: HLA-A*XX:XX:XX:XX) (hình 3).
Tất cả các alen đều nhận được ít nhất một mã bốn chữ số, tương ứng với hai bộ chữ số đầu tiên. Các chữ số sau dấu sao và trước dấu hai chấm đầu tiên mô tả nhóm hoặc loại alen, thường tương ứng với loại huyết thanh học. Bộ chữ số thứ hai được dùng để xác định một protein HLA cụ thể. Do đó, theo định nghĩa, một “typ HLA bốn chữ số” xác định hoàn toàn và không mơ hồ cấu trúc protein. Các alen HLA có mã định danh khác nhau ở hai bộ chữ số đầu tiên phải khác nhau ở ít nhất một thay thế nucleotide làm thay đổi trình tự acid amin của protein HLA được mã hóa.
Các alen chỉ khác nhau bởi các thay thế nucleotide không mã hóa trong trình tự mã hóa sẽ được phân biệt bằng cách sử dụng bộ chữ số thứ ba (“định typ HLA sáu chữ số”). Bộ chữ số thứ tư đôi khi được sử dụng để phân tách thêm các đa hình trình tự xảy ra ở các vùng không mã hóa (intron, hoặc các vùng chưa dịch mã 5′ hay 3′).
DIỄN GIẢI CÁC MỐI LIÊN QUAN GIỮA HLA VÀ BỆNH LÝ
Hiện nay có hơn một trăm bệnh lý liên quan đến các gen lớp I và II của kháng nguyên bạch cầu người (HLA) cổ điển, cũng như một số gen không thuộc HLA nằm trong vùng phức hợp hòa hợp mô chủ yếu (MHC) (ví dụ: bổ thể C4) 1,4. Thông tin chi tiết về vai trò của các biến thể di truyền trong vùng MHC đối với cơ chế bệnh sinh, tính nhạy cảm hoặc mức độ nghiêm trọng của từng bệnh cụ thể được trình bày trong các bài viết chuyên sâu về bệnh đó. Một cuộc thảo luận chi tiết hơn về các nghiên cứu liên quan đến di truyền và cách diễn giải chúng được cung cấp trong bài viết (Xem “Nghiên cứu liên quan di truyền và GWAS: Nguyên lý và ứng dụng”).
Một câu hỏi hợp lý được đặt ra là liệu các nghiên cứu này có giá trị trong thực hành lâm sàng hay không và tại sao lại có quá nhiều nghiên cứu như vậy. Một phần sự nhầm lẫn nảy sinh từ sự tiến hóa của các phương pháp định typ HLA như đã mô tả trước đó. Nhiều nghiên cứu thời kỳ đầu sử dụng phương pháp huyết thanh học, do đó kết quả có thể chỉ mô tả chung chung rằng bệnh viêm khớp dạng thấp (RA) liên quan đến DR4.
Tuy nhiên, DR4 bao hàm nhiều alen khác nhau, trong đó có alen liên quan đến RA và có alen không liên quan. Kết quả là, các mối liên quan này thường yếu hơn so với khi các alen chính xác được nghiên cứu sau này. Các nghiên cứu sử dụng phương pháp dựa trên DNA đã nhất quán chỉ ra rằng, ở quần thể người Mỹ gốc Âu và người châu Âu, các alen DRB1*04:01, *04:04, *04:05 và *04:08 có liên quan mật thiết với RA (Xem “HLA và các gen nhạy cảm khác trong viêm khớp dạng thấp”).
Với bệnh viêm cột sống dính khớp (AS), HLA-B27 ước tính chỉ đóng góp từ 16 đến 50 phần trăm tổng nguy cơ di truyền. Trong số lượng lớn các alen HLA-B27 đã được ghi nhận, mối liên quan mạnh nhất với AS là với HLA-B*27:05; ở người Nhật Bản và Trung Quốc, mối liên quan này là với HLA-B*27:04. Tuy nhiên, không có mối liên quan nào được tìm thấy với *27:06 và *27:09 (Xem “Cơ chế bệnh sinh của viêm cột sống”).
Một hướng tiếp cận đầy hứa hẹn để hiểu về mối liên quan với bệnh tật là xem xét các biến thể tại từng vị trí acid amin riêng lẻ, thay vì chỉ dựa vào các alen HLA. Ví dụ trong bệnh RA, các nhà nghiên cứu đã chứng minh rằng phần lớn mối liên quan giữa HLA-DRB1 với RA được giải thích tốt nhất bởi sự khác biệt của acid amin cụ thể tại vị trí 11 trong phân tử DRB1 được mã hóa bởi các alen gen HLA-DRB1 khác nhau 28. Vị trí 11 nằm ở đáy của rãnh liên kết DRB1 và có thể điều biến khả năng liên kết khác biệt với các kháng nguyên then chốt liên quan đến quá trình tự miễn.
Sự khác biệt về sắc tộc cũng cần được tính đến. Tần suất của một alen nhất định trong một quần thể có thể rất khác biệt so với quần thể khác. Ví dụ, DR4 được chứng minh là không liên quan đến RA ở người Do Thái Israel 29. Tuy nhiên, các alen DR4 liên quan đến RA hiếm khi xuất hiện ở quần thể này. Alen DR4 phổ biến nhất ở đây là DRB1*04:02, vốn không liên quan đến bệnh (hoặc chỉ liên quan rất yếu), điều này giải thích cho nghịch lý trên. Vì lý do tương tự, nhóm đối chứng cần phải được chọn lọc sao cho tương đồng về sắc tộc với nhóm bệnh nhân để đảm bảo kết quả nghiên cứu có giá trị.
Việc định nghĩa nhóm bệnh nhân cũng là nguyên nhân dẫn đến một số khác biệt giữa các nghiên cứu. Hiện nay đã rõ ràng rằng các alen DRB1*04:01, *04:04, *04:05 và *04:08 có liên quan đến các thể bệnh RA nghiêm trọng 30. Trong các nghiên cứu trên nhóm bệnh nhân tại các trung tâm y tế tuyến cuối, mối liên quan với các alen này mạnh hơn nhiều so với các nghiên cứu tại các cơ sở chăm sóc ban đầu, giả định là do sự khác biệt về lâm sàng giữa các quần thể bệnh nhân (Xem “HLA và các gen nhạy cảm khác trong viêm khớp dạng thấp”, phần ‘Các alen HLA và tính nhạy cảm với viêm khớp dạng thấp’).
HLA và phản ứng quá mẫn do thuốc
Vai trò của các gen HLA trong phản ứng quá mẫn do thuốc (drug-induced hypersensitivity – DIH) có thể có ý nghĩa lâm sàng trực tiếp hơn so với các mối liên quan giữa HLA và bệnh lý tự miễn. Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra mối quan hệ giữa các phân tử HLA lớp I và lớp II với DIH 31. Các mối liên quan được thiết lập rõ ràng nhất bao gồm HLA-B*15:02 với hội chứng Stevens-Johnson/hoại tử thượng bì nhiễm độc (SJS/TEN) do carbamazepine ở các quần thể Đông Nam Á, và HLA-B*57:01 với tình trạng quá mẫn do abacavir. Việc sàng lọc HLA-B*57:01 trước khi sử dụng abacavir hiện đã được áp dụng trong thực hành lâm sàng và là một ví dụ điển hình về quy trình cần tuân thủ để chuyển đổi các kết quả nghiên cứu liên quan vào chăm sóc lâm sàng thường quy (Xem “Phản ứng quá mẫn với abacavir” và “Tổng quan về dược lý di truyền”, phần ‘Ảnh hưởng đến các phản ứng dị ứng thuốc’).
Sử dụng giá trị p (p-value)
Các phương pháp dùng để đánh giá ý nghĩa thống kê cũng rất quan trọng. Hầu hết các nghiên cứu quần thể đơn giản về mối liên quan với bệnh tật đều sử dụng kiểm định chi-bình phương (chi-squared test) để so sánh tần suất của một alen cụ thể giữa nhóm bệnh nhân và nhóm đối chứng. Nếu giá trị $p < 0.05$, mối liên quan được coi là có ý nghĩa thống kê; điều này có nghĩa là khả năng mối liên quan này xảy ra do ngẫu nhiên là dưới 1 trên 20.
Tuy nhiên, nếu phân tích hàng chục alen khác nhau để tìm mối liên quan khả dĩ, khả năng cao là một hoặc nhiều alen sẽ cho kết quả liên quan giả tạo với $p < 0.05$ chỉ đơn thuần do thực hiện quá nhiều phép so sánh. Kết quả là, giá trị p cần được hiệu chỉnh dựa trên số lượng phép kiểm định đã thực hiện. Nói cách khác, nếu nghiên cứu 10 alen DR khác nhau cho mối liên quan với một bệnh cụ thể, giá trị p của mỗi alen phải được nhân với 10. Do đó, nếu giá trị p chưa hiệu chỉnh là 0.05, sau khi hiệu chỉnh, giá trị này trở thành 0.5 (không có ý nghĩa thống kê). Ngược lại, nếu giá trị p ban đầu là 0.0005, giá trị hiệu chỉnh $p = 0.005$ vẫn giữ được ý nghĩa thống kê.
Mất cân bằng liên kết (linkage disequilibrium)
Khi diễn giải các nghiên cứu liên quan, cần ghi nhớ khái niệm mất cân bằng liên kết. Như đã lưu ý ở trên, một tập hợp các alen thường được di truyền cùng nhau. Ví dụ, haplotype tổ tiên 8.1 trải dài vùng MHC và bao gồm alen *01:01 tại HLA-A, *07:01 tại HLA-C, *08:01 tại HLA-B, *03:01 tại HLA-DRB1, *01:01 tại HLA-DRB3, *05:01 tại HLA-DQB1 và *02:01 tại HLA-DQB1. Kết quả là tất cả các alen này đều xuất hiện cùng nhau, do đó trong một nghiên cứu di truyền, rất khó để khẳng định locus nào chịu trách nhiệm chính cho mối liên quan đó. Một mối liên quan rõ rệt của một bệnh nào đó với HLA-DRB1*03:01, ví dụ, thực tế có thể là do mối liên quan với một gen liên kết như HLA-DQB1*02:01, hoặc thậm chí với một gen không thuộc HLA như đa hình yếu tố hoại tử khối u (TNF).
Nguy cơ tương đối (relative risk)
Cuối cùng, cần nhớ rằng đây là các nghiên cứu trên quần thể và kết quả không thể dễ dàng áp dụng cho từng bệnh nhân cụ thể. Các alen được chứng minh có liên quan đến bệnh là các alen nhạy cảm, vốn giống hệt với các gen hiện diện ở những cá thể bình thường, mặc dù với tần suất thấp hơn. Người ta có thể sử dụng phép tính nguy cơ tương đối (Relative Risk – RR) để chỉ ra tỷ lệ mắc bệnh ở những cá thể mang alen dương tính so với những cá thể âm tính với alen đó. RR được tính theo công thức sau:
$$RR = \frac{\text{Số bệnh nhân mang alen} / \text{Số người đối chứng mang alen}}{\text{Số bệnh nhân không mang alen} / \text{Số người đối chứng không mang alen}}$$
Ví dụ, nguy cơ tương đối (RR) phát triển bệnh RA ở người da trắng nếu mang alen DRB1*04:01 là khoảng 6.
CÁC KHÁNG NGUYÊN HLA GÂY TÍNH NHẠY CẢM VỚI BỆNH TẬT NHƯ THẾ NÀO?
Dữ liệu liên quan đến mối quan hệ giữa các kháng nguyên kháng nguyên bạch cầu người (HLA) và tính nhạy cảm với bệnh tật hiện vẫn dừng lại ở mức độ các mối liên quan, chưa phải là cơ chế bệnh sinh chi tiết, ngoại trừ một vài trường hợp ngoại lệ (ví dụ: bệnh celiac). Mặc dù vậy, các mối liên quan HLA mang tính nhất quán và mạnh mẽ đang cung cấp cho chúng ta những manh mối quan trọng về sự phát triển của một số bệnh lý thấp khớp. Nhiều mô hình khác nhau đã được giả thuyết để giải thích các mối liên quan này về mặt chức năng 32. Những mô hình này bao gồm tầm quan trọng của các đa hình HLA trong việc:
- Định hình danh mục tế bào T (T-cell repertoire) trong quá trình phát triển.
- Định hình danh mục tế bào T ngoại vi.
- Quyết định những peptide kháng nguyên nào được liên kết và do đó được trình diện cho hệ miễn dịch để nhận diện 33. Bệnh celiac là một ví dụ điển hình, với phân tử HLA-DQ2.5 trình diện các peptide kháng nguyên từ gluten 34 (Xem “Dịch tễ học, cơ chế bệnh sinh và biểu hiện lâm sàng của bệnh celiac ở người lớn”, phần ‘Yếu tố di truyền’).
- Ảnh hưởng đến sự trình diện của protein HLA đối với các peptide kháng nguyên ngoại lai hoặc tự thân cho các tế bào T tự phản ứng 1 (ví dụ: bệnh celiac).
- Tạo ra hiện tượng bắt chước phân tử (molecular mimicry) giữa các tự kháng nguyên với chính phân tử HLA hoặc các peptide mà nó nhận diện.
- Ảnh hưởng đến cách thức nhiễm trùng, các tác nhân ngoại lai hoặc “hiện tượng bắt chước phân tử” có thể tái kích hoạt các tế bào T đã bị ức chế trong các bệnh tự miễn 1.
- Ảnh hưởng đến quá trình ức chế miễn dịch và sự phát triển ung thư theo những cách quan trọng thông qua việc mất biểu hiện gen HLA do nhiễm virus, đột biến soma hoặc các nguyên nhân khác 1.
- Ảnh hưởng đến quá trình xử lý và trình diện kháng nguyên.
Việc xác định cơ sở cơ chế của các mối liên quan bệnh lý này sẽ dẫn đến những phương pháp điều trị mới, đặc hiệu và thậm chí là các chiến lược dự phòng hiệu quả hơn.
TỔNG KẾT VÀ KHUYẾN NGHỊ
Tổng quan về HLA và MHC – Phức hợp kháng nguyên bạch cầu người (HLA) là thuật ngữ đồng nghĩa với phức hợp hòa hợp mô chủ yếu (MHC) ở người. MHC cổ điển mô tả một nhóm gen trên nhiễm sắc thể số 6, mã hóa cho nhiều dấu ấn bề mặt tế bào, các phân tử trình diện kháng nguyên và các protein khác; phần lớn trong số đó tham gia vào chức năng miễn dịch. MHC mở rộng (xMHC) bao gồm cả các gen liên quan đến MHC nằm ngoài ranh giới này (Xem mục ‘Giới thiệu’ và ‘Cấu trúc di truyền của vùng HLA’).
Tổ chức của MHC – Vùng HLA được chia thành ba vùng: lớp I, lớp II và lớp III. Mỗi vùng chứa vô số locus gen, bao gồm các gen biểu hiện và gen giả. Một số locus HLA có tính đa hình rất cao (Xem mục ‘Tổ chức của MHC’).
Vùng lớp I – Vùng lớp I chứa các gen mã hóa kháng nguyên HLA lớp I, bao gồm HLA-A, B và C. Hầu hết các tế bào trong cơ thể đều biểu hiện kháng nguyên lớp I ở các mức độ khác nhau. Kháng nguyên lớp I là một phân tử dimer gồm một chuỗi nặng (alpha) được mã hóa trong MHC, liên kết không cộng hóa trị với chuỗi nhẹ không đa hình (beta) được mã hóa trên nhiễm sắc thể 15 (Xem mục ‘Vùng lớp I’).
Vùng lớp II – Vùng lớp II chứa các gen mã hóa các phân tử HLA lớp II, bao gồm HLA-DP, -DQ và -DR. Các phân tử lớp II được biểu hiện thường xuyên trên các tế bào trình diện kháng nguyên (APC; ví dụ: tế bào tua, đại thực bào hoặc tế bào B) và có thể được tăng cường biểu hiện trong quá trình viêm. Phân tử lớp II gồm một chuỗi nặng (alpha) và một chuỗi nhẹ (beta), cả hai đều được mã hóa trong MHC (Xem mục ‘Vùng lớp II’).
Vùng lớp III – Vùng lớp III chứa nhiều gen quan trọng trong đáp ứng miễn dịch, bao gồm một số thành phần bổ thể (C2, C4 và yếu tố B); các cytokine đóng vai trò trong con đường viêm như yếu tố hoại tử khối u (TNF)-alpha, lymphotoxin alpha và lymphotoxin beta; và gen protein sốc nhiệt HSP-70 mã hóa phân tử chaperon (Xem mục ‘Vùng lớp III’).
Chỉ định định typ HLA trong thấp khớp học – Xét nghiệm định typ HLA hiếm khi cần thiết trong thực hành lâm sàng thường quy. Việc kiểm tra một alen nhạy cảm liên quan đến bệnh cụ thể có thể được cân nhắc cho một số bệnh nhân trong những tình huống lâm sàng nhất định (Xem mục ‘Chỉ định xét nghiệm HLA trong thấp khớp học’).
Các phương pháp định typ HLA – Định typ HLA phổ biến nhất hiện nay là phương pháp dựa trên DNA, giúp xác định trình tự nucleotide chính xác của từng alen, nhờ vào những tiến bộ trong việc xác định cấu trúc gen HLA và công nghệ phản ứng chuỗi polymerase (PCR). Đặc biệt, giải trình tự thế hệ mới (NGS) cung cấp cách thức nhanh chóng và tiện lợi để đạt được độ phân giải cao (Xem mục ‘Các phương pháp định typ HLA và sự thay đổi danh pháp’).
Danh pháp alen HLA – Các tiến bộ trong phương pháp định typ HLA dẫn đến việc kiểm tra chính xác hơn, từ đó làm thay đổi danh pháp. Quy ước đặt tên năm 2010 (Ủy ban Danh pháp WHO về các yếu tố của hệ thống HLA) gán một mã định danh duy nhất cho mỗi alen HLA theo cú pháp nghiêm ngặt: HLA-A*XX:XX:XX:XX (hình 3). Tất cả các alen nhận được ít nhất một mã bốn chữ số, xác định hoàn toàn và không mơ hồ cấu trúc protein.
Chỉ định xét nghiệm HLA – Định typ HLA toàn phần là cần thiết cho ghép tế bào gốc tạo máu. Tuy nhiên, phổ biến hơn là bệnh nhân cần xét nghiệm một alen cụ thể liên quan đến tính nhạy cảm với một bệnh lý, chẳng hạn như HLA-B27 trong viêm cột sống dính khớp. Các phương pháp thực hiện khác nhau tùy theo cơ sở, nhưng chúng tôi ưu tiên sử dụng NGS.
Diễn giải các mối liên quan giữa HLA và bệnh lý – Nhiều bệnh lý liên quan đến các gen HLA lớp I và II cổ điển, cũng như một số gen không thuộc HLA trong vùng MHC. Kết quả có thể khác nhau giữa các sắc tộc, và việc định nghĩa nhóm bệnh nhân có thể ảnh hưởng đến mức độ liên quan. Cần chú trọng đến các phương pháp thống kê được sử dụng khi diễn giải các nghiên cứu này (Xem mục ‘Diễn giải các mối liên quan giữa HLA và bệnh lý’).
Các giả thuyết giải thích mối liên quan với bệnh tật – Ngoại trừ một số ví dụ hiếm hoi (bệnh celiac), dữ liệu về các phân tử HLA và bệnh tật vẫn dừng lại ở mức độ liên quan, chưa phải là cơ chế bệnh sinh. Tuy nhiên, các mối liên quan HLA nhất quán và mạnh mẽ cung cấp những manh mối quan trọng về sự phát triển của một số rối loạn. Nhiều mô hình khác nhau đã được giả thuyết để giải thích các mối liên quan này về mặt chức năng (Xem mục ‘Các kháng nguyên HLA gây tính nhạy cảm với bệnh tật như thế nào?’).