新品上线 | HLAtyping Panel v2.0 助力第四数段高精度分型

    人类白细胞抗原 (human leucocyte antigen, HLA) 即人类的主要组织相容性复合体，是人免疫系统的重要组成部分。不同的复合体通过其结合槽与各种外源或内源的抗原片段结合，进而与不同的 T 细胞作用，激活下游免疫反应。其承担的功能对其自身的多样性提出了要求：HLA 编码基因是人类基因组上多态性最高的编码区域之一。两个无亲缘关系的人具有相同 HLA 基因组合的概率极低，免疫系统也正是通过细胞表面的 HLA 区分自身和外来细胞，具有不同 HLA 的外来细胞被识别为“非我“后将会引起排异反应。一直以来，HLA 的分型都在器官移植领域被广泛开展，形成了一整套体系和规范。HLA 也作为区分不同个体的分子标签应用于法医学。另外，快速发展的肿瘤免疫治疗研究也离不开对 HLA 基因的准确分型。

    目前的 HLA 基因命名方式是从 2010 年开始执行的，基因名之后有四个数段，依次区分等位基因类别、具体蛋白序列、同义编码序列、和非编码区序列多态，后缀字母则注释这一型别的表达水平。从 2010 年 4 月的 3.0 版本，到目前的 3.50 版本，IPD-IMGT/HLA 数据库中收录的等位基因个数由四千多个增长到了三万多个，这与近年来 NGS 在 HLA 分型中的广泛应用有密切关系。

    常用的 NGS 策略是通过 long-range PCR 扩增 HLA 基因片段，再打断扩增产物，制备测序文库进行测序和序列分析。获取 HLA 基因全长序列相比一代测序难度大大降低，数据库中也积累了大量的差异位于第四数段即非编码序列的新型别。

纳昂达曾于 2019 年推出 HLAtyping Panel v1.0，以杂交捕获的方式对 HLA 基因编码区靶向测序，其特点在于：以参考基因组序列为基础设计编码区探针，再考察不同型别的序列差异，补充多态性探针，解决了 HLA 序列多态性超过单条探针容错能力的问题，实现了对所有型别编码区的有效捕获。区别于依赖 PCR 的富集方式，杂交捕获不存在扩增偏好 (例如两个等位基因中的一个存在连续 GC 等难以扩增的区域，可能造成其在扩增产物中占比显著降低) 和引物结合区突变造成等位基因遗漏的危险，并且可以方便的与其他的富集区域整合 (例如与 NanOnco 系列搭配使用)。

图1. 纳昂达 HLA 解决方案。A. HLAtyping Panelv1.0 以参考基因组外显子探针为基础，根据 HLA 数据库补充多态探针，实现对所有型别的有效捕获；B. HLAtyping Panel v2.0 通过多态探针组合，可覆盖最新数据库 (3.50) 中所有的已知参考序列。

    HLA 分型的标准品为 UCLA Immunogenetics Center 的细胞系标准品 UCLA DNA Reference Panel (提供至第二数段或第三数段的分型参考结果)，包含 24 种 Class I 和 24 种 Class II。

    50 ng 标准品投入，利用 NadPrep^®  快速 DNA 酶切文库构建试剂盒构建文库，以 HLAtyping Panel 完成杂交捕获，Novaseq 6000 PE150 测序，数据量 ~ 0.5 Gb。测序结果以内部工具进行 HLA 分型。

标准品靶向 NGS 数据比对到仅包含主要染色体的 hg19 参考基因组上，以探针覆盖区域评估中靶率，以主染色体上的目标基因捕获区域评估覆盖均一性，结果如图 2. 所示 (注：因参考基因组主染色体基因型与各标准品并不一致，故此结果仅粗略反映 Panel 的捕获性能，与分型性能无直接关系)。

图2 . HLAtyping Panel v2.0 的捕获表现。利用 HLAtyping Panel v2.0 分别对标准品进行靶向富集后，通过 Illumina^® 平台进行测序。

注：标准品为 Class I 和 Class II UCLA DNA Reference Panel。HLAtyping Panel v2.0 的捕获表现由 24 种 Class I 和 24 种 Class II 计算平均值及标准偏差。

表1. HLAtyping Panel v2.0 对 Class I 的分型结果。

注：标准品为 Class I UCLA DNA Reference Panel。每个标准品第一排为标准品提供的分型结果，第二排为 HLAtyping Panel v2.0 的数据分型结果。

表2. HLAtyping Panel v2.0 对 Class II 的分型结果。

HLAtyping Panel v2.0对 24 个 Class I 标准品 (表1.) 和 24 个 Class II 标准品 (表2.) 的分型结果均与已知结果基本一致，且精度更高。对于出现极少数在第二数段上存在差异的结果，经过进一步的序列比对和检验，如图3. 所示，新的分型结果更为符合：在不允许错配比对的条件下，整条参考序列连续覆盖；而旧的结果则出现覆盖的中断，即此处的序列组成缺乏支持。

图3.部分标准品以 HLAtyping Panel v2.0 靶向测序，测序数据比对回分型结果显示的型别的参考序列上，不允许错配的条件下对参考序列的覆盖情况。A. C*08:02 (上) 为标准品 C1-213 提供的分型结果，覆盖不连续；C*08:01 (中) 为新的分型结果，覆盖连续；B. DQA1*05:01 (上) 为标准品 C2-203 提供的分型结果，覆盖不连续；DQA1*05:05（中）为新的分型结果，覆盖连续；C. DQA1*05:01 (上) 为标准品 C2-205 提供的分型结果，覆盖不连续；DQA1*05:05 (中) 为新的分型结果，覆盖连续。3 个标准品均同时显示结果一致的另一个等位基因的覆盖情况 (下)。