IF31.7｜MHC Hammer揭示癌症进化中HLA的遗传与非遗传破坏

HLA转录抑制和可变剪接在肺癌和乳腺癌中普遍存在，影响肿瘤进化与转移。

这篇按生信解读号的读法拆：先看背景和问题，再看作者怎么做、做出了哪几条硬发现，最后把数据和代码收走。

研究背景

HLA I类分子呈递新抗原是细胞毒性T细胞识别肿瘤的关键。已有研究表明，HLA基因的杂合性丢失（LOH）在多种癌症中频繁发生，且HLA基因的转录下调也常见。然而，HLA等位基因特异性的表达失衡、转录抑制和可变剪接等细微转录组改变在癌症中的研究尚不充分。正常组织中HLA等位基因表达本身存在高度变异，且可变剪接普遍存在，因此在评估肿瘤特异性改变时必须考虑正常组织的基线。

科学问题

卡在哪里： 此前缺乏能够同时准确评估HLA等位基因特异性突变、LOH、转录抑制和可变剪接的高通量工具。因此，HLA转录抑制和可变剪接在癌症中的发生率、机制及其对肿瘤进化的影响尚不清楚。

本文要回答： 开发MHC Hammer工具，系统评估肺癌和乳腺癌中HLA基因的遗传和转录组破坏，并探讨其对肿瘤进化和转移的影响。

技术路线

作者主要用了：WES、RNA-seq、MHC Hammer、TRACERx421、TCGA、GTEx。

作者开发了MHC Hammer计算流程，整合WES和RNA-seq数据，用于检测HLA等位基因特异性突变、LOH、等位基因表达、转录抑制和可变剪接。首先在GTEx正常肺和乳腺组织中建立HLA表达和可变剪接的基线，然后在TRACERx421和TCGA肺癌及乳腺癌队列中评估肿瘤中的HLA破坏，并分析其与免疫浸润、新抗原负荷和转移的关系。

图 1　Fig. 1。图1展示了MHC Hammer流程的四个主要模块：等位基因特异性突变检测、LOH计算、等位基因表达与抑制评估、以及等位基因特异性可变剪接鉴定。该图强调了工具整合WES和RNA-seq数据，并利用患者匹配的正常样本作为对照，以准确区分肿瘤特异性改变。

核心亮点

亮点 1｜正常组织中HLA等位基因表达高度变异

在GTEx正常肺和乳腺组织中，HLA-B表达最高，HLA-C次之，HLA-A最低。HLA等位基因表达失衡（AIB）普遍存在，70%的肺和81%的乳腺样本在至少一个HLA基因中表现出显著AIB。等位基因表达水平与等位基因类型相关，例如HLA-A03:01表达较低，HLA-A24:02表达较高。这些结果表明，评估肿瘤HLA表达改变时必须考虑个体等位基因组合和正常组织基线。

图 2　Fig. 2。图2展示了正常肺和乳腺组织中HLA基因表达和可变剪接的基线特征。a-b显示HLA-B表达最高，且肺组织表达普遍高于乳腺。c显示等位基因表达失衡在正常组织中普遍存在。d显示等位基因表达水平与等位基因类型相关。e-f显示外显子5跳跃是最常见的可变剪接事件。g显示大多数剪接事件的新转录本比例较低。h显示同一患者肺和乳腺组织间剪接事件的一致性。

亮点 2｜正常组织中HLA可变剪接频繁发生

在GTEx正常肺和乳腺组织中，97%和87%的样本至少存在一个HLA可变剪接事件。最常见的是外显子5跳跃（肺76%，乳腺69%），该事件可产生可溶性HLA分子。其他事件包括内含子5部分保留和外显子2-4的跳跃，可能产生不稳定或无法呈递抗原的HLA分子。大多数剪接事件的新转录本比例低于0.1，且部分等位基因（如HLA-C*04:01:01:01）在所有样本中均发生外显子5跳跃。

图 3　Fig. 3。图3展示了肿瘤中HLA转录抑制的普遍性及其机制关联。a-b显示在TRACERx和TCGA队列中，大量肿瘤存在HLA等位基因转录抑制，且许多肿瘤同时存在LOH和抑制。c显示双等位基因转录抑制的频率。d显示考虑LOH和抑制后，具有完整HLA等位基因的肿瘤比例显著降低。e显示转录抑制与NLRC5、CIITA和IFNG表达下调相关。

亮点 3｜肿瘤中HLA转录抑制广泛存在

在TRACERx421队列中，61%的LUAD和76%的LUSC肿瘤存在至少一个HLA等位基因的转录抑制（非LOH或突变导致）。结合LOH和抑制，仅27%的LUAD和7%的LUSC肿瘤无任何HLA破坏。在ER+乳腺癌中，56%的肿瘤无HLA破坏。双等位基因转录抑制也较常见，且常表现为等位基因不平衡。转录抑制与NLRC5、CIITA和IFNG表达下调及HLA-B甲基化增加相关。

图 4　Fig. 4。图4展示了肿瘤中HLA可变剪接的特征及其与免疫逃逸的关系。a显示肿瘤富集和肿瘤缺失的可变剪接事件在LUAD、LUSC和ER+乳腺癌中的频率。b显示最常见的事件类型及其肿瘤-正常变化。c显示剪接事件的预测后果，包括移码和提前终止密码子。d显示纯度校正后的新转录本比例。e显示HLA基因在肺癌基因中可变剪接频率排名靠前。f显示LUAD中无LOH或抑制的区域更易发生肿瘤富集剪接。g显示发生肿瘤富集剪接的等位基因具有更高的新抗原负荷。

亮点 4｜肿瘤富集的HLA可变剪接与免疫逃逸相关

在LUAD、LUSC和ER+乳腺癌中，分别有30.6%、10.7%和14.7%的肿瘤存在肿瘤富集的HLA可变剪接事件。最常见的事件是内含子5部分保留和外显子3跳跃。在LUAD中，无LOH或抑制的肿瘤区域更易发生肿瘤富集的可变剪接，且发生可变剪接的等位基因具有更高的新抗原负荷，提示可变剪接可能作为替代机制降低抗原呈递。

图 5　Fig. 5。图5展示了HLA破坏在肿瘤进化中的异质性和趋同进化，及其与转移的关系。a显示可变剪接异质性最高，LOH最低。b-c展示同一肿瘤不同区域通过不同机制破坏同一HLA等位基因的趋同进化案例。d显示转录抑制与CD8 T细胞浸润减少相关。e显示LOH与总HLA表达无显著关联，提示剂量补偿。f显示LUAD中HLA LOH与转移风险增加相关。g显示考虑LOH和抑制后，转移播种区域的有效新抗原负荷显著降低。

亮点 5｜HLA破坏与肿瘤进化和转移相关

在TRACERx多区域样本中，HLA可变剪接异质性最高，其次是转录抑制，LOH异质性最低。30.8%的肿瘤在不同区域通过不同机制破坏同一HLA等位基因，显示趋同进化。LUAD中，HLA LOH与转移风险增加相关。考虑LOH和抑制后，转移播种区域的有效新抗原负荷显著低于非播种区域，表明HLA破坏可能促进转移。

生信可带走

这一块是给做分析的人用的，不是科普点缀。

• 方法栈： WES、RNA-seq、MHC Hammer、TRACERx421、TCGA、GTEx
• 公开数据： 原文未给出公开组学登录号
• 代码： 公开仓库 https://github.com/McGranahanLab/mhc-hammer、https://github.com/VanLoo-lab/ascat；本地已克隆：mhc-hammer、ascat
• 谁该点开原文： 从事肿瘤免疫、癌症进化或生物信息学分析的研究者，尤其是关注HLA和新抗原预测的团队。

带走一句

分析肿瘤HLA破坏时，必须同时考虑遗传和转录组层面，并以患者匹配的正常组织为对照，否则会低估免疫逃逸的复杂性。