Soluble HLA Peptidomics 可溶性免疫肽组学

免疫肽组学自新世纪以来,主流叙事几乎都围绕膜结合型人白细胞抗原(mHLA)展开:从肿瘤组织富集HLA–肽复合物,用质谱读出呈递肽,进而寻找肿瘤特异抗原或新抗原[1]。这条路线的问题在于样本本身——它依赖外科手术取得的组织,且天然是一次性的快照。同一肿瘤无法在治疗后重复取材,这从根本上限制了免疫肽组学向纵向监测方向的延伸。而在这一主叙事之外,始终存在一条未被充分开采的旁路:血浆里的可溶性HLA(sHLA)。

sHLA的生成机制并不神秘。细胞表面及胞内的HLA–肽复合物,可通过膜金属蛋白酶切割释放出约35 kDa的胞外片段,可通过可变剪接产生缺失跨膜结构域的39 kDa分泌型异构体,也可随膜泡(外泌体等)以43 kDa完整分子形式脱落[1][4][5]。关键在于,无论哪种形式,脱落后仍携带原先装载的肽段。这使血浆不仅是游散的蛋白质池,更是一个全身蛋白降解与呈递活动的取样副本。早在1996年即有证据显示,sHLA-I可诱导同种异体反应性细胞毒性T淋巴细胞凋亡,提示其可能扮演T细胞监视的诱饵角色[6];在癌症、感染、炎症状态下,sHLA水平普遍升高,这也支撑了它作为免疫调控分子与循环标志物的双重身份。

可溶性HLA的三种释放机制——膜蛋白酶脱落、可变剪接、膜泡夹带;以及经典mHLA组织路线与IMBAS-MS血浆路线的工作流对比

把sHLA的肽cargo当作研究对象,真正的起点是2010年Admon团队的PNAS论文[1]。他们用泛HLA-I单抗(W6/32)做一步免疫亲和纯化,从数毫升血浆中鉴定出数以千计的sHLA肽,并在急性髓系白血病、急性淋巴细胞白血病与多发性骨髓瘤患者中,发现血浆sHLA肽组与肿瘤细胞来源的mHLA肽组高度重叠,重叠率可达86%至89%。Hickman与Yewdell在同期配发的评论中,把这一思路称为从血浆免疫肽组中挖矿,并坦率指出其价值兑现取决于通量与大队列这两块短板[2]。如今回望,这句判断几乎预言了其后十五年的走向。该文还记录了约2至5毫升血浆需换取数百至数千条肽,这一投入产出比在很长一段时间内没有得到根本改善,致使多数研究止步于概念验证。

中间年景里,进展更多体现在体液选择上。Admon团队2022年把目光转向胸腔积液:恶性胸水紧贴肿瘤微环境,是天然的近肿瘤液体,用≥10毫升积液即鉴定出39,669条肽、归属11,305个源蛋白,其中包含癌睾抗原、肺相关蛋白与血管内皮生长因子通路蛋白,且若干肽段在体外成功致敏CD8+ T细胞[7]。与此同时,Erasmus团队2020年的综述系统梳理了sHLA的定量文献,指出现有基于ELISA的sHLA水平测定结果彼此矛盾,真正有希望的是对肽cargo的定性分析,这一判断与后续技术路线高度契合[3]

2024年Mann团队发表IMBAS-MS,把sHLA免疫肽组学从数毫升血浆换数百条肽,推入200微升血浆换逾五千条肽的新阶段[8]。其聪明之处是三件已知事物的正确组合。亲和体系的替换是第一步:以生物素化抗体加链霉亲和素磁珠,取代传统Protein A/G的化学交联,省去血浆预清除,且富集、洗涤、洗脱全程一锅完成,把亲和纯化损失压到最低——文献原本报道的免疫沉淀肽损失可达17.5%至99%,这正是限制通量的主要环节[9]。仪器端的灵敏度量变紧随其后:Evosep One配合timsTOF SCP/Ultra,采用100 nL/min超低流量的Whisper梯度,31分钟完成一次进样,以低流速换取深度。计算端则完成了破局:免疫肽组学一直苦于缺少可复用的谱图库,IMBAS-MS用AlphaPeptDeep生成个体化预测谱库,仅约千条DDA种子肽即可扩增出数十万乃至上百万个前体离子,再以数据非依赖采集(DIA)配合,把单样本深度推到近13,000条肽;六位供体、28种等位基因累计近40,000条独特肽,其中HLA-C0401的呈递肽数量甚至超出了Immune Epitope Database的记录。

沿用旧路的另一支,是Monash团队2025年的SAPrIm 2.0[10]。它没有切换亲和体系,仍用交联W6/32磁珠,但引入自动化与可变窗口DIA,日处理12个样本,100微升至1毫升血浆可鉴定1,200至4,000条肽,并以技术重复、生物重复与跨天重复证明了良好的稳定性,定位为中通量队列研究工具。与IMBAS-MS相比,SAPrIm的深度不及前者,却胜在体系成熟、基线清晰,可作为规模队列的稳妥选项。

笔者自制(英文):体液sHLA免疫肽组学十五年轨迹——所需样本体积下降约20倍,单样本深度同步上升
体液sHLA免疫肽组学十五年轨迹——所需样本体积下降约20倍,单样本深度同步上升

就科学价值而言,sHLA免疫肽组学的意义溢出技术本身。IMBAS-MS把血浆sHLA肽组与29种健康组织的蛋白质组比对,发现其器官来源特征高度相关(R²在0.8至0.84之间),甚至能捕捉到脑特异来源的肽,这等于给全身蛋白降解活动装了一个无创的取样器[8]。健康供体的血浆免疫肽组在一年尺度上高度稳定,拥有重叠HLA配型者之间肽段重叠可达50%,这样的稳定性使得健康个体溯源基线、以自身为对照的设计成为可能,而这正是循环标志物研究最稀缺也最难建立的东西。同时,sHLA也是等位基因特异性肽库的低成本工厂:无需获取特定组织,即可从任意供体血液中累积某一HLA等位基因的天然呈递肽,对NetMHC等结合预测器的训练、以及构建人类免疫肽组图谱的愿景都有直接价值。

转化意义上的前景同样诱人,但更需冷静。sHLA肽组与液体活检领域的基因路线(如循环肿瘤DNA)是互补而非替代:它不依赖体细胞突变,能覆盖癌睾抗原与非突变来源的异常表达蛋白,因而在免疫治疗靶点发现上更具全蛋白质组的广度[11]。然而其硬伤同样明显。肿瘤分数稀释首当其冲——血浆sHLA主要来自血细胞与正常组织,肿瘤贡献的比例远低于ctDNA中的突变信号,如何在体液中放大肿瘤特异的微弱信号尚无定论。HLA多态性使得通用标志物几乎不可能,只能走向按HLA基因型分层的精准标志物[9]。最具悖论性的一点是,肿瘤经常通过下调抗原加工与呈递机制来逃避免疫监视,此时sHLA信号非但不会升高,反而可能消失,这使得以sHLA升高作诊断的方向性存疑。

更现实的制约,是2010年评论已然点破、至今仍待回答的问题[2]:小体积肿瘤能否被检出,sHLA方法对占多数的上皮性癌是否同样适用,都缺乏大队列证据。当前所有工作基本停留于健康供体与少量癌症患者的探索阶段,尚无一个经过严格验证的患者队列。加之免疫沉淀回收率在不同实验室间的巨大差异(17.5%至99%)[9],以及磷酸化、脱酰胺、糖基化修饰肽与蛋白酶剪接肽大多被标准流程遗漏[9],sHLA免疫肽组学距离临床常规还有相当距离。

 

[1]: Bassani-Sternberg M, Barnea E, Beer I, Avivi I, Katz T, Admon A. Soluble plasma HLA peptidome as a potential source for cancer biomarkers. Proc Natl Acad Sci USA. 2010;107(44):18769–18776.
[2]: Hickman HD, Yewdell JW. Mining the plasma immunopeptidome for cancer peptides as biomarkers and beyond. Proc Natl Acad Sci USA. 2010;107(44).
[3]: Kessler AL, Bruno MJ, Buschow SI. The potential of soluble human leukocyte antigen molecules for early cancer detection and therapeutic vaccine design. Vaccines. 2020;8(4):775.
[4]: Krangel MS. Secretion of HLA-A and -B antigens via an alternative RNA splicing pathway. J Exp Med. 1986;163(5):1173–1190.
[5]: Demaria S, Bushkin Y. Soluble HLA proteins with bound peptides are released from the cell surface by the membrane metalloproteinase. Hum Immunol. 2000;61(12):1332–1338.
[6]: Zavazava N, Kronke M. Soluble HLA class I molecules induce apoptosis in alloreactive cytotoxic T lymphocytes. Nat Med. 1996;2(9):1005–1010.
[7]: Khazan-Kost S, Cafri G, Melamed Kadosh D, et al. Soluble HLA peptidome of pleural effusions is a valuable source for tumor antigens. J Immunother Cancer. 2022;10(5):e003733.
[8]: Wahle M, Thielert M, Zwiebel M, Skowronek P, Zeng W-F, Mann M. IMBAS-MS discovers organ-specific HLA peptide patterns in plasma. Mol Cell Proteomics. 2024;23(1):100689.
[9]: Tanuwidjaya E, Schittenhelm RB, Faridi P. Soluble HLA peptidome: a new resource for cancer biomarkers. Front Oncol. 2022;12:1069635.
[10]: Tanuwidjaya E, Lim Kam Sian TCC, Steele JR, et al. SAPrIm 2.0: a semi-automated protocol for mid-throughput soluble HLA immunopeptidomics. Front Immunol. 2025;16:1546629.
[11]: Pantel K, Masmoudi D, Alix-Panabieres C. Towards liquid biopsy-based analysis of antitumour immunity. Nat Rev Clin Oncol. 2026.

内容经AI校正和润色,审慎阅读

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免疫肽组学自新世纪以来,主流叙事几乎都围绕膜结合型人白细胞抗原(mHLA)展开:从肿瘤组织富集HLA–肽复合物,用质谱读出呈递肽,进而寻找肿瘤特异抗原或新抗原[1]。这条路线的问题在于样本本身—