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【新进展】于晓波合作团队开发国际首个新冠病毒全蛋白质组血液抗体检测多肽芯片

首页 » 研究 » 检验 2020-11-06 于晓波 赞(2)
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导读
国家蛋白质科学中心-北京于晓波研究员团队设计和开发出了国际上第一款新冠病毒全蛋白质组多肽芯片。

  截至2020年11月,新型冠状病毒已经蔓延到全球超过200个国家或地区,累计国外报告确诊病例超过4000万,累计死亡超过100万例。因此,攻克新冠肺炎,开发快速诊断试剂和抗病毒特效药物刻不容缓!然而人类对新冠病毒这一新出现的病毒还不十分了解,使得新冠肺炎的及时控制、早期检测和治疗具有巨大的挑战。新冠病毒感染人体后会迅速被人体免疫系统识别,产生大量的抗体,并在一段时间内维持比较高的水平。对于一些恢复期病人体内还可产生中和性抗体,成功鉴定中和性抗体可以阻断病毒与靶细胞受体,防止侵入细胞,达到治疗的目的。全面检测不同症型新冠肺炎患者在治疗前后血液中抗体水平变化规律,鉴定用于新冠肺炎早期检测、严重程度评估和用于治疗伴随诊断的抗体标志物分子,进而开发出诊断试剂和治疗药物对于新冠肺炎的精准医疗具有非常重要的意义【1-2】。

  通过与联合北京协和医院李永哲教授和首都医科大学附属北京朝阳医院郭树彬教授、腾飞博士合作,国家蛋白质科学中心-北京于晓波研究员团队设计和开发出了国际上第一款新冠病毒全蛋白质组多肽芯片。该芯片包含966个多肽和纯化的N、S和E蛋白探针,只需要1.5个小时就可实现对新冠患者血清中上千个病毒抗体的全景式检测,并可精确到抗体的氨基酸表位。该芯片具有高度的灵敏度(94pg/mL)、重复性(r=0.99)、良好的动力学范围(~2个数量级)和高度的重复性(r相关性系数>0.99),可广泛用于新冠病毒抗体的大规模检测,免疫反应动态监测,抗体试剂和药物的表位分析,发现诊断标志物抗体和治疗性抗体等(图1)。项目文章“SARS-CoV-2 proteome microarray for mapping COVID-19 antibody interactions at amino acid resolution”于2020年3月28日率先公开在bioRxiv预印版平台,经过同行评议于10月21日正式发表在化学旗舰期刊ACS Central Science (SCI影响因子:12.685,一区)【3】。
图1新冠肺炎病毒全蛋白质组学多肽芯片的制备和应用。

  采用该芯片,他们首先评价了新冠病毒蛋白抗体的特异性和交叉反应,鉴定了抗体的识别氨基酸表位。证明市场上的冠状病毒的抗体试剂对于新冠病毒蛋白具有较高的特异性,经过本芯片评价后可用于新冠病毒蛋白检测试剂的开发。接着,他们筛选了10例新冠肺炎轻症病人血清,构建了新冠肺炎病人血清中新冠病毒蛋白抗体的全景式图谱(图2)。结果表明宿主感染新冠病毒后可以对大部分病毒蛋白产生抗体,尤其是具有诊断和治疗价值N和S蛋白,可以通过芯片结果描绘出这些蛋白的抗体结合氨基酸表位。进一步结构分析发现N蛋白的RNA结合域的表位分布在Loop区,而S蛋白的表位分布在表面和内部(图3),通过对比健康对照发现和鉴定了6个有望用于新冠肺炎早期检测的抗体标志物分子(图4)。

图2早期新冠患者血液中新冠病毒结构蛋白和附属蛋白抗体免疫反应的全景式分析。(a)和(b)分别为IgM和IgG的抗体免疫反应。

图3抗体表位在N蛋白和S蛋白结构上的分布。

  最后,他们从三名新冠肺炎病人血清中首次发现中和性抗体可能结合到靶标刺突蛋白的线性表位(456-FRKSN-460)(图4),进而抑制病毒感染宿主细胞。该表位在之后的同行研究中得到证实(Science . 2020 Jun 12;368(6496):1274-1278.)。说明一部分人在感染新冠病毒后会产生阻断病毒入侵的中和性抗体,进而达到自愈的目的。

图4  新冠病毒蛋白质组芯片鉴定潜在的诊断用和中和性抗体。
(a)验证新冠肺炎检测标志物分子。(b)为新冠病毒S-RBD-ACE2结合界面多肽的免疫反应。(c)Epitope Mapping技术鉴定抗体结合的氨基酸表位。(d)结构分析抗体结合到S-RBD-ACE2复合体的表位位置并预测中和性抗体。
  ACS Central Science期刊介绍:

  ACS Central Science (https://pubs.acs.org/journal/acscii/)is a multidisciplinary journal that publishes articles of exceptional quality and interest to the broad chemistry and scientific community. The journal addresses important advances in fundamental areas of chemistry, as well as applied and interdisciplinary research highlighting the seminal role of chemistry in a wide range of other scientific disciplines. The Editors place a premium on articles deemed to be of exceptional scientific quality, originality, significance, and breadth of interest to the global chemistry community. New journal articles appear online as soon as they are ready for publication ahead of the online issue published monthly.


参考文献:
1.Meng Xu1 , Dan Wang, Hongye Wang, Xiaomei Zhang, Te Liang, Jiayu Dai, Meng Li, Jiahui Zhang, Kai Zhang, Danke Xu#, Xiaobo Yu#. COVID-19 diagnostic testing: Technology perspective. Clin Transl Med. 2020 Aug;10(4):e158. doi: 10.1002/ctm2.158.

2.Xin Hou1, Xiaomei Zhang1, Xian Wu, 1 Minya Lu1, Dan Wang, Meng Xu, Hongye Wang, Jiayu Dai, Hu Duan, Yingchun Xu, Xiaobo Yu#, and Yongzhe Li#. Serum protein profiling reveals a landscape of inflammation and immune signaling in early-stage COVID-19 infection. Mol Cell Proteomics, August 11, 2020, mcp.RP120.002128. (Highlight 文章)

3.Hongye Wang1, Xin, Hou1, Xiaomei Zhang1, Xian Wu1, Te Liang, Dan Wang, Jiayu Dai, Fei Teng, Shubin Guo, Yongzhe Li# and Xiaobo Yu#. A SARS-CoV-2 proteome microarray for massive mapping antibody interactions at amino acid resolution. ACS Central Science, 10.1021/acscentsci.0c00742.

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