摘要：哈佛大學(xué)的研究人員證實(shí)了人類免疫系統(tǒng)并非隨機(jī)地針對病毒蛋白某個位點(diǎn)產(chǎn)生抗體，免疫顯性公共抗體反應(yīng)——偏向?qū)Σ《灸承┍砦划a(chǎn)生抗體反應(yīng)，是由種系編碼的氨基酸結(jié)合(GRAB)基序驅(qū)動的，這對病毒施加的選擇性壓力會影響宿主-病原體共同進(jìn)化，也可對疫苗設(shè)計產(chǎn)生影響。

盡管抗體庫有著巨大的多樣性，但已有尚未明確證實(shí)的跡象表明，人類的免疫系統(tǒng)并非隨機(jī)地針對病毒蛋白質(zhì)的任意位點(diǎn)。不同的個體在暴露于某種病原體后會產(chǎn)生針對抗原中完全相同的表位的抗體。免疫顯性公共抗體反應(yīng)是一種廣泛共享的對病原體的免疫反應(yīng)，在不同的人身上，病毒蛋白質(zhì)上相同的表位最終會被相同的抗體(公共抗體)靶向，這種現(xiàn)象背后的免疫機(jī)制尚不清楚。這一對“某些抗原表位的偏向”現(xiàn)象似乎反映了我們免疫系統(tǒng)的高效傾向，但有時卻會讓我們變得脆弱。也就是說，它可能會導(dǎo)致我們總是重復(fù)產(chǎn)生針對相同靶點(diǎn)的抗體，即使這些抗體沒有保護(hù)作用。或者，它可以給SARS-CoV-2等病毒提供一種逃避免疫反應(yīng)的簡單方法。例如，一種病毒可以使少數(shù)目標(biāo)殘基發(fā)生突變，從而獲得戰(zhàn)勝許多人普遍擁有的抗體的能力。

抗體是由發(fā)生在免疫球蛋白重鏈和輕鏈基因中的DNA重組機(jī)制產(chǎn)生的，其中模塊化的VDJ(重鏈)和VJ(輕鏈)基因片段組合組裝而成?？贵w庫的巨大復(fù)雜性使得許多物種可以產(chǎn)生針對幾乎任何蛋白質(zhì)的抗體。然而，當(dāng)不同的個體暴露于特定的病原體時，他們通常會對病原體的相同精確的蛋白質(zhì)區(qū)域(或表位)產(chǎn)生抗體反應(yīng)。這些反復(fù)出現(xiàn)的抗體對免疫顯性“公共表位”的反應(yīng)機(jī)制尚不清楚。在這項研究之前，有跡象表明，人類的免疫系統(tǒng)并不是隨機(jī)地針對病毒蛋白質(zhì)的位點(diǎn)。在一些孤立的例子中，研究人員發(fā)現(xiàn)不同個體之間會出現(xiàn)同樣的——鎖定相同的病毒蛋白質(zhì)位點(diǎn)(稱為表位)——的抗體反應(yīng)。

根據(jù)哈佛大學(xué)的研究人員領(lǐng)導(dǎo)的一項新研究表明，由于種系編碼的氨基酸結(jié)合(GRAB)基序，抗體的產(chǎn)生遠(yuǎn)非隨機(jī)的。GRAB基序代表了抗體庫結(jié)構(gòu)的種系編碼成分，使抗體易于識別特定結(jié)構(gòu)，從而影響表位的選擇和組成。這項名為“種系編碼的氨基酸結(jié)合基序驅(qū)動免疫顯性公共抗體反應(yīng)”的研究報告發(fā)表在《Science》雜志上。

圖1 研究表明由于種系編碼的氨基酸結(jié)合(GRAB)基序，抗體的產(chǎn)生遠(yuǎn)非隨機(jī)的

該團(tuán)隊使用了Brigham和哈佛醫(yī)學(xué)院教授Stephen J. Elledge實(shí)驗(yàn)室在2015年開發(fā)的一種名為VirScan的噬菌體展示平臺——用于展示篩選覆蓋整個人類病毒的肽庫，以高通量方式從一大群個體中識別抗病毒抗體的表位。該工具可以檢測數(shù)千個病毒表位(抗體識別和結(jié)合的病毒上的位點(diǎn))，并從一滴血中提供一個人的免疫歷史的快照。在這項新研究中，研究人員使用VirScan分析了來自美國、秘魯和法國參與者的569份血液樣本。他們發(fā)現(xiàn)，識別公共表位是人類抗體反應(yīng)的一個普遍特征，許多人類V基因片段含有種系編碼的氨基酸結(jié)合(GRAB)基序，這些基序結(jié)合特定的氨基酸，對抗體識別至關(guān)重要。此外，對小鼠和人類GRAB基序的比較發(fā)現(xiàn)只有部分重疊，這可能解釋了不同物種偏向針對不同的公共表位。

通過以高分辨率繪制來自51種病毒的376個免疫顯性“公共表位”，并表征它們的幾種同源抗體，研究人員得出結(jié)論：抗體中的種系編碼序列驅(qū)動了重復(fù)性識別。對抗體-抗原結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)分析發(fā)現(xiàn)，在重V基因段和輕V基因段中，有18個人類和21個部分重疊的小鼠種系編碼氨基酸結(jié)合(GRAB)基序（motif），在案例研究中，這些基序被證明對公共表位識別至關(guān)重要。GRAB基序代表了免疫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的一個基本組成部分，它促進(jìn)了病原體的識別，并導(dǎo)致了物種特異性的公共抗體反應(yīng)，可以對病原體施加選擇性壓力。GRAB基序?qū)?yīng)于特別擅長挑選特定氨基酸的抗體區(qū)域。它們有助于解釋為什么人類抗體傾向于集中在這些氨基酸可以結(jié)合的區(qū)域，從而反復(fù)結(jié)合相同的點(diǎn)。少量的突變可以幫助病毒避免被這些共享抗體檢測到，使病毒重新感染先前免疫的人群。

他們繪制了來自51種病毒的376個免疫顯性公共表位的單氨基酸分辨率。來自不同個體的識別同一公共表位的抗體通常(i)共享輕鏈同型(kappa或lambda)和(ii)結(jié)合表位中相同的精確關(guān)鍵殘基。公共表位顯示出偏倚的氨基酸組成，包括在公共表位的邊界賴氨酸顯著富集，由lambda輕鏈抗體識別。他們詳細(xì)檢查了50個B細(xì)胞受體識別三種模式公共表位，并觀察到保守的V基因片段使用，但幾乎沒有重鏈CDR3序列的保守，這表明關(guān)鍵特異性決定因素位于V基因片段本身。PDB中抗體-抗原復(fù)合物的結(jié)構(gòu)分析揭示了18個人V基因片段，這些片段含有種系編碼的氨基酸結(jié)合(GRAB)基序，這些基序?qū)ｉT與特定的氨基酸結(jié)合。其中包括6個密切相關(guān)的lambda V基因片段，具有類似的針對邊界賴氨酸的GRAB基序。他們證實(shí)，鑒定的GRAB基序?qū)τ趦煞N模型公共表位的抗體識別至關(guān)重要。對小鼠抗體-抗原結(jié)構(gòu)的分析顯示，21 V基因片段編碼的GRAB基序僅與人類GRAB基序部分重疊，這可能解釋了為什么跨物種識別的公共表位之間幾乎沒有重疊。因此，人類對免疫顯性公共表位的體液免疫反應(yīng)的顯著趨同和不同物種對公共表位的不同選擇似乎有一個結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。

抗體對免疫顯性公共表位的反復(fù)反應(yīng)是體液免疫的一般特征，是由GRAB基序驅(qū)動的，GRAB基序是抗體庫結(jié)構(gòu)的一種種系編碼成分，易于使抗體識別特定結(jié)構(gòu)，從而影響表位的選擇和組成。公共表位的出現(xiàn)可能部分是因?yàn)樗鼈冏钊菀妆籊RAB基序識別，因此可以與相對較大的B細(xì)胞前體庫結(jié)合。GRAB基序的進(jìn)化可能是為了確保有效的抗體對病原體的反應(yīng);它們在種群中產(chǎn)生的反復(fù)反應(yīng)可能對病原體施加選擇壓力，并影響宿主-病原體的共同進(jìn)化。

圖2 抗體對免疫顯性公共表位的反復(fù)反應(yīng)是由GRAB基序驅(qū)動

“我們在免疫系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)了一種潛在的結(jié)構(gòu)，它會導(dǎo)致人們，無論他們生活在世界上哪個地方，產(chǎn)生基本上相同的抗體，讓病毒能夠避開極少數(shù)的目標(biāo)，從而重新感染人們，并繼續(xù)擴(kuò)大和進(jìn)一步進(jìn)化。”有趣的是，研究小組注意到，非人類物種產(chǎn)生的抗體可以識別與人類識別的不同的公共表位。而且，雖然一個人更有可能產(chǎn)生針對公共表位的抗體，但有些人確實(shí)會產(chǎn)生更罕見的抗體，這可能更有效地保護(hù)他們免受再次感染。這些見解可能對開發(fā)針對COVID-19的治療方法(如單克隆抗體)以及疫苗設(shè)計產(chǎn)生重要影響。“越獨(dú)特的抗體可能讓病毒越難以逃避。”“在我們考慮設(shè)計更好的療法和疫苗時，(這一點(diǎn))很重要。”“我們的研究可能有助于解釋我們在COVID-19大流行期間看到的許多模式，特別是在再次感染方面，”通訊作者、Brigham和哈佛醫(yī)學(xué)院教授Stephen J. Elledge博士表示：“我們的發(fā)現(xiàn)可以幫助了解免疫預(yù)測，并可能改變?nèi)藗儗γ庖卟呗缘目捶ā?rdquo;

[1]Germline-encoded amino acid–binding motifs drive immunodominant public antibody responses