免疫肽组学:解码病原体肽以提供更有效的疫苗

人类白细胞抗原(hla)，也被称为主要组织相容性复合体，是癌症的核心驱动因素适应性免疫。第II类HLAs(hla - ii)显示在树突状细胞和B细胞上，并通过肽呈递在细胞和体液水平上引发免疫反应。hla - ii特别重要，因为它们提供来自外部环境和细胞表面的蛋白质的细胞外肽。

人们普遍认为，增加我们对hla - ii所显示的肽结合基序的了解，对于理解它们可能呈现的肽链至关重要，因此，对于病原体所显示的某些蛋白质的免疫反应的特异性也至关重要。

到目前为止，算法已被用于确定HLA-II群体在受到特定病原体攻击时的优势肽结合基序。但是，这些算法容易出错，不能提供肽抗原呈递的准确视图。现在，利用免疫肽组学和液相色谱串联质谱强大的分离和检测能力(质/女士)，可以准确地定位HLA-II结合肽。这一见解提供了开发疫苗的潜力，这些疫苗不仅具有更大的特异性，而且还能在人群水平上引起更广泛的免疫反应。

本文探讨了如何使用免疫肽组学来准确确定HLA-II肽结合基序及其最近在探索响应SARS-CoV-2的肽呈现中的应用，证明了该技术能够揭示支持治疗开发的额外见解。

了解肽呈现的途径

为了理解HLA- ii肽结合基序的重要性，我们必须首先探索HLA在适应性免疫中的作用。HLA-II复合物具有双重目的，既可以识别并引起对外来病原体(如细菌、真菌和病毒)的免疫反应，又可以通过自我识别抑制对人体自身细胞的免疫反应。

当树突状细胞遇到病原体时，它们被激活，吞噬病原体并产生显示在HLA-II结构上的肽片段。树突状细胞移动到淋巴结，在那里激活CD4+ T细胞。存在于CD4+ T细胞上的受体是高度多样化的，当受体与确切的HLA-II复合物相对应时，连同其显示的肽，该T细胞被激活。

同时，B细胞也利用随机产生的固定B细胞抗体对外界环境进行采样。如果特定的b细胞受体对特定的蛋白质有亲和力，它将内化并处理它，在HLA-II复合物中显示选择的肽。当活化的CD4+ T细胞遇到具有与其受体互补的HLA-II复合物的B细胞时，它将与B细胞结合并激活B细胞。然后B细胞增殖并开始抗体突变，此时大量产生高亲和力抗体来驱动体液反应。正是这种反应传递了疫苗的有效性，通过以这种方式激活CD4+ T细胞和B细胞，研究人员希望开发出在人群中表现出广泛效力的疫苗。

从预测算法到精确识别

HLA-II受体具有高度的多样性和异质结构;每个人都有两个等位基因，虽然有些等位基因很常见，但很多是罕见的。这些等位基因对应的肽结合基序高度多样化，并对某些氨基酸序列具有亲和力，然而，异种HLA-II等位基因可能呈现相同的病原体肽片段。识别和分离泛结合肽，即那些可以附着在异质hla上并产生簇效应的肽，对于希望在人群中传递广泛免疫的疫苗的生产具有重大意义。

目前，我们对肽结合基序的了解主要基于生化结合分析数据，这些数据已被编译并用于创建预测算法，表明可能启动簇效应并传递更广泛免疫的肽链。但是这些算法还不够精确，不足以推动更有效的疫苗开发，以应对具有大流行潜力的新型病毒的挑战 比如SARS-CoV-2 。为了提高疫苗效力和传递更广泛的适应性免疫，科学家们可以利用LC-MS/MS技术来确定精确的肽序列，这将促进HLA-II簇效应。

破解SARS-CoV-2刺突糖蛋白

免疫肽组学领域，利用质谱法研究hla呈现的肽，已用于病原体的疫苗设计，如 结核分枝杆菌 ¹人类疱疹病毒6B²但在COVID-19大流行期间脱颖而出。

随着COVID-19疫苗的开发，一项新的免疫肽组学研究开始了，目的是研究在SARS-CoV-2刺突糖蛋白攻击时HLA-II复合物中显示的肽。^3.

刺突糖蛋白在疫苗开发中有很大的兴趣，因为已知它驱动相互作用，使细胞结合和进入。受体结合蛋白(RBD)位于刺突结构内，与人血管紧张素转换酶(ACE2)相互作用，促进病毒进入，ACE2表达的改变与COVID-19相关的许多病理有关。⁴出于这个原因，许多被批准用于对抗SARS-CoV-2的疫苗都依赖于针对刺突糖蛋白的体液反应。

利用mhc相关肽蛋白质组学(MAPPs)测定，科学家们从COVID-19出现前收集的血液样本中提取树突状细胞，以确保事先没有对该病毒的免疫知识。然后从样品中分离出未成熟的树突状细胞，并用SARS-CoV-2刺突糖蛋白处理。成熟和裂解后，利用免疫沉淀法从细胞中分离出HLA-II复合物，利用高灵敏度LC-MS/MS鉴定HLA-II抗原衍生肽。共鉴定出876条肽序列，其中526条为独特序列。肽长度的分布表明这些肽具有HLA-II显示的特征(见图1)。

然后将具有突出显示集中HLA-II结合核心的共同序列的肽分成簇并绘制到蛋白质热图上，每条线代表一个单独的供体，深红色表示更多的肽(见图2)。


共识簇代表结合多个hla - ii的肽，并在供体中发生。在刺突糖蛋白的S1-NTD, RBD和S '区观察到几个一致的簇。总体而言，每个供体大约有17-18个聚簇肽，所有供体都有一些一致的聚簇，总共观察到11个一致的聚簇。

然后将该实验的结果与预测算法进行比较，以确定两种方法之间的一致性。在通过免疫肽组学观察到的11个共识簇中，只有两个是由软件预测的。

破解更有效疫苗的密码

在COVID-19疫苗开发的初始阶段，一些早期模型针对SARS-CoV-2刺突糖蛋白的RBD区域。⁵根据对COVID-19患者中rbd特异性抗体的早期观察，这似乎是一条合乎逻辑的途径。然而，通过免疫肽组学生成的热图^3.在刺突糖蛋白的S1-NTD、RBD和S '区域发现了一致的聚集性，表明RBD特异性疫苗可能无法在人群中提供足够的免疫力。与许多COVID-19疫苗一样，通过使用全尖峰糖蛋白，由于存在其他活性簇，导致某些HLA-II簇失活的点突变风险将降低。

免疫肽组学已经表明，预测算法不能提供共识簇的全貌 并且可能抑制科学家进行快速和准确的疫苗开发的能力这在对付新型病毒时尤其有害，因为在这种情况下，可能需要迅速、有效的开发来防止大流行的发生。随着高灵敏度LC-MS/MS的最新发展，现在可以准确地检测和分离HLA-II肽结合基序，并将这些基序与可以通过疫苗接种驱动适应性免疫的病原体肽联系起来。

当新的病原体出现时，确定在尽可能大的人群中引起HLA-II反应的肽是制造提供广泛和持久免疫的有效疫苗的关键阶段。这一深刻见解还将帮助科学家了解病毒快速突变时对适应性免疫的潜在影响。随着科学家们在全球范围内努力控制COVID-19，采用这种详细的方法来了解适应性免疫的基本驱动因素，将确保未来快速开发出更广泛、更有效和更持久的疫苗。

引用:

1. 李建军，李建军，李建军，等。结核疫苗MHC呈递抗原的鉴定NPJ疫苗。2020; 5(1): 2。doi:10.1038 / s41541 - 019 - 0148 - y
2. 一步 量 李建军，李建军，李建军，等。自然加工HLA 量 DR3 量 限制它 量 6B肽被广泛认为具有多功能性和细胞毒性CD4 T 量 细胞的反应。欧洲J免疫。2019; 49(8): 1167 - 1185。doi:10.1002 / eji.201948126
3. kninierman MD, Lannan MB, Spindler LJ, McMillian CL, Konrad RJ, Siegel RW。SARS-CoV-2刺突糖蛋白的人白细胞抗原II类免疫肽穹窿。细胞代表。2020; 33(9): 108454。doi:10.1016 / j.celrep.2020.108454
4. Bourgonje AR, Abdulle AE, Timens W等。血管紧张素转换酶2 (ACE2)、SARS - CoV - 2与2019冠状病毒病(COVID - 19)的病理生理中华病毒学杂志，2010;31(3):228-248。doi: 10.1002 / path.5471
5. 杨军，王伟，陈志，等。一种针对SARS-CoV-2 S蛋白RBD的疫苗可诱导保护性免疫。 自然 。2020, 586(7830): 572 - 577。doi: 10.1038 / s41586 - 020 - 2599 - 8