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疾病与药物研究

两项研究探究人体对SARS-CoV-2变体和疫苗的独特易感性

2021年01月05日 浏览量: 评论(0) 来源:生物谷 作者: 责任编辑:admin
摘要:在免疫系统成分中具有不同遗传变异的人对SARS-CoV-2的免疫反应往往非常不同。他们对疫苗的反应也会不同。我们最近讨论了新发现的控制SARS-CoV-2易感性的免疫基因变异的几个来源。

在免疫系统成分中具有不同遗传变异的人对SARS-CoV-2的免疫反应往往非常不同。他们对疫苗的反应也会不同。同样的道理,SARS-CoV-2中新出现的变异也会在相同的免疫系统中引起不同的免疫反应。在我们如今面对的更大的现实中,必须同时考虑上述所有潜在的变异。

我们最近讨论了新发现的控制SARS-CoV-2易感性的免疫基因变异的几个来源。例如,携带尼安德特人基因DPP4或裂解刺突蛋白的蛋白酶TMPRSS2的返祖版本的现代人似乎具有较高的重症COVID-19风险。其他变异,如东亚人常见的高表达TMEM1B基因或硫酸乙酰肝素合成途径的基因发生的变异,有助于解释某些人群中COVID-19的严重程度不成比例。

两篇论文---一篇近期发表在Nature Immunology期刊上,另一篇近期发表在Science期刊上---将新出现的基因列表扩展到包括病毒或疫苗引发的抗体结构变异。这些变异包括丰富的IgG1亚型的抗RBD(受体结合结构域)抗体的一种特殊的翻译后修饰,称为去岩藻糖基化(afucosylation)。这本质上意味着,由于这样或那样的原因,去岩藻糖基化的抗体在关键的结构位置缺少了一个岩藻糖分子。

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图片来自Science, 2020, doi:10.1126/science.abc8378。


为了更直观地了解缺乏岩藻糖分子的影响,请考虑一下标准的IgG抗体分子结构。IgG抗体的可变部分,即Y形抗体分子的双臂,被称为Fab区域,包含与病毒刺突蛋白相互作用的表位。IgG抗体的单个底部区域包含了恒定的Fc片段,顺便说一下,位于在N297位点上的糖基化修饰物可能包含了岩藻糖。在一种几乎类似分形的特异性功能中,这种糖基化修饰物也有与母抗体相似的双触角结构(biantennary structure),只是规模小得多,而且用多种糖代替氨基酸。岩藻糖本身悬挂在这种糖聚集物的茎部(stem),就像这些糖聚集物挂在抗体上一样。

对于熟悉一种称为泛素化的相关翻译后修饰类型的人来说,N-聚糖连接形成了一种代码,很像所谓的泛素代码。泛素代码由各种磷酸化或乙酰化的泛素(SUMO或NEDD)的线性亚基和分支亚基组成,而N-聚糖代码则由一个七糖核心组成,该七糖核心可以通过选择性的酶促糖基化反应进一步用核心岩藻糖、末端半乳糖(Gal)、末端唾液酸(Sia)和二等分GlcNAc加以扩展。

这两篇新论文的作者发现重症COVID-19患者,特别是男性患者,出现带有去岩藻糖基化的Fc聚糖的IgG1抗体的可能性增加。事实证明,去岩藻糖基化的净结果是增强了与免疫激活Fcγ受体FcγRIIIA的相互作用和结合。这随后增加了单核细胞产生IL-6和TNF等细胞因子。需要注意的是,人IgG的典型Fc受体包括激活性的Fc受体(FcγRI、FcγRIIA、FcγRIIC、FcγRIIIA和FcγRIIIB)和抑制性的Fc受体(FcγRIIB)。大多数免疫效应细胞同时表达激活性和抑制性FcγR,因此IgG相互作用的净结果通常可以预测为特定激活性IgG受体与抑制性IgG受体的结合亲和力之比。

这些研究人员首先利用蛋白纯化和胰蛋白酶消化从患者血清中分离出相关的IgG。纳米级液相色谱-串联质谱联用技术通常用于表征潜在糖基化位点。但是,他们真正想得到的是更定量地描述受体结合受去岩藻糖基化影响的程度。为此,可供选择的各种久经考验的生物物理技术包括表面等离子体共振(SPR)、等温滴定量热法(ITC)、微尺度热法(MST)和生物层干涉法(BLI)。

Nature Immunology论文的作者选择使用生物层干涉法(BLI),它产生了作为时间函数的结合图(以纳米为单位),他们可以从中得出动力学常数。BLI是一种光学的、无标签的技术,可以分析从两个表面反射的白光的干涉模式。一个表面是位于生物传感器尖端上的固定化蛋白层,而另一个表面是内部参考。当固定在生物传感器尖端表面的配体与溶液中的分析物结合时,就可以实时测量发生变化的干涉模式。

去岩藻糖基化的IgG被发现与FcγRIIIa的亲和力增加了20-40倍。这有助于解释观察到的表达FcγRIIIA的前线肺部清道夫,即肺泡巨噬细胞,进入抗体依赖性细胞吞噬的激活状态。虽然在急性呼吸窘迫综合征(ARDS)患者的抗刺突蛋白反应中可以看到Fc岩藻糖基化的降低,但其他研究已发现,在几种癌症中都存在高水平的岩藻糖基化。在尝试产生高滴度的恢复期免疫球蛋白药物时,可能重要的是应当使用富含岩藻糖基化的抗SARS-CoV-2抗体的血浆。虽然形成的靶向病毒的岩藻糖基化IgG一般会介导更强的FcγRIIIa反应,但是它们往往会放大细胞因子风暴和免疫病理。

虽然协助构建聚糖链的许多基因(比如粘糖基转移酶FUT2的编码基因)中的变异可能会被预计在患者反应中发挥作用,但也许一个更加迫切的关注点是对疫苗的抗体反应的差异。在一连串的好消息中,辉瑞公司新型mRNA疫苗的实际核酸序列被慷慨地公布于众。最快做出回应并试图破译这一启示的是一个叫Bert Hubert的人,他很快为我们解读了这一消息。

这种mRNA疫苗代码的主要区别是尿嘧啶被1-甲基-3'-假尿苷(标示为Ψ)取代。虽然Ψ并没有诱导我们免疫系统的激活,但是它仍然被细胞的翻译、转录和复制复合物接受为正常的尿嘧啶。其他奇怪的特征是两个脯氨酸的替换以稳定SARS-CoV-2刺突结构,以及在主要的刺突蛋白编码序列之前和之后部署特殊的5'和3'非翻译区域。Bert承诺将在几天内发布对该序列的第二次深入研究,这无疑是许多人急切期待的。

参考资料:

1.Saborni Chakraborty et al. Proinflammatory IgG Fc structures in patients with severe COVID-19. Nature Immunology, 2020, doi:10.1038/s41590-020-00828-7.

2.Mads Delbo Larsen et al. Afucosylated IgG characterizes enveloped viral responses and correlates with COVID-19 severity. Science, 2020, doi:10.1126/science.abc8378.

3.Unique susceptibility to unique Sars-CoV-2 variants and vaccines
https://medicalxpress.com/news/2020-12-unique-susceptibility-sars-cov-variants-vaccines.html

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