抗腦干神經(jīng)元自身抗體與新冠COVID-19的關(guān)聯(lián)詳解

 
 
 
概述：了解 SARS-CoV-2 如何影響腦干呼吸中樞可能有助于預(yù)防重癥患者需要輔助呼吸的情況。 盡管病毒入侵腦組織的可能性較低，但自身免疫反應(yīng)被認(rèn)為可能涉及其中，然而相關(guān)的抗原未知。該研究團(tuán)隊(duì)預(yù)測(cè)三個(gè)特定腦干蛋白抗體表位可能涉及其中。通過使用多肽微陣列技術(shù)對(duì)重癥COVID-19患者和輕癥對(duì)照組血清和腦脊液進(jìn)行篩查，結(jié)果證實(shí)COVID-19患者針對(duì)所預(yù)測(cè)表位IgG和IgM的存在。重癥患者抗腦干蛋白表位的IgG水平明顯高于對(duì)照組。這些新發(fā)現(xiàn)的抗神經(jīng)元抗體可能是生物標(biāo)志物，而針對(duì)這些特定表位的免疫調(diào)節(jié)可能被用于有針對(duì)性的治療。
 
      該研究團(tuán)隊(duì)之前確定了三個(gè)與腦干相關(guān)的蛋白質(zhì)disabled homolog 1（DAB1）、apoptosis-inducing-factor-1（AIFM1）和surfeit-locus-protein-1（SURF1）與SARS-CoV-2 共有三種潛在的免疫原性六氨基酸序列，即GSQASS、LNEVAK 和 SAAEAS（表 1）。 并假設(shè)：（1）呼吸衰竭和/或具有急性神經(jīng)系統(tǒng)癥狀的COVID-19患者  血清和腦脊液中具有針對(duì)這三種蛋白質(zhì)的自身抗體。 (2) 三個(gè)共有的六肽是抗體表位�；�于如上假設(shè)，該研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)一個(gè)包含88個(gè)多肽的微陣列芯片，用于檢測(cè)自身抗體。
 


 
      研究人員選擇包含DAB1、AIFM1和SURF1神經(jīng)元蛋白的特定免疫決定性肽段（GSQAASS、LNEVAK和SAAEAS），并在這些肽段的前后各延長(zhǎng)9個(gè)氨基酸，形成15個(gè)氨基酸長(zhǎng)度的重疊肽段。在肽段的兩端使用GSGSGSG連接子進(jìn)行延長(zhǎng)，以確保肽段的穩(wěn)定性和可檢測(cè)性。所有88個(gè)肽段都進(jìn)行了復(fù)點(diǎn)，以確保實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。在多肽芯片上還包含了8個(gè)HA （肽序列YPYDVPDYAG）對(duì)照點(diǎn)和7個(gè)Polio （肽序列KEVPALTAVETGAT）對(duì)照點(diǎn)，用于檢測(cè)背景干擾和驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性。在進(jìn)行主要實(shí)驗(yàn)之前，對(duì)多肽芯片進(jìn)行了預(yù)處理，包括使用二抗和對(duì)照抗體進(jìn)行預(yù)染色，以排除可能的背景干擾。通過使用InnoScan 掃描儀對(duì)多肽芯片進(jìn)行掃描。采用PepSlide Analyser 軟件將熒光強(qiáng)度分解為原始信號(hào)、前景信號(hào)和背景信號(hào)，并計(jì)算出平均中位前景強(qiáng)度和點(diǎn)間偏差。

InnoScan 710-IR 微陣列掃描儀

 
      采用所設(shè)計(jì)的多肽芯片對(duì)COVID-19患者血清和腦脊液樣本進(jìn)行自身抗體篩查，結(jié)果證實(shí)COVID-19患者樣品中存在預(yù)測(cè)表位的IgG和IgM抗體 ，且重癥患者對(duì)應(yīng)的IgG水平顯著高于對(duì)照組（圖1，圖2）。重癥與輕度感染的 16 份血清相比，重癥 COVID 患者IgM 多肽芯片結(jié)合信號(hào)相似，相關(guān)數(shù)據(jù)文章中未詳細(xì)描述。總的來說，抗體與三種抗原的結(jié)合，血清樣品高于腦脊液樣品。 圖3所示22 名患者的腦脊液 IgM 和 IgG 多肽芯片結(jié)合情況。
 
 
 
圖 1. 14 名嚴(yán)重感染COVID-19患者血清針對(duì) DAB1、AIFM1 和 SURF1 的自身抗體。 a) 晶體學(xué)和模型結(jié)構(gòu)顯示三種靶蛋白已知構(gòu)象狀態(tài)下暴露的預(yù)測(cè)和確認(rèn)的表位位點(diǎn)。因此，自身抗體可自由接近這些位點(diǎn)進(jìn)行識(shí)別和結(jié)合。 AIFM1 以二聚體形式存在。 3D 插圖是使用Protein Imager基于晶體學(xué)數(shù)據(jù)和結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)制作。 b) 熱圖顯示 14 名重癥 COVID-19 患者的血清 IgG 反應(yīng)（頂部熱圖），針對(duì) SARS-CoV-2 、作為交叉反應(yīng)對(duì)照的普通感冒冠狀病毒（OC43、229E、HKU1、NL63）以及與自身抗原 （DAB1、AIFM1 和 SURF1 ）人類表位結(jié)合的 IgM。 c）14 名患者的平均免疫熒光強(qiáng)度和針對(duì) DAB1、AIFM1 和 SURF1 的預(yù)測(cè)表位進(jìn)行繪圖。 （FI=熒光強(qiáng)度）。
 
 

圖 2. 嚴(yán)重與輕癥COVID-19 患者血清IgG對(duì) DAB1、AIFM1 和 SURF1結(jié)合存在顯著差異。 a) 上方熱圖顯示血清 IgG 與三種神經(jīng)元自身抗原的表位結(jié)合是COVID-19嚴(yán)重患者 (S-COVID) 的特征，下方熱圖顯示大多數(shù)COVID-19輕度患者（M-COVID）不存在與相同自身抗原結(jié)合的IgG 。 b) a 圖中熱圖呈現(xiàn)的兩組患者免疫熒光強(qiáng)度值進(jìn)行平均，并根據(jù) DAB1、AIFM1 和 SURF1 的預(yù)測(cè)表位進(jìn)行繪圖，以便在嚴(yán)重和輕度患者之間進(jìn)行直接比較。 (FI=熒光強(qiáng)度)。
 
 
 

圖 3. 22 名嚴(yán)重感染 COVID-19 患者腦脊液針對(duì) DAB1、AIFM1 和 SURF1 的自身抗體。上圖顯示針對(duì)不同患者腦脊液IgG 與病毒蛋白的反應(yīng)，中圖顯示腦脊液IgG 與所預(yù)測(cè)人類多肽序列結(jié)合，下圖顯示了腦脊液IgM結(jié)合相同序列的情況。 (FI=熒光強(qiáng)度)。
 
      該研究揭示COVID-19患者針對(duì)腦干神經(jīng)元蛋白自身抗體水平在重癥患者中顯著升高，這可能成為重癥COVID-19的標(biāo)志物。這些發(fā)現(xiàn)為早期識(shí)別高風(fēng)險(xiǎn)患者提供了可能，并為重癥COVID-19的治療和管理提供了新的方向。此外，研究結(jié)果還揭示了自身免疫反應(yīng)在疾病發(fā)展中的潛在作用，為未來針對(duì)神經(jīng)元抗原的免疫調(diào)節(jié)治療提供了新思路。對(duì)于長(zhǎng)期COVID后遺癥的研究，這些抗體可能為神經(jīng)精神后遺癥的治療提供新途徑。因此，該研究的發(fā)現(xiàn)具有重要的臨床和科學(xué)意義，有望為COVID-19相關(guān)的神經(jīng)系統(tǒng)并發(fā)癥的診斷、治療和預(yù)防提供重要的啟示。
 
 
 
 
文獻(xiàn)原文鏈接：  https://doi.org/10.1016/j.ebiom.2022.104211