我院陶生策課題組與華中科技大學(xué)范雄林等合作揭示新冠病毒非結(jié)構(gòu)蛋白抗體響應(yīng)的特征
? ? ? ?由新冠病毒（SARS-CoV-2）引發(fā)的疫情給人類社會(huì)帶來(lái)了深遠(yuǎn)的影響。盡管疫苗對(duì)疫情起到了顯著的遏制作用，但我們對(duì)于新冠病毒（SARS-CoV-2）的感染性、致病性等方方面面的理解仍甚為缺乏。深入剖析新冠病毒與宿主之間不同層次的相互作用對(duì)于最終控制冠狀病毒屬所引發(fā)的疫情十分必要。除了刺突蛋白Spike（簡(jiǎn)稱S）和核衣殼蛋白Nucleocapsid（簡(jiǎn)稱N）等結(jié)構(gòu)蛋白外，新冠病毒可在細(xì)胞內(nèi)表達(dá)一系列的非結(jié)構(gòu)蛋白（non-structural/accessory proteins），這些蛋白對(duì)于病毒的復(fù)制、免疫逃逸十分重要。
? ? ? ?2021年6月26，Cell Reports在線發(fā)表了由上海交通大學(xué)陶生策團(tuán)隊(duì)、華中科技大學(xué)范雄林團(tuán)隊(duì)、華中科技大學(xué)附屬同濟(jì)醫(yī)院的汪峰/孫自鏞團(tuán)隊(duì)合作的研究成果“Antibody landscape against SARS-CoV-2 proteome reveals significant differences between non-structural/ accessory proteins and structural proteins”。這項(xiàng)工作基于此前開(kāi)發(fā)的新冠病毒蛋白質(zhì)組芯片（鏈接到Bioart：陶生策團(tuán)隊(duì)合作開(kāi)發(fā)SARS-CoV-2蛋白質(zhì)組芯片全局性分析新冠病人血清IgG&IgM應(yīng)答）篩選了2360例新冠病人血清和601例對(duì)照血清，系統(tǒng)地描繪了新冠病毒非結(jié)構(gòu)蛋白的抗體響應(yīng)的強(qiáng)度、動(dòng)態(tài)變化以及與疾病的相關(guān)程度，發(fā)現(xiàn)非結(jié)構(gòu)蛋白的抗體反應(yīng)模式與結(jié)構(gòu)蛋白存在顯著差異。
? ? ? ?首先，以對(duì)照血清的信號(hào)強(qiáng)度為基線，作者定量分析了各蛋白的抗體響應(yīng)強(qiáng)度和陽(yáng)性率（圖1），發(fā)現(xiàn)NSP1，NSP7，NSP8，RbRd，ORF3b以及ORF9b具有廣泛的抗體響應(yīng)，在病人群體中陽(yáng)性率 >25%。
圖1. 新冠病人血清針對(duì)新冠病毒各蛋白的IgG抗體響應(yīng)（信號(hào)強(qiáng)度分布及陽(yáng)性率）
? ? ? ?為了探究非結(jié)構(gòu)蛋白之間以及非結(jié)構(gòu)蛋白同結(jié)構(gòu)蛋白之間的免疫響應(yīng)是否存在關(guān)聯(lián)，作者進(jìn)一步分析了它們之間的相關(guān)性。分析發(fā)現(xiàn)，非結(jié)構(gòu)蛋白的抗體響應(yīng)之間呈現(xiàn)較強(qiáng)的相關(guān)和連鎖效應(yīng)，而令人意外的是，非結(jié)構(gòu)蛋白與S或N蛋白之間則無(wú)顯著關(guān)聯(lián)（圖2）。這些結(jié)果提示，非結(jié)構(gòu)蛋白的免疫路徑或與結(jié)構(gòu)蛋白存在差異。有意思的是，NSP7，NSP8和RdRp的響應(yīng)具有更為顯著的相關(guān)性，這或與它們可形成復(fù)合物有關(guān)。
圖2. 各蛋白之間抗體響應(yīng)的相關(guān)性。a, b. 分別以NSP7和S1為參照，評(píng)估其它蛋白抗體響應(yīng)的連鎖效應(yīng)。c. 各蛋白抗體水平的相關(guān)系數(shù)矩陣。d-g. 不同蛋白之間抗體水平的相關(guān)性分析或結(jié)構(gòu)分析。
? ? ? ?作者進(jìn)一步分析了非結(jié)構(gòu)蛋白的抗體響應(yīng)與疾病嚴(yán)重程度的相關(guān)性。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，相比于S和N蛋白，NSP7等非結(jié)構(gòu)蛋白的抗體響應(yīng)與疾病嚴(yán)重程度更為相關(guān)，且隨著抗體水平的升高，病人的癥狀更為嚴(yán)重或死亡概率有所增加（圖3）。盡管中和抗體可高效的抑制病毒的侵入，但是有嚴(yán)重癥狀的病人體內(nèi)的中和抗體水平并非顯著下降，反而呈現(xiàn)一定的負(fù)相關(guān)，即嚴(yán)重的病人體內(nèi)傾向于誘發(fā)更高水平的抗體。這其中的內(nèi)在聯(lián)系仍是目前亟待研究的重要科學(xué)問(wèn)題。本文的發(fā)現(xiàn)提示非結(jié)構(gòu)蛋白所觸發(fā)的免疫反應(yīng)或在加重疾病中扮演更為重要的角色。
圖3. 蛋白抗體響應(yīng)同疾病嚴(yán)重程度相關(guān)。a-h. 不同病人組別（輕癥，重癥和死亡）中，各蛋白抗體陽(yáng)性率（上）及抗體響應(yīng)水平（下）。
? ? ? ?通過(guò)對(duì)時(shí)序樣本的分析，作者發(fā)現(xiàn)，非結(jié)構(gòu)蛋白的抗體水平和陽(yáng)性率很快（發(fā)病后20天左右）就呈現(xiàn)顯著的下降趨勢(shì)（圖4），而S或N蛋白的抗體水平和陽(yáng)性率則相對(duì)更為穩(wěn)定。這些結(jié)果均提示非結(jié)構(gòu)蛋白與結(jié)構(gòu)蛋白的抗體響應(yīng)存在顯著的差異。
圖4. 非結(jié)構(gòu)蛋白抗體響應(yīng)的動(dòng)態(tài)變化。a-b. 根據(jù)發(fā)病時(shí)間（day）統(tǒng)計(jì)各病人抗體水平的平均值（a）及陽(yáng)性率（b）并繪制趨勢(shì)線。不同顏色分別代表不同組別病人。
? ? ? ?綜上所述，該研究重點(diǎn)描述了新冠病毒非結(jié)構(gòu)蛋白在病人中的抗體響應(yīng)規(guī)律，發(fā)現(xiàn)其響應(yīng)特征與結(jié)構(gòu)蛋白（S和N）存在明顯的差異。這些研究提示，新冠病毒的結(jié)構(gòu)蛋白和非結(jié)構(gòu)蛋白觸發(fā)免疫響應(yīng)或依賴于不同的路徑，并且對(duì)于疾病的嚴(yán)重程度具有不同程度的相關(guān)性。非結(jié)構(gòu)蛋白抗體的病理性作用有待進(jìn)一步研究。
? ? ? ?本項(xiàng)研究的共同第一作者為李陽(yáng)，許釗葳，雷清，賴丹昀和侯紅艷，共同通訊為陶生策（上海交通大學(xué)），范雄林（華中科技大學(xué)），汪峰（華中科技大學(xué)附屬同濟(jì)醫(yī)院）。
原文鏈接：?https://www.cell.com/cell-reports/fulltext/S2211-1247(21)00789-0
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稿件來(lái)源：陶生策課題組
圖文編輯：王華瑤
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