2024年7月分子模拟+AI专题讲座
适应性免疫（Adaptive immunity）由T细胞和B细胞介导，它们具有生成针对特定病原体的记忆能力，保护机体避免再次感染。这种特异性识别基于病原体（pathogens）中的特定靶标——抗原的识别，特别是抗原表面的特定部分，即表位（epitopes）。而表位鉴定在疾病研究、疫苗设计、免疫监测等领域具有重要意义。表位鉴定方法多样，包括通过抗原-抗体复合物结构分析、肽文库筛选、抗原突变功能测定等鉴定B细胞表位，以及利用MHC多聚体、淋巴细胞增殖或ELISPOT测定等方法检测T细胞表位。
传统方法虽有效但成本高且耗时长，因此，计算机预测方法如B细胞表位预测、MHC-I/II类抗原肽结合活性预测等被开发并应用，以提高效率并减轻实验负担。
图 | B细胞表位识别。B细胞表位是抗原的溶剂暴露部分，其与分泌的和细胞结合的免疫球蛋白结合。
图 | T细胞表位识别
T细胞表位(T-cell epitopes )是衍生自抗原的肽，并且当与APC的细胞表面上展示的MHC分子结合时被T细胞受体（T-cell receptor,TCR）识别。
（a）CD4 T细胞表达CD4辅助受体，其结合MHC II，并识别由MHC II分子呈递的肽。
（b）CD8 T细胞表达CD8辅助受体，其结合MHC I，并识别由MHC I分子呈递的肽。
图片来源：https://qinqianshan.com/biology/antibody/t-cell-b-cell-epitope-prediction/
创腾科技的MaXFlow平台可以利用人工智能技术实现MHC-I类和MHC-II类结合活性预测、B细胞表位预测：
1
MHC-I结合活性预测
该功能使用的是基于循环神经网络和注意力机制的AI预测模型，以高质量的MHC-I分子数据集作为输入进行结合活性预测。只需要输入蛋白序列，即可预测MHC-I分子结合肽段序列以及肽段与MHC-I的结合活性值。
图 | MHC-I结合活性预测工作流
图 | MHC-I结合活性预测结果
2
MHC-II结合活性预测
该功能采用了一种带注意力机制的递归神经网络结构。与之前的方法不同，本方法无需对输入样本进行预处理或后处理，且通过注意力机制不仅能提供高精度的结合亲和力预测，还能揭示肽段与MHC-II序列间结合机制的生物学洞见。该功能也是只需要输入蛋白序列，即可预测MHC-II分子结合肽段序列以及肽段与MHC-II的结合活性值，若是结合还会显示结合强弱。
图 | MHC-I结合活性预测工作流
图 | MHC-II结合活性预测结果
3
B细胞表位预测
利用抗原的序列进行线性B细胞表位预测，获得在抗原抗体的结合反应中抗原参与结合的部位。组件模型使用了AI自然语言处理中的词嵌入方法，将蛋白质序列编码为特征向量，再利用以RBF（Radial Basis Function Kernel，径向基函数 ）作为内核的SVM（Support Vector Machine，支持向量机）算法，实现对输入肽段进行是否为B细胞表位的二分类判断。组件提供多个利用不同数据集进行训练获得的预测模型。该功能只需要输入抗原序列，根据抗原所属的类型选择对应的预测模型，即可预测剪切后的肽段为Epitope的预测概率。
图 | B细胞表位预测工作流
图 | B细胞表位预测结果
疫苗设计：
通过预测B细胞表位和MHC-I/MHC-II类结合肽，科学家可以设计出能有效激活特异性免疫应答的疫苗成分，这些疫苗能够针对性地诱导抗体或细胞免疫反应，对抗病毒、细菌感染或癌症。
感染性疾病预防与诊断：
了解哪些肽段能有效结合MHC分子并激活T细胞，有助于开发用于感染性疾病早期诊断的免疫诊断试剂，以及指导抗原选择，以提高疫苗的保护效率。
癌症免疫疗法：
识别肿瘤相关新抗原的MHC结合肽对于个性化癌症免疫治疗至关重要。通过精准预测这些肽段，可以筛选出适合特定患者的治疗靶点，进而设计个性化疫苗或免疫细胞疗法。
自身免疫疾病研究：
在自身免疫疾病中，错误识别自体抗原的T细胞导致免疫系统攻击自身组织。MHC-I/II类结合活性预测有助于揭示自身免疫反应背后的机制，为疾病诊断和治疗策略提供依据。
食品领域：
可以用于分析虾中的蛋白质，比如原肌球蛋白（myotrophin）、精氨酸激酶（arginine kinase），通过预测B细胞表位和MHC结合活性，可以识别出潜在的过敏原性肽段，这对于开发低过敏性的虾产品和诊断试剂盒非常有帮助。还可以用于小麦主要过敏原的预测，小麦中的过敏原主要包括醇溶蛋白（gliadin）、麦谷蛋白（glutenin）等。通过预测这些蛋白质上的B细胞和T细胞表位，可以更好地理解小麦过敏的机制，并为无麸质产品的开发提供指导。
本次讲座会结合案例来跟大家探讨T细胞和B细胞表位预测能为生命科学领域带来哪些便利：
1
了解T细胞和B细胞介导免疫反应的过程
2
解析MHC-I和MHC-II分子结构特点
3
MaXFlow中T细胞和B细胞表位预测算法特点
4
T细胞和B细胞表位预测的应用案例
7月30日 14:00
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