文献导读|Nature communications : PhIP-seq技术用于虫媒病毒感染的研究

文摘 2024-07-30 07:26 上海

导语：虫媒病毒（Arthropod-borne virus，arbovirus）是全球公共卫生面对的重大威胁之一，传统的病毒血清学检测方法不仅费时费力，而且无法有效对不同种病毒进行区分——为此来自约翰霍普金斯大学的团队构建了涵盖691种人类和人畜共患的虫媒病毒蛋白质组的抗原库，并选取人类以及其他动物血清样本，运用PhIP-seq技术进行检测，高通量解析了群体规模上针对虫媒病毒的抗体表位信息。

2024年7月，来自约翰霍普金斯大学的研究团队在Nature communications杂志上发表了关于虫媒病毒感染的研究。研究团队首先在原有的人病毒组抗原库VirScan的基础上补充了虫媒病毒的抗原肽，并在动物样本（山羊、马以及羊驼）、2016年哥伦比亚寨卡疫情期间收集的样本、接种减毒登革热病毒志愿者以及美国国立卫生研究院疫苗研究队列VRC等样本中进行了测试，结果表明新的抗原库ArboScan结合PhIP-seq技术可以检测在人类、动物宿主以及节肢动物媒介中已知和新发现的虫媒病毒的抗体。

【发表期刊】Nature communications

【发布时间】2024年7月

【影响因子】14.7

【核心技术】PhIP-seq

研究背景

在近几十年中，多种流行性强的传染病都是以节肢动物作为媒介进行传播，例如登革热病毒、寨卡病毒和Heartland病毒，这一现象也强调了监测虫媒病毒以及开发相关疫苗的重要性。但由于虫媒病毒基因的多样性限制了核酸检测的范围，而传统血清学检测常受到病毒抗体交叉反应影响，且费时费力。高通量的噬菌体免疫沉淀测序（PhIP-seq）检测技术让大规模的多重检测成为了可能，在本研究中研究团队旨在借助泛虫媒病毒噬菌体库ArboScan和PhIP-seq实现大规模样本针对虫媒病毒的抗体反应检测，为了便于解释抗体谱解析结果，研究团队整合样本中抗体靶向的抗原肽的抗体反应强度和广度，用算法生成的病毒总反应评分（VARscore）来表征总抗体反应，并用数据库中一个含615例的队列验证了其有效且无偏。

研究路线

主要研究结果

结果一：使用ArboScan库进行动物血清样本IgG分析。作者首先在原有抗原库的基础上补充构建了ArboScan（Fig. 1b），并评估了其性能（Fig. 1c，AUC=0.98）。基于虫媒病毒的传播依赖节肢动物作为媒介，实验发现通过ArboScan在喂食24小时后蚊子的血餐中仍能检测到抗体反应（Fig. 1d），表明分析节肢动物血餐间接监测虫媒病毒是可行的。还对被马亚罗病毒、寨卡病毒和日本脑炎病毒感染的羊驼、山羊和马的抗体进行剖析，四只马亚罗病毒挑战实验的羊驼有三只发生了血清转换；所有三只山羊在接受寨卡病毒挑战后都产生了可检测到的中和抗体效价；所有接受日本脑炎病毒接种的马匹都表现出强烈的抗体反应（Fig. 1e）。

Fig.1 使用ArboScan库进行IgG分析

结果二：分析寨卡病毒感染者的抗体表位。使用ArboScan评估在2016年寨卡病毒流行期间于哥伦比亚出现发热症状的患者的虫媒病毒抗体反应，每位参与者寨卡病毒核酸检测均为阳性，还检测了登革病毒（与寨卡病毒同属黄病毒）的抗体反应。结果显示登革病毒是预先存在的抗黄病毒抗体的最常见靶标，处于恢复期个体的血清样本显示对登革病毒、西尼罗河病毒和黄热病毒的反应性增加，没有登革病毒暴露史的个体通常产生仅对登革病毒和寨卡病毒反应的抗体来抗击寨卡病毒感染（Fig. 2a）,且寨卡病毒VARscore与其中和抗体具有强相关性（p<2.4×10^−6，Fig. 2b）。此外在少数有登革病毒暴露史的急性期患者中发现针对寨卡病毒衣壳（C）、包膜（E）、非结构蛋白1（NS1）、非结构蛋白2b（NS2b）和非结构蛋白5（RNA依赖RNA聚合酶，NS5）的交叉抗体反应，为区分原发性和继发性黄病毒感染提供了补充（Fig. 2c）。

Fig.2 分析寨卡病毒感染者的抗体反应

结果三：分析接种减毒登革热病毒个体的抗体反应。研究团队评估了一组接受血清型特异性重组登革病毒疫苗或减毒株的个体的抗虫媒病毒抗体反应，预期是要求是对所有4种登革病毒、黄热病毒、圣路易斯脑炎病毒、西尼罗河病毒和寨卡病毒进行PRNT50检测均为阴性，观察到接种登革病毒后对其他黄病毒的异型抗体反应的诱导效应最小（Fig. 3a）。将ArboScan抗体谱与每种登革病毒血清型的PRNT数据进行了关联性比较，只有登革病毒3型特异性的VARscore在挑战实验中与PRNT相关（Fig. 3b）。

Fig.3 对减毒登革热病毒接种个体的抗体反应分析

结果四：针对登革热包膜蛋白表位反应与登革热病毒中和抗体的相关性。研究团队紧接着对登革病毒挑战试验后抗体靶向的表位特异性进行了分析，为了定义与血清型中和相关的特定表位反应相关性，我们计算了ArboScan中每个登革病毒肽与登革病毒1、2和3型PRNT之间的Pearson和Spearman相关系数，发现与登革病毒斑块减少中和滴度（PRNT）显著相关的肽大多数位于包膜（E）区域（Fig. 4a）。在哥伦比亚Zika队列中，与表位3重叠的肽的反应与所有4种登革病毒血清型的中和抗体反应相关（Fig. 4b），该表位即融合环（fusion loop）。

Fig.4 登革热包膜E蛋白与中和抗体反应相关性

结果五：对ArboScan所有黄病毒融合环抗体反应评估。融合环已被描述为登革病毒抗体交叉反应的靶标，这些抗体保护个体免受寨卡病毒感染，是中和所有登革病毒抗体的靶标，以及介导ADE抗体的靶标，为此研究团队评估了对融合环的抗体交叉反应在所有已知黄病毒中的广度（Fig. 5a），发现每个个体在寨卡病毒感染后对融合环都观察到了明显的抗体反应，19个预先存在黄病毒抗体的个体中有16个也对融合环产生了反应。通过对四个样本的融合环肽进行多重序列比对，核心DRGWGNGCGLFGKG motif（登革病毒1型 E 97-111）在几乎所有通过蚊子传播的黄病毒中完全保守。寨卡病毒融合环抗体反应也与寨卡病毒中和抗体反应相关（Fig. 5b）。

Fig.5 融合环反应性的广度评估

参考文献

Morgenlander, W.R., Chia, W.N., Parra, B. et al. Precision arbovirus serology with a pan-arbovirus peptidome. Nat Commun 15, 5833 (2024).

关于PhIP-seq技术

噬菌体免疫沉淀测序（Phage-immunoprecipitation sequencing, PhIP-seq）技术是一种高通量抗体谱检测技术，结合了高容量噬菌体展示多肽库、抗体免疫沉淀及高通量测序技术。该项技术可针对数十万种抗原进行血清抗体检测，全面绘制血清抗体谱，是免疫力相关研究的有力工具。

PhIP-seq技术原理

首先选择目标抗原数据库，利用生信分析将每个蛋白切分成连续的具有重叠区的肽段。然后根据肽段序列合成对应的DNA寡核苷酸，连接到载体上并包装成T7噬菌体展示多肽库，即多肽抗原库。当样本血清与多肽抗原库孵育后，通过Protein G/A的磁珠富集抗体特异性的噬菌体，后续将噬菌体DNA进行PCR扩增、建库及测序获得抗原多肽序列，通过分析即可得到血液抗体表位谱组成，进而实现对相关疾病抗体组成特征的解析。

六大噬菌体展示肽库

全国独家定制六大抗体组库，助力解析恶性肿瘤、自身免疫性疾病、病毒感染、致病菌感染、肠道菌群及过敏原抗体组谱组成。

抗码芯瑞可提供抗原库定制服务，欢迎来电咨询

PhIP-seq技术应用方向

疾病biomarker筛选、病因学研究、免疫力解码研究、疫苗疗效评估。

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上海抗码芯瑞生物科技有限公司（简称“抗码芯瑞”），由上海交通大学知名教授领衔创立，深耕蛋白组、抗体组领域研究超过20年。公司一直致力于抗体组学前沿技术方法的持续开发及成果转化，建立了国内领先的噬菌体免疫沉淀测序（PhIP-seq)技术平台，独家定制六大抗原组库，并可提供定制化抗原建库服务。抗码芯瑞开展基于PhIP-seq平台的高通量筛选、数据分析及后续验证等技术服务，为抗体组学研究提供整体解决方案。

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