文献导读| Immunity: PhIP-seq技术解析IBD患者特异性抗体谱研究

文摘   2024-06-29 07:26   上海  

导语:炎症性肠病(Inflammatory bowel diseases,IBDs)主要包括溃疡性结肠炎(UC)和克罗恩病(CD),是自身免疫介导的慢性疾病,全球约有800万患者。但IBD的发病机制尚不明确,目前多认为是遗传因素导致的个体对肠道微生物的异常免疫造成的。为了补充对IBD特异性抗体表位的研究结果,来自荷兰Groningen大学的团队构建了含超过34万条肽的肠道微生物抗原多肽库(包含VFDB和IEDB等数据库数据),运用PhIP-seq技术检测了497例IBD患者与1326例对照者的血清抗体,全面比较了IBD患者与健康人群的抗体谱差异。

2023年6月,来自荷兰Groningen大学的研究团队在Immunity杂志上发表了探究IBD患者特异性抗体谱的研究。研究团队比较了497例IBD患者与1326例健康对照样本的血清抗体谱,发现了373种在IBD患者组中具有差异抗体反应的多肽(202种抗体反应更强和171种抗体反应更弱),其中17%同时存在于IBD的两种疾病类型CD和UC中,55%仅存在于CD,28%仅存在于UC;尤其对于CD患者,针对细菌鞭毛的抗体反应占主导,与回肠受累、纤维增生狭窄性疾病相关,且与粪便微生物组成无关。得到的IBD患者特异性抗体谱能够显著区分IBD与健康人(曲线下面积AUC = 0.98),且可作为诊断指标,为肠道微生物的异常免疫反应和IBD致病机制的进一步研究提供了依据。


【发表期刊】Immunity

【发布时间】2023年6月

【影响因子】25.5

【核心技术】PhIP-seq

研究背景

炎症性肠病(IBD)的发病机制被认为是遗传和环境因素、肠道微生物群和宿主免疫系统之间复杂相互作用的结果,患者的肠道微生物组成和功能上较常人发生变化,引发粘膜和系统性免疫激活。但人类肠道微生物群包含大量基因和物种,研究带来的工作量较为庞大。本文研究团队借助采用高通量PhIP-seq检测技术, 表征了IBD患者的特异性抗体免疫图谱,识别了特定的疾病特征。

研究路线

主要研究结果

结果一 :PhIP-seq技术流程与实验设计。本研究的抗原库多肽主要来自细菌抗原,还包括益生菌、毒力因子(VFDB)、噬菌体、过敏原和免疫表位(IEDB)等(Fig. 1A&B)。实验设计上首先对得到的抗体表位库进行PCA分析和差异比较,建立了表位预测模型,并探究了抗体表位谱差异与粪便微生物组成的关联性(Fig. 1C)
Fig.1 本实验流程设计。
结果二:IBD患者的全局抗体表位特征。对得到的表位库信息进行主成分分析,发现针对CMV抗原的抗体免疫反应差异能够将数据分为明显的两个聚类(Fig.2C)。对CD和UC患者样本富集的抗原多肽信息进行比较,发现大部分肽在两类群体中共享(Fig.2D-F)。 
Fig.2 IBD患者血清抗体表位库的总体特征。


结果三 :解析IBD患者与健康人群的抗体表位差异。作者对IBD患者与健康个体进行比较,发现了373种差异表达的肽(Fig.3A),其中202种高丰度表达,171种丰度较低。对于不同IBD类型,CD患者中主要检测到的抗原来自细菌鞭毛蛋白和过敏原,而UC患者则是病毒抗原(Fig.3C)。

针对细菌鞭毛抗体在CD患者中高丰度表达的结果,作者进一步探究了CD患者中表达量超过标准15倍的鞭毛抗体结合肽的相关信息(Fig.4A),发现这些鞭毛的蛋白肽可分为三个不同的簇,而这些簇有共同的保守基序,可能是源于鞭毛蛋白的抗体交叉反应(Fig.4B-C)

Fig.3 IBD患者的抗体表位库与健康个体有显著差异。

Fig.4 发现CD患者中针对细菌鞭毛蛋白的高强度抗体反应


结果四 :建立基于抗体表位谱精准区分IBD患者的诊断模型。实验得到的抗体谱在区分CD患者与健康人上效果最为显著(曲线下面积[AUC] = 0.89),优于UC患者vs健康人和CD患者vsUC患者(Fig.5)。选取差异化的肽段,采用递归特征消除(RFE)来建立和优化模型,通过拟合,仅使用10个抗体(Fig.6B)也可较为准确的区分(AUC = 0.87),表明这些特异性的多肽可以用于IBD的诊断。

Fig.5 抗体表位谱能够精确区分出不同类型IBD患者。

Fig.6 基于递归特征消除(RFE)选择的十大抗原肽,依然可以精确区分IBD患者

参考文献

Bourgonje AR, Andreu-Sánchez S, Vogl T, Hu S, Vich Vila A, Gacesa R, Leviatan S, Kurilshikov A, Klompus S, Kalka IN, van Dullemen HM, Weinberger A, Visschedijk MC, Festen EAM, Faber KN, Wijmenga C, Dijkstra G, Segal E, Fu J, Zhernakova A, Weersma RK. Phage-display immunoprecipitation sequencing of the antibody epitope repertoire in inflammatory bowel disease reveals distinct antibody signatures. Immunity. 2023 Jun 13;56(6):1393-1409.e6.


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。

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。

关于公司

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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编辑 | 抗码芯瑞市场部

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