抗腦干神經元自身抗體與新冠COVID-19的關聯詳解

 
 
 
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，但自身免疫反應被認為可能涉及其中，然而相關的抗原未知。該研究團隊預測三個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對重癥COVID-19患者和輕癥對照組血清和腦脊液進行篩查，結果證實COVID-19患者針對所預測表位IgG和IgM的存在。重癥患者抗腦干蛋白表位的IgG水平明顯高于對照組。這些新發現的抗神經元抗體可能是生物標志物，而針對這些特定表位的免疫調節可能被用于有針對性的治療。
 
      該研究團隊之前確定了三個與腦干相關的蛋白質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：（1）呼吸衰竭和/或具有急性神經系統癥狀的COVID-19患者  血清和腦脊液中具有針對這三種蛋白質的自身抗體。 (2) 三個共有的六肽是抗體表位。基于如上假設，該研究團隊設計一個包含88個多肽的微陣列芯片，用于檢測自身抗體。
 


 
      研究人員選擇包含DAB1、AIFM1和SURF1神經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9個氨基酸，形成15個氨基酸長度的重疊肽段。在肽段的兩端使用GSGSGSG連接子進行延長，以確保肽段的穩定性和可檢測性。所有88個肽段都進行了復點，以確保實驗結果的準確性和可靠性。在多肽芯片上還包含了8個HA （肽序列YPYDVPDYAG）對照點和7個Polio （肽序列KEVPALTAVETGAT）對照點，用于檢測背景干擾和驗證實驗的準確性。在進行主要實驗之前，對多肽芯片進行了預處理，包括使用二抗和對照抗體進行預染色，以排除可能的背景干擾。通過使用InnoScan 掃描儀對多肽芯片進行掃描。采用PepSlide Analyser 軟件將熒光強度分解為原始信號、前景信號和背景信號，并計算出平均中位前景強度和點間偏差。

InnoScan 710-IR 微陣列掃描儀

 
      采用所設計的多肽芯片對COVID-19患者血清和腦脊液樣本進行自身抗體篩查，結果證實COVID-19患者樣品中存在預測表位的IgG和IgM抗體 ，且重癥患者對應的IgG水平顯著高于對照組（圖1，圖2）。重癥與輕度感染的 16 份血清相比，重癥 COVID 患者IgM 多肽芯片結合信號相似，相關數據文章中未詳細描述。總的來說，抗體與三種抗原的結合，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 多肽芯片結合情況。
 
 
 
圖 1. 14 名嚴重感染COVID-19患者血清針對 DAB1、AIFM1 和 SURF1 的自身抗體。 a) 晶體學和模型結構顯示三種靶蛋白已知構象狀態下暴露的預測和確認的表位位點。因此，自身抗體可自由接近這些位點進行識別和結合。 AIFM1 以二聚體形式存在。 3D 插圖是使用Protein Imager基于晶體學數據和結構預測制作。 b) 熱圖顯示 14 名重癥 COVID-19 患者的血清 IgG 反應（頂部熱圖），針對 SARS-CoV-2 、作為交叉反應對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 ）人類表位結合的 IgM。 c）14 名患者的平均免疫熒光強度和針對 DAB1、AIFM1 和 SURF1 的預測表位進行繪圖。 （FI=熒光強度）。
 
 

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

圖 3. 22 名嚴重感染 COVID-19 患者腦脊液針對 DAB1、AIFM1 和 SURF1 的自身抗體。上圖顯示針對不同患者腦脊液IgG 與病毒蛋白的反應，中圖顯示腦脊液IgG 與所預測人類多肽序列結合，下圖顯示了腦脊液IgM結合相同序列的情況。 (FI=熒光強度)。
 
      該研究揭示COVID-19患者針對腦干神經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的標志物。這些發現為早期識別高風險患者提供了可能，并為重癥COVID-19的治療和管理提供了新的方向。此外，研究結果還揭示了自身免疫反應在疾病發展中的潛在作用，為未來針對神經元抗原的免疫調節治療提供了新思路。對于長期COVID后遺癥的研究，這些抗體可能為神經精神后遺癥的治療提供新途徑。因此，該研究的發現具有重要的臨床和科學意義，有望為COVID-19相關的神經系統并發癥的診斷、治療和預防提供重要的啟示。
 
 
 
 
文獻原文鏈接：  https://doi.org/10.1016/j.ebiom.2022.104211