2全蛋白质组芯片全面揭示早期新冠肺炎患者血清

作者：杨超月

于晓波/李永哲团队采用SARS-CoV-2全蛋白质组芯片全面揭示早期新冠肺炎患者血清中病毒抗体的表达和分布规律

2020-04-29 08:31 来源:BioArt

原标题：于晓波/李永哲团队采用SARS-CoV-2全蛋白质组芯片全面揭示早期新冠肺炎患者血清中病毒抗体的表达和分布规律

责编丨兮

2020年3月28日，国家蛋白质科学中心-北京（凤凰中心）于晓波研究员/北京协和医院 李永哲教授在预印版平台 bioRxiv上发表文章 SARS-CoV-2 proteome microarray for mapping COVID-19 antibody interactions at amino acid resolution【1】（于晓波/李永哲合作团队研发出可实现氨基酸水平血清抗体全景式扫描的SARS-COV-2蛋白质组芯片），设计和开发出了SARS-CoV-2病毒全蛋白质组多肽芯片。该芯片包含966个多肽和纯化的N、S和E蛋白探针，只需要1.5个小时就可实现对新冠病人血清血浆中结合到SARS-CoV-2病毒蛋白氨基酸序列的抗体进行全景式的扫描。该芯片可广泛用于新冠病毒抗体的大规模检测，免疫反应动态监测，抗体试剂和药物的表位分析，发现诊断标志物抗体和治疗性抗体等。

2020年4月20日，该团队在预印版平台 medRxiv上再次发表文章 Proteome-wide analysis of differentially-expressed SARS-CoV-2 antibodies in early COVID-19 infection【2】，全面系统地检测和分析了早期新冠肺炎患者和疑似患者血清中新冠病毒抗体的表达和分布规律（图1）。

2全蛋白质组芯片全面揭示早期新冠肺炎患者血清

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图1. SARS-CoV-2全蛋白质组学芯片全面分析早期新冠肺炎患者血清抗体流程的示意图。

首先，他们采用SARS-CoV-2全蛋白质组芯片筛选了40例早期轻症新冠肺炎患者、流感和非流感疑似患者的血清，分析和鉴定了针对早期新冠肺炎特异性表达的IgM和IgG病毒抗体（图2）。

2全蛋白质组芯片全面揭示早期新冠肺炎患者血清

图2. SARS-COV-2蛋白质组芯片检测早期新冠和疑似患者的差异表达抗体。（a）和（b）分别为早期新冠和疑似患者的差异表达IgM和IgG抗体

结果发现：1）针对新冠肺炎产生的特异性IgM抗体主要为S蛋白。而IgG抗体可以是N蛋白、S蛋白和Orf1ab蛋白；2）初诊新冠患者对于不同新冠病毒抗原具有很大的偏向性。其中N抗原免疫原性很强，检测的灵敏较低。而S抗原对于早期新冠肺炎的检测特异性和灵敏度更好，但是对于IgM和IgG抗体具有偏向性。其中IgM抗体最好的标志物为S1+S2ECD或者S1-RBD蛋白，IgG抗体最好的抗体标志物可以是S2ECD和S1+S2ECD蛋白（图3）。

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图3. 新冠病毒N和S蛋白在早期新冠肺炎患者和临床疑似患者血清中的表达水平分析。（a）和（b）分别为N和S蛋白的人IgM和IgG血清抗体的差异表达。*，**，***分别为p值0.05,0.01和0.001.

通过进一步结构解析发现IgM的S2ECD的抗体表位主要分布在蛋白的外侧表面，而IgG的S蛋白两个抗体表位分别分布在蛋白表面和内部。而N蛋白的IgG抗体表位以带状分布在表面，很好地形成了抗体的结合位点（图4）。

2全蛋白质组芯片全面揭示早期新冠肺炎患者血清

图4. 结构分析N蛋白和S蛋白的抗体表位分布。（a）和（b）分别为IgM和IgG新冠病毒抗体表位在N和S蛋白结构上的位置。黄色为抗体表位，红色箭头指示抗体表位在蛋白结构上的位置。

结合SARS-CoV-2全蛋白质组芯片发现的蛋白和多肽标志物分子（图2），可以通过检测IgM和IgG抗体标志物区分87%和73%的早期新冠肺炎和疑似患者，大大高于目前已有的抗体检测试剂的性能（7%-53%）（图5）。以上结果表明SARS-CoV-2全蛋白质组芯片鉴定的标志物分子可以用于开发出快速血清学检测试剂，进而开展新冠病毒无症状携带者和早期新冠肺炎患者的筛查。

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