為什麼像COVID-19這樣的病毒能夠重新感染宿主逃避免疫響應?
通過使用一種名為VirScan的工具,布里格姆大學的調查人員發現人們對病毒的某些區域產生了共同的抗體反應,這可能導致了選擇壓力和新的變體,這些變體可以反复逃避先前的免疫力檢測。
儘管我們有能力創造一系列針對病毒的抗體,但根據一項新的研究,人類創造的抗體會反复針對相同的病毒區域,該研究由來自布里格姆婦女醫院(麻省總醫院醫療系統的創始成員)和哈佛大學醫學院的研究人員領導。這些”公共表位”意味著新抗體的產生遠遠不是隨機的,而且病毒可能能夠通過單個氨基酸的變異來重新感染先前免疫的宿主群體。該團隊的研究結果將於今天(4月6日)在《科學》雜誌上發表,這對我們理解免疫和公共衛生有影響。
“我們的研究可能有助於解釋我們在COVID-19大流行期間看到的很多模式,特別是在再感染方面,”通訊作者、布萊根大學和HMS的Gregor Mendel遺傳學教授Stephen J. Elledge博士說。”我們的發現可能有助於為免疫預測提供信息,並可能改變人們對免疫策略的思考方式”。
使用賴氨酸特異性GRAB圖案的多種抗體的排列顯示,它們以非常相似的方式識別其目標。資料來源:Stephen J. Elledge, PhD, and Ellen L. Shrock, PhD.
在該團隊的研究之前,有一些暗示,但沒有明確的證據,表明人們的免疫系統並不是隨意針對病毒蛋白上的部位。在一些孤立的例子中,研究人員看到了不同個體之間重複出現的抗體反應–人們重新創造抗體以鎖定相同的病毒蛋白位置(被稱為表位)。但是Elledge及其同事的研究有助於解釋這種現象的程度和基本機制。
該團隊使用了Elledge實驗室在2015年開發的名為VirScan的工具,該工具可以檢測成千上萬的病毒表位–抗體識別和結合的病毒部位–並從一滴血中給出一個人的免疫歷史快照。在這項新的研究中,研究人員使用VirScan分析了來自美國、秘魯和法國參與者的569份血樣。他們發現,對公共表位的識別–抗體反复瞄準的病毒區域–是人類抗體反應的一個普遍特徵。研究小組繪製了376個這些常見的目標表位,揭示了抗體與目標結合的確切位置。研究小組發現,抗體通過基因編碼的氨基酸結合(GRAB)圖案識別公共表位–抗體中特別擅長挑選一個特定氨基酸的區域。因此,人類抗體不是隨機地選擇一個目標,而是傾向於關注這些氨基酸可供結合的區域,從而重複結合相同的點。
少量的突變可以幫助病毒避免被這些共享的抗體發現,使病毒能夠重新感染以前免疫的人群。
Elledge實驗室的主要作者Ellen L. Shrock博士說:”我們在免疫系統中發現了一個潛在的結構,使人們無論生活在世界的哪個角落,都能製造出基本相同的抗體,使病毒有非常少的目標可以躲避,以便重新感染人們,繼續擴大和進一步進化。”
有趣的是,該團隊指出,非人類物種產生的抗體識別的公共表位與人類識別的表位不同。而且,雖然一個人更有可能產生針對公共表位的抗體,但有些人確實產生了更罕見的抗體,這可能更有效地保護他們免受再感染。這些見解可能對針對COVID-19開發的治療方法(如單克隆抗體)以及疫苗設計產生重要影響。
Elledge說:”更獨特的抗體可能更難逃避,當我們考慮設計更好的療法和疫苗時,這一點很重要。”