2021年1月4日訊/生物谷BIOON/---在免疫系統成分中具有不同遺傳變異的人對SARS-CoV-2的免疫反應往往非常不同。他們對疫苗的反應也會不同。同樣的道理，SARS-CoV-2中新出現的變異也會在相同的免疫系統中引起不同的免疫反應。在我們如今面對的更大的現實中，必須同時考慮上述所有潛在的變異。
我們最近討論了新發現的控制SARS-CoV-2易感性的免疫基因變異的幾個來源。例如，攜帶尼安德特人基因DPP4或裂解刺突蛋白的蛋白酶TMPRSS2的返祖版本的現代人似乎具有較高的重症COVID-19風險。其他變異，如東亞人常見的高表達TMEM1B基因或硫酸乙醯肝素合成途徑的基因發生的變異，有助於解釋某些人群中COVID-19的嚴重程度不成比例。
兩篇論文---一篇近期發表在Nature Immunology期刊上，另一篇近期發表在Science期刊上---將新出現的基因列表擴展到包括病毒或疫苗引發的抗體結構變異。這些變異包括豐富的IgG1亞型的抗RBD（受體結合結構域）抗體的一種特殊的翻譯後修飾，稱為去巖藻糖基化（afucosylation）。這本質上意味著，由於這樣或那樣的原因，去巖藻糖基化的抗體在關鍵的結構位置缺少了一個巖藻糖分子。
圖片來自Science, 2020, doi:10.1126/science.abc8378。
為了更直觀地了解缺乏巖藻糖分子的影響，請考慮一下標準的IgG抗體分子結構。IgG抗體的可變部分，即Y形抗體分子的雙臂，被稱為Fab區域，包含與病毒刺突蛋白相互作用的表位。IgG抗體的單個底部區域包含了恆定的Fc片段，順便說一下，位於在N297位點上的糖基化修飾物可能包含了巖藻糖。在一種幾乎類似分形的特異性功能中，這種糖基化修飾物也有與母抗體相似的雙觸角結構（biantennary structure），只是規模小得多，而且用多種糖代替胺基酸。巖藻糖本身懸掛在這種糖聚集物的莖部（stem），就像這些糖聚集物掛在抗體上一樣。
對於熟悉一種稱為泛素化的相關翻譯後修飾類型的人來說，N-聚糖連接形成了一種代碼，很像所謂的泛素代碼。泛素代碼由各種磷酸化或乙醯化的泛素（SUMO或NEDD）的線性亞基和分支亞基組成，而N-聚糖代碼則由一個七糖核心組成，該七糖核心可以通過選擇性的酶促糖基化反應進一步用核心巖藻糖、末端半乳糖（Gal）、末端唾液酸（Sia）和二等分GlcNAc加以擴展。
這兩篇新論文的作者發現重症COVID-19患者，特別是男性患者，出現帶有去巖藻糖基化的Fc聚糖的IgG1抗體的可能性增加。事實證明，去巖藻糖基化的淨結果是增強了與免疫激活Fcγ受體FcγRIIIA的相互作用和結合。這隨後增加了單核細胞產生IL-6和TNF等細胞因子。需要注意的是，人IgG的典型Fc受體包括激活性的Fc受體（FcγRI、FcγRIIA、FcγRIIC、FcγRIIIA和FcγRIIIB）和抑制性的Fc受體（FcγRIIB）。大多數免疫效應細胞同時表達激活性和抑制性FcγR，因此IgG相互作用的淨結果通常可以預測為特定激活性IgG受體與抑制性IgG受體的結合親和力之比。
這些研究人員首先利用蛋白純化和胰蛋白酶消化從患者血清中分離出相關的IgG。納米級液相色譜-串聯質譜聯用技術通常用於表徵潛在糖基化位點。但是，他們真正想得到的是更定量地描述受體結合受去巖藻糖基化影響的程度。為此，可供選擇的各種久經考驗的生物物理技術包括表面等離子體共振（SPR）、等溫滴定量熱法（ITC）、微尺度熱法（MST）和生物層幹涉法（BLI）。
Nature Immunology論文的作者選擇使用生物層幹涉法（BLI），它產生了作為時間函數的結合圖（以納米為單位），他們可以從中得出動力學常數。BLI是一種光學的、無標籤的技術，可以分析從兩個表面反射的白光的幹涉模式。一個表面是位於生物傳感器尖端上的固定化蛋白層，而另一個表面是內部參考。當固定在生物傳感器尖端表面的配體與溶液中的分析物結合時，就可以實時測量發生變化的幹涉模式。
去巖藻糖基化的IgG被發現與FcγRIIIa的親和力增加了20-40倍。這有助於解釋觀察到的表達FcγRIIIA的前線肺部清道夫，即肺泡巨噬細胞，進入抗體依賴性細胞吞噬的激活狀態。雖然在急性呼吸窘迫症候群（ARDS）患者的抗刺突蛋白反應中可以看到Fc巖藻糖基化的降低，但其他研究已發現，在幾種癌症中都存在高水平的巖藻糖基化。在嘗試產生高滴度的恢復期免疫球蛋白藥物時，可能重要的是應當使用富含巖藻糖基化的抗SARS-CoV-2抗體的血漿。雖然形成的靶向病毒的巖藻糖基化IgG一般會介導更強的FcγRIIIa反應，但是它們往往會放大細胞因子風暴和免疫病理。
雖然協助構建聚糖鏈的許多基因（比如粘糖基轉移酶FUT2的編碼基因）中的變異可能會被預計在患者反應中發揮作用，但也許一個更加迫切的關注點是對疫苗的抗體反應的差異。在一連串的好消息中，輝瑞公司新型mRNA疫苗的實際核酸序列被慷慨地公布於眾。最快做出回應並試圖破譯這一啟示的是一個叫Bert Hubert的人，他很快為我們解讀了這一消息。
這種mRNA疫苗代碼的主要區別是尿嘧啶被1-甲基-3'-假尿苷（標示為Ψ）取代。雖然Ψ並沒有誘導我們免疫系統的激活，但是它仍然被細胞的翻譯、轉錄和複製複合物接受為正常的尿嘧啶。其他奇怪的特徵是兩個脯氨酸的替換以穩定SARS-CoV-2刺突結構，以及在主要的刺突蛋白編碼序列之前和之後部署特殊的5'和3'非翻譯區域。Bert承諾將在幾天內發布對該序列的第二次深入研究，這無疑是許多人急切期待的。（生物谷 Bioon.com）
參考資料：
1.Saborni Chakraborty et al. Proinflammatory IgG Fc structures in patients with severe COVID-19. Nature Immunology, 2020, doi:10.1038/s41590-020-00828-7.
2.Mads Delbo Larsen et al. Afucosylated IgG characterizes enveloped viral responses and correlates with COVID-19 severity. Science, 2020, doi:10.1126/science.abc8378.
3.Unique susceptibility to unique Sars-CoV-2 variants and vaccines
https://medicalxpress.com/news/2020-12-unique-susceptibility-sars-cov-variants-vaccines.html