中 国 畜 牧 兽 医 卷 水性曲线 经试验证实亲水性曲线的连续高峰区多 存在潜在的抗原表位 此外 )" 等证实 亲水性曲线高峰区的氨基酸残基所形成的二级结构与该病原的抗原性也存在紧密关联 可及性方案 可及性 #!$3 是指构成抗原表位的氨基酸残基与周围环境中的溶剂分子接触的可能性 它反映了抗原内

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1 中国畜牧兽医! " # 细胞抗原表位预测方法的研究进展 马凡舒 张 蕾 王 洋 孙彦刚 闫喜军 中国农业科学院特产研究所 长春 摘 要 抗原表位是抗原分子的主要功能单位 细胞抗原表位的准确定位对疫苗设计 诊断试剂的研发及高通量抗体的制备均具有重要意义 作者对目前常用的 细胞线性表位预测方法和 细胞构象表位预测方法进行概述 并对不同预测方法进行比较 旨在为病原微生物抗原表位研究提供一定的理论参考 关键词 细胞抗原表位 线性表位 构象表位 表位预测中图分类号 / 文献标识码, 文章编号 %6$ $!#!$4#/' %$#!$3*!#*,"45,(#7, % %%,2"!!!&',#7(#&&#! # &'#!### %'##,$%##9$9#'#$# 8"$!"$8$%##!$%##9$9#9'# $19'$$8'&##%#&#!91#$8%$'#%#$9'#9'$8% $'"%9"$$399#'"11';#$#'##$&#9'#$1#$8#!!#'#9$9##!8'1$!#9$9#19'#$##9'#$1#$'#' $9'&#$#'#$!'#8#'##8'$#'##'#8$%##9$9# +&)'#!$%##9$9#!#'#9$9#8'1$!#9$9##9$9#9'#$ 细胞抗原表位是指抗原分子表面可被 细胞表面受体 #!'##9$') 或抗体 部分特异性识别并结合的化学基团 是引起体液免疫的物质基础 细胞在成熟过程中发生基因重排 从而产生具有不同抗原特异性的 细胞 一个 细胞克隆仅能识别一种抗原 根据抗原表位结构的不同分为线性表位和构象表位 与 细胞抗原表位相比 细胞抗原表位成分为多肽 多糖 脂多糖及有机化合物 表位大小一般是 个氨基酸或 个单糖 核苷酸 细胞抗原表位作为抗原的核心部分 是研究免疫诊断和免疫治疗的重点 近年来随着表位预测方法的不断增加 抗原表位分析已应用于多种病原微生物的研究 并为表位研究提供了方向 节约了大量的实验室工作量 避免了传统表位研究 的盲目性 作者主要对近年来 细胞抗原表位 的预测方法进行综述 细胞线性表位的预测方法 目前 细胞线性表位的预测主要基于氨基酸的理化性质 结构特点及统计学显著性等指标 从蛋白质的一级结构出发 使用免疫信息学软件进行表位预测 细胞线性表位研究较早 取得了一定的研究成果 常用的 细胞线性表位预测方法主要分为单一参数预测方法和多参数综合预测方法, 单一参数的预测方法 亲水性方案 目前常用的亲水性 3' 9!$3 预测方案有 5997!#; 8'!#3$#+!$!#!#*##'%!#5-()!# 等 599 等对多肽序列中每个氨基酸的亲水性进行分析 利用坐标轴作出其亲 收稿日期 基金项目 吉林省科技发展计划项目 吉林省科技攻关计划项目 作者简介 马凡舒 00 女 河南郑州人 硕士生 研究方向 毛皮动物病原分子流行病学及诊断学 *1!0/01 通信作者 闫喜军 0 男 吉林长春人 研究员 从事毛皮动物传染病研究 *1!$3:1

2 中 国 畜 牧 兽 医 卷 水性曲线 经试验证实亲水性曲线的连续高峰区多 存在潜在的抗原表位 此外 )" 等证实 亲水性曲线高峰区的氨基酸残基所形成的二级结构与该病原的抗原性也存在紧密关联 可及性方案 可及性 #!$3 是指构成抗原表位的氨基酸残基与周围环境中的溶剂分子接触的可能性 它反映了抗原内 外各层氨基酸残 基的分布情况 6 和 *1 是常用的可及性参数 可及性高说明该部位与对应的受体或抗体分子结合的几率较大 一般认为位于蛋白质外侧的氨基酸可及性较高 可塑性方案 可塑性 8!#:!$3 是指抗 原构象的活动性 '9!" 等根据 个结构已知的蛋白质建立了预测蛋白质片层活动性的方法 抗原抗体结合时常涉及构象上的相互契合 因此 活动性强的氨基酸残基可塑性较大 易形成抗原表位 抗原性方案 7#!% 等对 个已知蛋白质 0 个连续位点的 个氨基酸进行统计分析 建立了抗原性 $%#$3 刻度 即每个氨基酸在抗原区出现的频率与该氨基酸在所有蛋白质中出现频率的比值 此外 研究发现疏水性氨基酸也能参与抗原表位的形成 但该方法数据库有限 且认为连续位点内的氨基酸残基对抗原位点的贡献相同 因此具有一定的局限性 二级结构预测 蛋白质的二级结构包含 螺旋 片层 转角 环等众多空间构象 一般认为 转角为凸出结构 常暴露于蛋白质空间结构的外部 利于同抗体结合 成为抗原表位的可能性较大 螺旋 片层结构可塑性小 不易形变 较难嵌合抗原 成为抗原表位的可能性较小 目前 预测蛋白质二级结构常用的方法有 )"1' #')# 预测成功率可达 >, 多参数综合预测方法 由于单一参数预测方法自身的局限性 预测准确率均不高 需要将各种参数综合考虑 随即出现了一系列综合预测方案 代表性软件有 -*-(* / #9$9# 0 #9'# 等 年 等 发布 #9'# 预测方法 与其他预测方法相比 增加了两个指标 极性和表面暴露面积 相对于 -*-(* #9$9# 方法的准确率有所增加 为 A0> A>,)9'# 服务器不同于以上 种 主要依据人工神经网络而非氨基酸理化性质来进行表位预测 预测灵敏度约为 > 特异性约为 > 其结果直接以排名的方式进行公布 此外 一些数据 库也提供了 细胞抗原表位的预测方法 如 *+ $911"##9$9#'% 等 军事医学科学院开发了!#3 " 等 细胞表位预测软件 " 除了具有 细胞表位预测功能外 还添加了序列比对 蛋白质性质分析及, 性质分析等相关功能 近年来 多参数综合预测方法得到广泛应用 涉及多种病原微生物 由于禽流感病毒具有高度变异性 使得抗原表位预测在该病毒的研究中运用较多 555 等众多亚型均有表位分析的 相关报道 如白靓等使用 #9'# 对 5 亚型禽流感病毒 细胞抗原表位进行预测 结合 -, 对二级结构的预测结果 选取 个亲水性好 可塑性好 抗原性强 分子极性强的片段 经间接 *(, 鉴定 其中 条肽段与阳性血清的结合能力较强 证明所筛选的表位具有成为功能表位的潜能 何焱 等运用 +,$' 软件以单一参数 亲水性 可及性 二级结构 可塑性及抗原指数 预测结果为基础 并结合,)9'# 方案预测结果作为最终验证 对牛源金黄色葡萄球菌 3, 基因抗原表位进行分析 预测出的 / 段候选表位肽可作为基因工程诊断抗原及亚单位疫苗的候选基因 年 ##;# "; 等利用 #9-'# 分析巴西利什曼原虫, 和, 蛋白的 细胞线性表位 并对不同感染宿主的, 和, 进行序列比对 筛选出了利什曼原虫的特异性抗原表位 合成的表位多肽可应用于识别人源和犬源利什曼原虫的血清学诊断 细胞构象表位的预测方法线性表位的预测具有许多局限性 近年来 随着各种组学技术和免疫信息学技术的发展 蛋白质 + 结构等试验数据不断增加 为 细胞构象表位的预测打下了良好基础 常用 细胞抗原表位预测工具见表, 基于结构的预测方法目前常用的抗原 + 结构数据库主要有 -+ )*+ / 和 * 主要汇编了经核磁共振 分析和 2 射线衍射获得的蛋白质 + 结构 )*+ 和 *+ 收录的是经试验证实的蛋白质抗原表位 *+ 自发布以来已收录 / 个 细胞抗原表位 随着数据库的日益丰富 抗原表位预测也将获得更快发展

3 期 马凡舒等 细胞抗原表位预测方法的研究进展 表 细胞抗原表位预测工具 '$#!$*!#**!#!$ 预测平台 -'#$#'&#' 资源地址 ( 线性表位预测平台 #9'# $91$#'#'%&#9'# (#'#9$9#9'#$#'&#',)9'# $91$#'#'%&9'# #9-'# $9$"#'&##9-'# 基于结构的预测平台 +9# $9$"#'&#+9# $'"$"'###9$9# *!9' $9$!11"##9$9#'%$!*!-'# 9"$ 9'#$#'&#' *-)* $93"!#"#'&#*-)* *- *-#$ $93"!#"#'&# 基于模拟肽的预测平台 *- $99"'$1#9 1$9## 2 $911"#$11: #9$9#9'#$#'&#' -*--* $99#9$9#$"! *9#' $9"'#"$1 #"#9#'$1! 细胞构象表位的预测主要是依靠蛋白质的 + 结构 常用的构象表位预测软件有 )*- +9#*!9' 以及近两年新推出的预测方案 如 *--,*9$9*-)* 等 )*- 是最经典的 预测方法!' 等通过分析日本脑炎病毒的 + 结构 形成了最初的 )*- 是第一个预测构象表位的网络软件 它可以确定蛋白质分子表面潜在的抗原决定簇 准确率可达 >5$#,#'# 等从 个抗原抗体复合物中计算每个氨基酸残基参与结合的概率 进而预测构象表位 准确率达到 > 纪滨采用 )+ 软件及 +9# 方法预测 5 亚型禽流感病毒 5, 蛋白的构象表位 成功筛选出 个构象表位 并构建了候选疫苗的多表位基因 *!9' 方法是目前最全面的预测工具 在蛋白质 + 结构未知的情况下 该方法可根据提交的氨基酸序列进行同源建模 随后根据模拟的蛋白质 + 结构来预测 细胞线性表位和构象表位,1$"'! 等 利用 *!9' 方法分析 +* +* 氨基酸序列 +* 预测出 个线性表位和 个构象表位 +* 预测出 0 个线性表位和 个构象表位 为登革热疫苗的研发提供了有利 指导 徐小莲等证实 *--,+9#*9' 的性能要优于 )*--*-- 和 *!-' 其中 *--, 预测性能最优 年出现的 *-#$ 综合了现有的多种预测方法 如 *-)*-*- 等 等 / 对现有的预测方法进行分析 结果显示 *-#$ 算法的精准度最高 并建议在现有软件分析结果难以完全一致的情况下 综合运用多种预测方法是个不错的选择, 基于模拟肽的预测方法与单纯依靠抗原 + 结构的构象预测方法相比 基于模拟肽 11$9# 的预测方法精准度有所提升 该方法主要分为两个部分 第 部分是采用噬菌体展示技术经过 吸附 洗脱 扩增 循环 筛选出具有单克隆抗体亲和活性的随机肽 筛选出的随机肽序列在空间上与天然表位具有许多相似的特 0 征 因此称为模拟肽 第 部分是将模拟表位返回抗原中进行比对 定位 寻找抗原表位可能存在的最佳位置 进而预测可能的抗原表位区域 目前基于模拟肽的预测方法主要分为单纯依靠抗原序列信息进行预测和依靠抗原序列信息 抗原结构信息综合预测两大类 近年来相继建立了一些结构数据库和模拟表位数据库 表 为病原分子研究提供良好的平台,+- 数据库是第一个模拟表位数据库 主要收录了由噬菌体展示技术获得的蛋白质全长 蛋白质结构域及抗原表位 1+ 是目前最大的模拟表位数据库 收录了约 个经噬菌体展示技术筛选出的表位 -#9 数据库收录的抗原表位一般少于 个氨基酸长度 年 中国孙平平所在团队也发布了主要针对基于模拟表位的 细 胞构象表位预测的数据库 目前全世界拥有 余种基于噬菌体肽库的预测方法 如 +,-*-,--*- 及 2 但仅有 种是基于 7# 的免费服务平台 -*--**9#' 及 -#999#'-*--* 算法要求输入的模拟表位长度不能超过 个氨基酸 *9#' 则要求模拟表位序列不超过 个氨基酸 不同于核磁共和晶体衍射技术 基于模拟肽

4 中 国 畜 牧 兽 医 卷 的表位预测存在一定的优势 它大大降低了研究成本 此外 该类方法还可以同时进行线性表位的预测 和构象表位的预测 表 抗原 结构数据库及模拟肽数据库 %6!#'''##$-!-#*' $#!$ 数据库 +$# 网址 7#$# 抗原 + 结构数据库 -+ $9' '%91#1# +$#8'$%# )*+ $911"#$# +$'"$"'# *+ $911"##9$9#'% 模拟肽数据库,-+ $91%#$'"1%%9 1$9#$# 1+ $911"#$11 -#9 "#1'$#$ $99#91%'&'#" $9#"#"8#1'>$#$#:$1!, 其他预测方法不同于上述两大类 细胞构象表位的预测方法 随着研究的深入 涌现出一些较新的预测方法 年,' 等发布了一种基于氨基酸序列预测 细胞构象表位的方法 该方法仅需输入抗原的氨基酸序列即可完成 细胞构象表位的预测 随后 等和 4% 等也先后发布了此类预测软件 这类方法的出现为预测 + 结构未知蛋白的构象表位提供了方便 与此同时 由于抗原抗体的特异性结合是蛋白质相互作用的一种 因此 借鉴蛋白质相互作用结合位点的预测方法 出现了一些基于抗原抗体相互作用的 细胞构象表位预测 / 方法 -'$#)"'8 和 -* 但 等研究结果表明 基于抗原抗体结合位点的表位预测方法的准确度要明显低于基于抗原结构的表位预测方法 说明该方法还需要进一步完善 因素 使得表位预测的准确度大大降低 近年来 细胞抗原表位 尤其是 细胞构象表位计算机预测研究发展迅速 随着对蛋白质抗原性研究的不断深入 抗原表位及蛋白质 + 结构数据库的不断丰富 表位预测的准确性也将进一步提升 有望成为研究抗原表位的有利工具 参考文献 "$*' +,#$!,&#' &# 8 8'1$$!8'#9$9#9'#$ 19!$ &# #&#!91#$6* & '& +#'$,5,")#$!11"8'1 $%%#1#8'&#19#$61 & &/ #'$89'$#$%# #$#'1$8'1 1#="##61 &&0/// 小结及展望表位是抗原分子中决定抗原特异性的特殊化学基团 也是 细胞受体 细胞受体 )) 和抗体特异结合的基本单位 在抗原中起着关键性作用 表位研究可以帮助科研人员更好地认识抗原的免疫机制 以此为基础的疫苗及诊断试剂的研发也成为近年来研究的热点 细胞表位预测由于简便 快速 成本低等众多优点 逐渐被众多研究者采用 近年来表位预测广泛应用于禽流感病毒 犬瘟热病毒 猪口蹄疫病毒 猪链球菌 鸭肝炎病毒等众多病原微生物的表位研究 但目前国内大多数学者仍选择 +,$' 等传统的预测方法 该方法仅以单一参数进行分析 不能自主地对各个参数分析结果进行归纳 需要人工比对各个参数 存在较多的主观 )"- 1 +-'#$ 8$##'3 $'"$"'#89'$#8'1$#'1#="##6 -#(0&&0// 印春生 支海兵 合成肽 *(, 试验中肽抗原序列的筛选 6 中国兽药杂志 0 '9!"-,"!$;*-'#$88!#:! $39'$#6&&0/ 7#!% 77##' 7 6#'4#$!-'# $8#="#$!$%#'#% 9'$#6 3(%!0/// /,!:, 6-'#$&# #$1$ 8 9'$#!#' #9$9# 3"%$#9'%'1-*-(*6## 000/ 0' -#!#="#'6*--*-'#$%$#! $8$""#9$9#9$#'9'$#6* "&#&!

5 期 马凡舒等 细胞抗原表位预测方法的研究进展 %& --'#$8 #$8'#! *9$9#11"8'1$5"1-'# %& - -'#$ 8$"" #!#9$9#$%#"%'#"''#$#"'! #$'6 &!!#! 3#!& &'&!#/ 7"44"2 5,#99'8'#!#9$9# 9'#$&'!9'$#6 ## 1!000 李伍举 应晓敏 " 计算机辅助分子生物学实验设计的软件系统 6 军事医学科学院院刊 白 靓 金宁一 成 岩 等 5 亚型禽流感病毒血凝素 细胞和 细胞表位预测及初步鉴定 6 中国农学通报 何 焱 郝永清 牛源金黄色葡萄球菌 3,1 基因克隆及抗原表位预测 6 中国畜牧兽医 ##;#";+#!&#'##,#,' (#, )#$!(#' #!#9$9# 199% 8,-,-8'1 %0 19!$8'$##'%8"1 #!#16,,"#&&&1 &!#&&00 #'15 7#$'6#%4#$!#9'$# $ 6)####/ /5"%65 7)*+, 8'1$!#9$9# $#6"&& 0$4'#('##"1 6,#$!#1 1"##9$9#$#A6)### 1 #/"99!+/+/ 文雪霞 陈化兰 熊永忠 等 抗原表位鉴定方法的研究进展 6 中国畜牧兽医 00!', "!'!# -'#$8$'## 1#!$'"$"'# 199%88'1$! #9$9#8#&#!9#%!39'$#869####9!$&'"6&&000 5$#,#'#-#!# ("-'#$8 '#"#$""#!#9$9#"%9'$# + $'"$"'#6&! ## / 纪 滨 5 亚型禽流感病 5, 蛋白抗原表位预测与筛选 + 长春 吉林大学 0-1'#6"5 5(7#$!*!-',# $'"$"'##$!8'$# 9'#$ 8$3 #9$9#6"&'&!#/0,1$"'!5%','##)19"$$!9'#$!3 8 #&#!9 %!39'$# #9$9#8+*+*-$!$#,8'$$#9$'+#%"#&##&#!91#$6 &+ #0/ 徐小莲 孙 静 刘 琦 等 基于实验数据集对常用蛋白抗原空间表位预测工具的测评 6 科学通报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责任编辑 吴 艳

7 北京大学学报 医学版 # +94* 4 ' % 论著!! "# $ #% %"&!%'!! $ "( )& * $ +,-.)/ ) 01 " * ). " 2")3 )01 ( /" 433% /1 " 0 "51 " -.)/$ 6',)") 4.))%) 0

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