CN114907453A - 一种用于治疗SARS-CoV-2病毒感染的S蛋白多肽 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于治疗SARS‑CoV‑2病毒感染的S蛋白多肽，所述的S蛋白多肽为如SEQ ID NO.1所示的特异性抗原肽S1055‑1073，其氨基酸序列为SAPHGVVFLHVTYVPAQEK。其可应用在药学上可接受的盐或酯或前药上，利用S蛋白多肽S1055‑1073刺激HLA‑A*02:01、A*11:01和A*24:02分型的SARS‑CoV‑2感染康复者血液PBMC细胞，均能够检测到T细胞的强烈应答反应。本发明提出的S蛋白多肽S1055‑1073是SARS‑CoV‑2的S蛋白中对HLA‑A*02:01、A*11:01和A*24:02分型的理想表位，该多肽非常适用目前临床HLA‑A*02:01、A*11:01和A*24:02分型患者的SARS‑CoV‑2感染的治疗。

Description

一种用于治疗SARS-CoV-2病毒感染的S蛋白多肽
技术领域
本发明涉及免疫学和生物医药领域，具体地说是一种用于治疗SARS-CoV-2病毒感染的S蛋白多肽。
背景技术
多肽疫苗是按照病原体抗原基因中已知或预测的某段抗原表位的氨基酸序列，通过化学合成技术制备的肽段混合物。多肽疫苗具有抗病毒、抗肿瘤、抗细菌、抗寄生虫感染功能。由于多肽疫苗价廉、安全、特异性强、容易保存和应用的优点，越来越受到重视。
目前全球研发的SARS-CoV-2疫苗主要包括减毒活疫苗、灭活疫苗、病毒载体疫苗、重组蛋白疫苗、多肽疫苗、DNA疫苗、mRNA疫苗等，上述疫苗均可激活体液免疫产生中和性抗体，但是减毒活疫苗、灭活疫苗、病毒载体疫苗、重组蛋白疫苗、DNA疫苗、mRNA疫苗均无法清除已被病毒感染的细胞。而多肽疫苗可特异性激活T细胞免疫，清除已被病毒感染的细胞，另外，多肽疫苗还具有可快速合成，开发与制备周期较短，可预防、可治疗等优点，因此，本发明提出了一种用于治疗SARS-CoV-2病毒感染的S蛋白多肽。
发明内容
本发明之目的是弥补上述之不足，向社会公开安全性好、合成方便的一种用于治疗SARS-CoV-2病毒感染的S蛋白多肽。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种用于治疗SARS-CoV-2病毒感染的S蛋白多肽，所述的S蛋白多肽为如SEQ IDNO.1所示的特异性抗原肽S1055-1073，其氨基酸序列为SAPHGVVFLHVTYVPAQEK。
一种用于治疗SARS-CoV-2病毒感染的S蛋白多肽的应用，应用在药学上可接受的盐或酯或前药，所述的盐或酯或前药包含S蛋白多肽S1055-1073。
本发明S蛋白多肽的开发主要包括以下几个步骤：
步骤一、多肽预测的人工智能算法的优化：
基于人工智能算法和公共数据库中HLA肽段结合数据优化HLA亲和力肽段预测工具。
步骤二、利用人工智能算法预测并筛选对T细胞高亲和力的抗原肽段：
通过构建的模型，输入SARS-CoV-2病毒的M蛋白序列和HLA序列信息可以获取与该HLA分型的高亲和力多肽序列，我们挑选排名前0.5％的多肽作为候选肽段。根据多肽与HLA亲和力、肽段的水溶性、免疫原性等指标筛选出与HLA结合IC50低于500nM、水溶性强、免疫原性强的9氨基酸(9-mer)肽段。筛选出4条9氨基酸(9-mer)肽段，分别在肽段两端分别延长5个氨基酸，得到对应的19氨基酸(19-mer)的免疫肽段。
步骤三、利用化学合成法合成多肽：
利用化学合成法合成预测的SARS-CoV-2特异性多肽，每条肽段包含19个氨基酸，共33条肽段。
步骤四、收集新冠病毒感染康复者的全血，分离PBMC(peripheral bloodmononuclear cells)：
在某医院收集COVID-19康复患者的临床信息与全血样本，全血取于绿色抗凝管中，每个个体收集全血16ml，并于6小时内分离PBMC用于实验或-80℃冻存。
步骤五、HLA分型测序：
提取康复者全血DNA，基于高通量测序技术进行HLA分型鉴定。
步骤六、体外免疫系统激活实验验证HLA分型对应的多肽激活T细胞免疫的有效性：
PBMC细胞与合成的肽段疫苗共培养，采用酶联免疫斑点(Enzyme-linkedimmunospot,ELISpot)方法检测激活的T细胞IFN-γ分泌水平，在体外实验验证多肽的有效性。
本发明与现有技术相比的优点是：
本发明提出一种用于治疗SARS-CoV-2病毒感染的S蛋白多肽，该多肽是基于人工智能算法预测的SARS-CoV-2特异性抗原肽S1055-1073，其氨基酸序列为SAPHGVVFLHVTYVPAQEK，具有安全性好，合成速度快的优点。利用S蛋白多肽S1055-1073刺激HLA-A*02:01、A*11:01和A*24:02分型的SARS-CoV-2感染康复者血液PBMC细胞，均能够检测到T细胞的强烈应答反应。本发明提出的S蛋白多肽S1055-1073是SARS-CoV-2的S蛋白中对HLA-A*02:01、A*11:01和A*24:02分型的理想表位，该多肽非常适用目前临床HLA-A*02:01、A*11:01和A*24:02分型患者的SARS-CoV-2感染的治疗。
附图说明
图1是本发明的肽段与HLA-A分子的对接图；
图2是本发明的肽段刺激SARS-CoV-2感染康复者T细胞反应结果图；
图3是本发明的肽段刺激SARS-CoV-2感染康复者T细胞反应结果统计图。
具体实施方式
下面结合附图进一步详细描述本发明：
一种用于治疗SARS-CoV-2病毒感染的S蛋白多肽，所述的S蛋白多肽为如SEQ IDNO.1所示的特异性抗原肽S1055-1073，其氨基酸序列为SAPHGVVFLHVTYVPAQEK。
一种用于治疗SARS-CoV-2病毒感染的S蛋白多肽的应用，应用在药学上可接受的盐或酯或前药，所述的盐或酯或前药包含S蛋白多肽S1055-1073。
本发明基于人工智能算法预测并筛选与HLA高亲和力的SARS-CoV-2病毒特异性抗原肽，在体外进行化学合成后用于刺激人体免疫细胞，激活SARS-CoV-2特异性的细胞免疫。经过体外实验，发现S蛋白多肽S1055-1073是SARS-CoV-2的S蛋白中对HLA-A*02:01、A*11:01和A*24:02分型的理想表位。本发明提出的S1055-1073肽段作为一种临床治疗和预防新型冠状病毒的方法，对当前预防和治疗新型冠状病毒的传播和感染具有重大意义。
下面通过实验证明特异性抗原肽S1055-1073在治疗SARS-CoV-2病毒感染上有效性。
本发明S蛋白多肽的开发过程以下几个步骤：
步骤一、人工智能算法的优化：
构建前馈单层人工神经网络，设定23个参数值作为算法的评分向量。23评分向量输入值均为0.05，另外肽段水溶性、和正常人类蛋白差异等均作为输入层的参数。输入数据集主要使用IEBD数据库和文献提供的质谱数据，并通过已经验证过的数据集验证模型。
步骤二、预测多肽：
通过构建的模型，输入SARS-CoV-2病毒的M蛋白序列和HLA序列信息可以获取与该HLA分型的高亲和力多肽序列，我们挑选排名前0.5％的多肽作为候选肽段。根据多肽与HLA亲和力、肽段的水溶性、免疫原性等指标筛选出与HLA结合IC50低于500nM、水溶性强、免疫原性强的9氨基酸(9-mer)肽段。筛选出33条9氨基酸(9-mer)肽段，分别在肽段两端分别延长5个氨基酸，得到对应的19氨基酸(19-mer)的免疫肽段。
33条免疫肽段如下：
名称 氨基酸序列
S<sub>52-70</sub> QDLFLPFFSNVTWFHAIHV
S<sub>73-91</sub> TNGTKRFDNPVLPFNDGVY
S<sub>84-102</sub> LPFNDGVYFASTEKSNIIR
S<sub>128-146</sub> IKVCEFQFCNDPFLGVYYH
S<sub>164-182</sub> NNCTFEYVSQPFLMDLEGK
S<sub>188-206</sub> NLREFVFKNIDGYFKIYSK
S<sub>264-282</sub> AYYVGYLQPRTFLLKYNEN
S<sub>297-315</sub> SETKCTLKSFTVEKGIYQT
S<sub>307-325</sub> TVEKGIYQTSNFRVQPTES
S<sub>356-374</sub> KRISNCVADYSVLYNSASF
S<sub>365-383</sub> YSVLYNSASFSTFKCYGVS
S<sub>412-430</sub> PGQTGKIADYNYKLPDDFT
S<sub>484-502</sub> EGFNCYFPLQSYGFQPTNG
S<sub>524-542</sub> VCGPKKSTNLVKNKCVNFN
S<sub>545-563</sub> GLTGTGVLTESNKKFLPFQ
S<sub>630-648</sub> TPTWRVYSTGSNVFQTRAG
S<sub>701-719</sub> AENSVAYSNNSIAIPTNFT
S<sub>752-770</sub> LLLQYGSFCTQLNRALTGI
S<sub>777-795</sub> NTQEVFAQVKQIYKTPPIK
S<sub>816-834</sub> SFIEDLLFNKVTLADAGFI
S<sub>822-840</sub> LFNKVTLADAGFIKQYGDC
S<sub>864-882</sub> LLTDEMIAQYTSALLAGTI
S<sub>951-969</sub> VVNQNAQALNTLVKQLSSN
S<sub>971-989</sub> GAISSVLNDILSRLDKVEA
S<sub>978</sub>x996 NDILSRLDKVEAEVQIDRL
S<sub>995-1013</sub> RLITGRLQSLQTYVTQQLI
S<sub>1015-1033</sub> AAEIRASANLAATKMSECV
S<sub>1054-1072</sub> QSAPHGVVFLHVTYVPAQE
S<sub>1055-1073</sub> SAPHGVVFLHVTYVPAQEK
S<sub>1089-1107</sub> FPREGVFVSNGTHWFVTQR
S<sub>1142-1160</sub> QPELDSFKEELDKYFKNHT
S<sub>1180-1198</sub> QKEIDRLNEVAKNLNESLI
S<sub>1187-1205</sub> NEVAKNLNESLIDLQELGK
步骤三、合成多肽：
利用化学合成法合成预测的SARS-CoV-2特异性多肽，分别为S52-70、S73-91、S84-102、S128-146、S164-182、S188-206、S264-282、S297-315、S307-325、S356-374、S365-383、S412-430、S484-502、S524-542、S545-563、S630-648、S701-719、S752-770、S777-795、S816-834、S822-840、S864-882、S951-969、S971-989、S978-996、S995-1013、S1015-1033、S1054-1072、S1055-1073、S1089-1107、S1142-1160、S1180-1198、S1187-1205，每种肽段纯度＞95％，共合成5mg肽段。取1mg溶于100μl无菌水中，制成母液，接着取一部分母液使用无菌水进行稀释，配制成工作液为200μg/ml。
步骤四、收集新冠病毒感染康复者的全血，分离PBMC(peripheral bloodmononuclear cells)：
在某医院收集COVID-19康复患者血液于绿色抗凝管中，每个个体收集血液16ml，并于6小时内分离PBMC用于实验或-80°冻存。首先将血液转移到干净的50ml离心管中，2000rpm，20℃离心10分钟；收集上层血清，-80℃冻存；向SepMateTM-50管底部加入Ficoll-Paque Premium 1.077溶液，再向沉淀物中加入等体积的PBS，稀释血样并轻轻混合保持试管垂直，将稀释后的样品沿管壁加入SepMateTM-50管中，，1200xg离心15min；然后将上层溶液离心并转移到一个新的50ml无菌离心管中，用PBS清洗沉淀物，共清洗2次；使用红细胞裂解液裂解细胞3分钟；最后用细胞冻存液悬浮细胞，被储存在液氮中，以便将来用于检测或直接用培养基悬浮用于检测。
步骤五、HLA分型鉴定：
使用Ex-DNA全血基因组核酸提取试剂盒和NP968全自动核酸提取仪进行全血DNA的提取。按照说明书要求设置仪器自动化提取程序，DNA提取完成后转移干净无核酸酶离心管中，-20℃保存。利用全血DNA，HiSeq X10等二代测序平台进行高通量测序鉴定HLA分型。
步骤六、体外免疫系统激活实验验证HLA分型对应的多肽激活T细胞免疫的有效性：
a)细胞复苏并计数：从液氮中取出冻存PBMC细胞，于37℃水浴快速解冻。完全解冻后，台盼蓝染色计数活细胞数量。
b)细胞培养：按每孔5*10^6个细胞铺于24孔板。加入IL-2(工作浓度20U/ml)、IL-7(工作浓度20ng/ml)、合成的肽段(工作浓度2μg/ml)，于37℃(含5％CO2)细胞培养箱培养10天。培养期间每三天半换液。
c)收细胞：培养10天后收取细胞。将细胞转移到离心管中，使用1*PBS清洗细胞3次，以去除培养液中的IFN-γ。使用1640培养液(含10％FBS)重悬细胞，并计数。
d)准备ELISpot板：配置35％乙醇，每孔加入35％乙醇孵育1min。无菌H2O洗涤5遍。每孔加100ul包被抗体(工作浓度15ug/ml)，4-8℃过夜孵育。
e)孵育细胞：用无菌1*PBS洗板5次。每孔加1640培养液(含10％FBS)，置于室温孵育至少30min。弃上清，加入细胞悬浮液，每孔细胞数2×10^4-2.5×10^5。
f)加入刺激物共培养：不含诱导物-H2O(阴性对照组)：加入无菌H2O 2μl；PHA刺激(阳性对照组)：每孔加入10ul PHA(工作浓度2.5μg/ml)；肽段刺激(实验组)：每孔分别加入1ul肽段S52-70、S73-91、S84-102、S128-146、S164-182、S188-206、S264-282、S297-315、S307-325、S356-374、S365-383、S412-430、S484-502、S524-542、S545-563、S630-648、S701-719、S752-770、S777-795、S816-834、S822-840、S864-882、S951-969、S971-989、S978-996、S995-1013、S1015-1033、S1054-1072、S1055-1073、S1089-1107、S1142-1160、S1180-1198、S1187-1205(工作浓度2μg/ml)。把板置于37℃培养箱(5％CO2)，培养12-48小时。
g)显色：吸走细胞，用无菌1*PBS洗板5次。每孔加100ul检测抗体(工作浓度1μg/ml)，室温孵育2h。用无菌1*PBS洗板5次。每孔加100ul Streptavidin-HRP，室温孵育1h。用无菌1*PBS洗板5次。每孔加入显色剂，室温避光孵育5-10min。
h)终止：加入无菌H2O终止。吸走上清，无菌H2O清洗3遍，晾干板，解剖镜下检测并统计斑点数。
i)结果分析：单肽S1055-1073与HLA分子结合的3D结构图展示如图1所示。使用预测的SARS-CoV-2的S蛋白肽段分别刺激5位COVID-19康复者PBMC，结果发现单肽S164-182和S1055-1073刺激引起的T细胞反应较强，但单肽S164-182在5名康复者中只有2名康复者产生阳性T细胞反应，由于个体差异导致总体INF-γ产生水平较高。单肽S1055-1073刺激PBMC在5名康复者中均产生阳性反应，总体INF-γ产生水平高于其他肽段(除了S164-182)，且在统计学上显著(如图2和图3所示)。因此，单肽S1055-1073是SARS-CoV-2的S蛋白中对HLA-A*02:01、A*11:01和A*24:02分型的理想表位。
本发明的最佳实施例已被阐明，由本领域普通技术人员做出的各种变化或改型都不会脱离本发明的范围。
序列表
<110> 国科宁波生命与健康产业研究院
<120> 一种用于治疗SARS-CoV-2病毒感染的S蛋白多肽
<160> 1
<170> SIPOSequenceListing 1.0
<210> 1
<211> 19
<212> PRT
<213> Homo sapiens
<400> 1
Ser Ala Pro His Gly Val Val Phe Leu His Val Thr Tyr Val Pro Ala
1 5 10 15
Gln Glu Lys

Claims (2)

1.一种用于治疗SARS-CoV-2病毒感染的S蛋白多肽，其特征是：所述的S蛋白多肽为如SEQ ID NO.1所示的特异性抗原肽S1055-1073，其氨基酸序列为SAPHGVVFLHVTYVPAQEK。
2.根据权利要求1所述的一种用于治疗SARS-CoV-2病毒感染的S蛋白多肽的应用，其特征是：应用在药学上可接受的盐或酯或前药，所述的盐或酯或前药包含S蛋白多肽S1055-1073。
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Title
HUI XUAN LIM等: "Development of multi-epitope peptide-based vaccines against SARS-CoV-2", 《BIOMEDICAL JOURNAL》 *
ZIWEI CHEN等: "T and B cell Epitope analysis of SARS-CoV-2 S protein based on immunoinformatics and experimental research", 《JOURNAL OF CELLULAR AND MOLECULAR MEDICINE》 *
谭玉靓 等: "2019新型冠状病毒S蛋白的结构和功能分析", 《微生物学杂志》 *

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CN114907453B (zh) 2023-07-25

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