PNAS：一种体外抗体诊断的新方法

　　

生物通报道：加州大学圣巴巴拉分校的研究者在最近的PNAS杂志上发表的一项研究中，描述了一种诊断方法，能够精确可靠地检测跟疾病相关的抗体，而无需知道疾病的病因或机制。同时，这种方法能够鉴定腹泻病相关的关键环境因素。因此，这种方法能够发展成一种有效的诊断性检查，应用于缺乏这种检测的疾病，和鉴定某些疾病相关的环境因素。

你可能对麸质敏感，但是你不确定。你可能不能准确地形容一种经常性的不适感，你的医生也对此困惑不解。最近，由加州大学圣巴巴拉分校（UCSB）的Patrick Daugherty教授发明的一种诊断方法，能在分子水平上，揭示这些被认为由环境引发的疾病背后的因素。这种简炼和精确的方法，通过解码一个个体的免疫系统，能够对类似腹腔疾病、多发性硬化症、子痫前期和精神分裂症的疾病进行阐明、诊断和提供进一步的见解。这项研究成果发表在最近的PNAS杂志上。

UCSB化学工程系和生物工程校园中心的研究者Daugherty说：“我们有两个目标，其一是我们想确定没有任何血液诊断的疾病的诊断测试，其二我们想知道什么可能会导致这些疾病。”

这种方法，通过挖掘一个人的免疫记忆——他或她的免疫系统遇到的病原体和抗原的一个名副其实的目录。

Daugherty说：“每次你遇到一种病原体，你就会增加一种免疫应答。”应答来自你身体正在抵抗的抗原——分子的、细菌的、化学的——的特异抗体，和由后来遇见的抗体及其抗原激活的“记忆细胞”形成。应答是多种多样的，从小的反应——一个咳嗽或者一个喷嚏，到严重的自身免疫疾病——在这些疾病状况下，身体通过破坏它们，转而对抗自身组织和免疫系统的反应，例如糖尿病类型1和腹泻病。

Daugherty说：“诀窍是，要确定哪种抗体与特殊疾病有关。”例如，腹腔疾病患者在他们的血液中有确定的抗体，这些抗体结合到小麦、大麦和黑麦中存在的特定多肽——短的氨基酸链。这些多肽是谷蛋白，就是一些人过敏和敏感的根源。像一把钥匙和一把锁，这些抗体——锁，只结合组成多肽的特定氨基酸序列——钥匙。

“腹泻病患者其血液中有两个特殊的抗体类型，这两个抗体已经被证明对诊断有非常大的作用。”

然而，确定一个人血液中在任何指定时间存在的抗体的纯粹种类和数量，对尝试将特殊疾病和特定抗体分子联系起来的研究者来说，还是一个挑战。一种抗原能刺激很多应答抗体的产生。而且，每个人的抗体，甚至相同抗原的抗体，它们在形式上也略有不同。Daugherty说，利用分子分离发现疾病的抗体这个想法，已经存了超过20年，但是没有人能完全描绘如何通过大量的分子进行筛选。

为了分类一个人血液中成千上万的抗体分子，包括来自UCSB生物分子科学和工程研究生项目的博士后John T. Ballew在内的研究团队，将一个研究对象的血液样本——包含抗体分子——与大量不同的多肽（大约100亿）混合。

Daugherty说：“所有钥匙都与它们首选的锁联系在一起。能结合到一种抗体上的多肽，也是如此。”接着，研究者在一个逐步降低抗体-多肽配对数目的过程中，抽出disease-bound 配对。对后面具有相同症状、表型或遗传倾向的患者，重复同样的实验，继续降低多肽库的大小。而且，在设计最好的体外进化中，多肽能够识别刚好放入抗体锁的特殊氨基酸序列钥匙。这个序列可以用来确定，讨论中的抗体是否可以作为与疾病特殊相关的生物标记物。

Daugherty说：“根据这种方法制造的试剂的诊断性能非常出色。我们能够用仅仅一滴血来发现生物标记物，发现的多肽可以被改编为在临床实践中广泛应用的首选的低成本测试平台。”

进化的多肽氨基酸序列，当其与一个已知蛋白数据库互相参照时，就能够鉴定抗原（包含相同的多肽序列）。反过来，这能为我们提供线索，到底是患者环境中的什么因素引起了疾病。这种方法可以使我们获得更多关于被认为由环境引起的疾病的见解，包括类型1糖尿病、自闭症、精神分裂症/躁郁症障碍、节段性回肠炎、帕金森氏病和老年痴呆症。例如格雷夫斯氏病，这种疾病患者的一个抗体被鉴定为是病因（与仅仅是一个指示器截然相反），了解其抗体的结构能够带来更多有效的治疗。Daugherty说：“如果你能把抗体去除，你就能治疗这种疾病，通过发现这些钥匙，你就能锁定抗体。”（生物通：王英）

生物通推荐原文摘要：
Antibody biomarker discovery through in vitro directed evolution of consensus recognition epitopes

Abstract：To enable discovery of serum antibodies indicative of disease and simultaneously develop reagents suitable for diagnosis, in vitro directed evolution was applied to identify consensus peptides recognized by patients’ serum antibodies. Bacterial cell-displayed peptide libraries were quantitatively screened for binders to serum antibodies from patients with celiac disease (CD), using cell-sorting instrumentation to identify two distinct consensus epitope families specific to CD patients (PEQ and E/DxFVY/FQ). Evolution of the E/DxFVY/FQ consensus epitope identified a celiac-specific epitope, distinct from the two CD hallmark antigens tissue transglutaminase-2 and deamidated gliadin, exhibiting 71% sensitivity and 99% specificity (n = 231). Expansion of the first-generation PEQ consensus epitope via in vitro evolution yielded octapeptides QPEQAFPE and PFPEQxFP that identified ω- and γ-gliadins, and their deamidated forms, as immunodominant B-cell epitopes in wheat and related cereal proteins. The evolved octapeptides, but not first-generation peptides, discriminated one-way blinded CD and non-CD sera (n = 78) with exceptional accuracy, yielding 100% sensitivity and 98% specificity. Because this method, termed antibody diagnostics via evolution of peptides, does not require prior knowledge of pathobiology, it may be broadly useful for de novo discovery of antibody biomarkers and reagents for their detection.