摘 要
金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus,SA)是一种常见的革兰阳性菌,广泛存在于空气、水、灰尘及人和动物的排泄物中,可能会造成免疫低下人群的感染,甚至危及生命。此外,由于抗生素的广泛使用,金黄色葡萄球菌的耐药性问题日益严重,导致常用的一线药物治疗对包括耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(Methicillin-Resistant Staphylococcus aureus,MRSA)在内的耐药菌株已难以奏效。因此,针对这类“超级细菌”的抗菌疗法迫切需要新的思路。
近日,陆军军医大学药学院邹全明、左钱飞老师团队在免疫学著名期刊《Clinical Immunology》(IF=8.6)上发表了题为“Human monoclonal antibodies against Staphylococcus aureus A protein identified by high-throughput single-cell sequencing of phase I clinical volunteers’ B cells”的研究文章,报道了一种新的对MRSA感染有保护作用的抗体分子。这也是继该团队成功开发五价金黄色葡萄球菌疫苗(Ⅲ期临床)后的又一重要成果。本研究首先通过流式细胞分选技术从I临床期受试者的PBMC中筛选与五种重组金黄色葡萄球菌抗原蛋白相结合的特异性记忆B细胞;随后对这些记忆B细胞进行10x高通量单细胞BCR测序和生物信息分析,筛选并获得10种IgG抗体序列;针对这些抗体序列,成功构建了表达载体并进行了抗体纯化,发现IgG-6表现出了较高的亲和力和表达水平,并对MRSA感染有明显的治疗效果。这些发现为开发针对金黄色葡萄球菌感染的治疗方法提供了新的思路和选择。5848vip威尼斯电子游戏有幸承担了本研究中的单细胞测序和数据分析工作,特别是基于自主研发的BCR序列拼接和筛选流程,从海量的BCR序列中进行高效过滤和筛选,为后续特异性抗体候选药物验证和发现奠定了坚实的基础,也展示了高通量单细胞测序技术在临床研究和抗体药物开发上的巨大前景和优势。
研 究 结 果
1. 特异性记忆 B 细胞的鉴定和抗体测序
此前该研究团队发现了五种与金黄色葡萄球菌免疫侵染相关的关键抗原蛋白:α-溶血素(alpha-hemolysin,Hla)、铁表面决定蛋白B(iron surface determining protein B,IsdB)、变异的葡萄球菌蛋白A(mutant staphylococcal protein A,SpA5)、变异的葡萄球菌肠毒素B(mutant staphylococcal enterotoxin B,mSEB)、锰离子结合蛋白C(manganese ion binding protein C,MntC)。为了鉴定能与这五种重组金黄色葡萄球菌抗原蛋白结合的特异性记忆B细胞,作者将I期临床受试者的外周血淋巴细胞与生物素标记的重组抗原蛋白一同共孵育(图1B)。通过流式筛选出CD19+CD20+IgG+CD3-CD14-CD56-的细胞(图1C),随后将筛选出的细胞进行了单细胞BCR测序,经过质量控制,生物信息学分析揭示了10种轻重链配对且高表达的IgG1型克隆抗体类型。分析还包括抗体亚型和质粒表达载体的构建的确定(图2)。总的来说,作者通过高通量单细胞测序筛选了来自临床I期志愿者外周血(PBMCs)中针对五种抗原克隆表达的IgG1型抗体序列。
(图1)
(图2)
2. 成功构建10种质粒表达IgG抗体载体
使用pcDNA3.1(+)载体成功构建并纯化出表达IgG抗体的质粒。SDS-PAGE凝胶分析证实了10种IgG抗体的成功表达(图3A)。研究发现在这些抗体中,IgG-6(抗体序列:IGHV4–59|IGHJ5|CAKGSEDYLTWFDPW|IGKV4–1|IGKJ3|CQQYYSTPLTF)对SpA5(重组抗原蛋白之一)表现出显著的亲和力,并伴随着高表达水平(图3A-3B)。这一显著的结果成功促使研究进入了动物实验阶段,以评估IgG-6的免疫表现及效果。
(图3)
3. IgG-6对MRSA252菌株的感染提供了预防性保护
首先向雌性BALB/C小鼠尾静脉注射100μL不同浓度的MRSA252菌株并记录336 h内小鼠存活情况,值得注意的是,在1.5×10^9 CFU/ml的注射浓度下的小鼠3天内全部死亡(图4A)。随后再次选择小鼠分为两组,分别接受尾静脉注射100μL PBS(浓度为0.8mg/ml)或IgG-6(浓度为0.8mg/ml),并在24小时后对每组小鼠进行尾静脉注射100μL 1.5×10^9 CFU/ml的MRSA252菌株,以监测小鼠的存活率。结果表明,相当PBS组,IgG-6对注射菌株小鼠提供了显著的50%保护(p < 0.01)(图4B)。
此外,作者还进行了MRSA252细菌肾脏的组织病理学检验实验。分别向PBS组和IgG-6组雌性BALB/C小鼠尾静脉注射100μL 1.5×10^9 CFU/ml MRSA252菌株后,经过72小时处理肾脏,用PBS稀释肾脏样品并在固体培养皿中对两组进行细菌负荷评估比较,作者发现与PBS对照组相比,IgG-6组的肾脏中观察到更低的细菌定植(Mann–Whitney test, p<0.01)(图4C)。HE染色和肾组织切片的组织学分析显示,接受IgG-6注射治疗的小鼠肾脏中中性粒细胞的积累减少(图4D)。通过RT-PCR的进一步分析表明,在与对照组相比,接受IgG-6的小鼠肾脏中炎症因子CXCL1的表达显著降低(P < 0.05)(图4E),并在炎症反应中表达较高。因此,抗体IgG-6对MRSA感染具有预防性保护效果。
(图4)
总 结
本研究通过高通量单细胞BCR测序筛选出特定的BCR抗体序列,成功鉴定和筛选出高表达的人源抗体IgG-6,并通过一系列的体外和体内实验证明了IgG-6对预防MRSA252感染具有明显的保护效应,为后续的临床实验提供了依据。本研究也表明单细胞测序、免疫组库等技术在抗体药物发现和临床转化上的优势和潜力。