新冠疫情正在席捲全球。3月11日，世界衛生組織(WHO)宣佈，新冠肺炎疫情已經構成全球性大流行(pandemic)。針對新冠病毒的抗體，特別是IgM進行檢測，有助於對新冠病毒感染的快速診斷，是核酸檢測的有力補充。目前已鑑定的抗原主要是N和S蛋白，對於新冠病毒其它蛋白的抗原性的鑑定仍為空白。另外，探索病人體內的抗體響應強度與年齡或性別、疾病的進展和嚴重程度等是否有相關性，將有助於我們進一步理解病毒和機體免疫系統的相互作用，對干預治療或疫苗開發具有重要意義。因此，從系統層次全局性地分析新冠肺炎病人血清中病毒特異性抗體的種類和強度十分必要。
2020年3月27日，上海交通大學陶生策團隊和佛山第四人民醫院周杰團隊合作，在medRxiv上發佈了尚未經同行評審的最新研究成果Global profiling of SARS-CoV-2 specific IgG/ IgM responses of convalescents using a proteome microarray（基於SARS-CoV-2蛋白質芯片進行新冠病人康復期血清的IgG/IgM抗體響應的全局性分析）。
該團隊前期合成了SARS-CoV-2全套原核表達克隆（為了能讓更多的科學家方便獲取，該團隊已將這套克隆放到了中科院生化細胞所蘇州研究院的質粒共享平臺上（http://brics.ac.cn:9999/page/template/index/index.html），並授權他們進行後續分享。上海交通大學陶生策課題組無償提供SARS-CoV 2全套編碼基因的原核表達克隆）。並在該表達克隆庫的基礎上成功地構建了第一款SARS-CoV-2蛋白質組芯片（陶生策團隊成功構建新型冠狀病毒蛋白質組芯片）。該芯片目前涵蓋了18個新冠病毒基因組所編碼的蛋白質，並且多個蛋白有多個版本，多個來源，如E.coli表達、哺乳動物細胞表達以及無細胞體系表達。芯片的佈局、質控以及初步血清檢測結果如圖1所示。
圖1. SARS-COV-2蛋白質芯片的佈局和血清分析。A，芯片佈局圖和anti-6xHis質控圖，其中蛋白名稱中後綴表示蛋白來源（T: Tao Lab (陶老師課題組); B: Hangzhou Bioeast biotech. Co., Ltd.; K: Healthcode Co., Ltd.; S: Sanyou biopharmaceuticals Co., Ltd.; W: VACURE l Biotechnology Co., Ltd. Y: Sino biological Co., Ltd.；B, 一例病人及健康對照血清檢測的代表性芯片檢測圖
基於此芯片，該合作團隊進行了新冠病人血清IgG和IgM抗體的全面分析。首批29例新冠肺炎病人均來自佛山第四人民醫院，其中輕症患者3例，普通型患者26例，無嚴重或危重型患者。血清於病人出院當天收集，為康復期血清。另外，納入了11例健康對照和10例肺癌對照樣本。基於SARS-CoV-2蛋白質組芯片，同時對每例血清進行了IgG和IgM檢測。針對IgG的響應圖譜如圖2所示。通過對各樣本針對全部抗原的響應信號進行聚類分析，發現病人組、對照組和空白組被較好地聚類成三組，其中，S1蛋白和N蛋白在病人中普遍具有較強抗體響應，而對照組幾乎全部為陰性，確證了這兩個抗原在免疫診斷上的有效性。進一步分析發現，在對照組中，2例血清針對N蛋白有較強信號，提示N蛋白的可能假陽性。另外，對不同來源的蛋白的抗體響應進行了詳細的量化分析，發現無論是原核表達、還是哺乳動物細胞表達抑或是無細胞表達系統，均具有良好的檢測效果，但293T來源的蛋白在對照組中所產生的背景更低，或意味著更好的區分效果（參看原文）。
圖2. 29例COVID-19病人、21例對照血清及空白對照的IgG profile
除了S1蛋白和N蛋白，部分病人中針對新冠病毒其它蛋白也有較強反應。特別是蛋白ORF9b，在29例病人血清中有13例IgG呈現陽性, NSP5在3例血清中IgG為陽性，NSP10，NSP14，NSP16等在1例病人中IgG出現強陽性（參看原文）。儘快目前已分析的樣本量較少，但這些初步結果說明
除N和S蛋白外其它新冠病毒蛋白亦可能產生抗體，提示這些蛋白可能具有重要的生理或病理作用。
圖3. Age、LDH等臨床特徵與S1蛋白IgG響應強度的相關性分析
最後，本項研究對S1與N蛋白的IgG響應與病人的臨床信息進行了相關性分析（圖3），排除發病時間（首次症狀至樣本獲取的時間）的影響，發現S1或N蛋白的抗體響應與年齡呈現顯著正相關，特別是對於女性患者，而男性患者中對於40歲以上人群這種相關性消失；另外，
抗體響應與乳酸脫氫酶（LDH）水平呈現正相關，與淋巴細胞百分比（Ly%）呈現負相關，女性尤為顯著，而3例來自輕症患者血清的抗體均處於較低水平，這種相關性提示抗體響應或與疾病的嚴重程度密切相關。這些觀察或提示，對於年輕人而言，機體可能更能輕鬆地應對，而對於年長者則需要調動更強的免疫響應，而女性的反應可能比男性更靈敏。值得注意的是，目前的分析仍存在侷限性，需通過更多不同類型的樣本，更全面的臨床關聯分析才能獲得更為確定的結論。該芯片在持續更新中。基於該芯片的全面血清分析能有助於我們儘快揭示新冠病毒感染後不同人群的免疫反應規律。除此之外，該芯片還可用於但不限於以下方面：
1. 血清學分析。全面地研究新型冠狀病毒引發的病毒特異性抗體響應及其動態變化，將幫助我們理解機體的免疫響應過程，發現病毒的優勢蛋白抗原；
2. 疫苗評估。動態監控疫苗注射後血清中針對各種蛋白組分的抗體水平，並將其與防禦能力進行關聯分析，將助力疫苗的篩選和前期評估，加速疫苗的開發進程。
3. 病毒-宿主相互作用研究。進行宿主關鍵蛋白與病毒蛋白質相互作用研究，以助力對病毒侵染、複製合成等關鍵機制的揭示，並給出有潛力的靶蛋白用於藥物開發研究。
本項研究的共同第一作者為上海交通大學江何偉博士，李陽博士，張海南博士以及佛山市第四人民醫院王威醫生，通訊作者為佛山市第四人民醫院周杰院長及上海交通大學
陶生策研究員。其它參與者包括中科院武漢病毒研究所門冬博士，中科院生物物理研究所楊曉博士。原文鏈接：
https://www.medrxiv.org/content/10.1101/2020.03.20.20039495v1
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