當前全球新冠疫情局勢依然嚴峻，感染人數已超過9913萬，死亡人數已超過212萬人（截至2021年1月25日），然而仍然沒有針對新冠的特效藥，控制疫情最重要的手段之一就是執行快速，精確的診斷，早發現早隔離。當前新冠感染檢測技術是以核酸檢測為主，但其操作相對複雜，而用於監測SARS-CoV-2特異性IgG和IgM反應的免疫學/血清學檢測可提供重要資訊，可作為輔助手段以提高新冠感染診斷的準確性，並用於新冠感染歷史的判斷。
抗體檢測的準確性取決於抗原位點的選取，雖然N蛋白具有較強的抗原效能夠誘導宿主免疫系統產生高丰度的抗體，但是特異性卻不如S（Spike）蛋白，然而，在製備S蛋白，S1以及RBD時，蛋白質正確且高效表達通常是最困難的一步。病毒蛋白往往具有多個糖基化位點，更增加了蛋白表達、純化的難度。若能夠找到不需要考慮蛋白結構的肽來代替完整的蛋白，將大大簡化免疫檢測關鍵材料的準備，大幅地降低檢測成本，並有可能在不降低靈敏度的情況下提高特異性。
近日，上海交通大學陶生策團隊聯合華中科技大學範雄林團隊等多家單位於Cellular & Molecular Immunology線上發表研究成果：Systematic evaluation of the IgG responses to SARS-CoV-2 spike protein-derived peptides for monitoring COVID-19 patients。該研究基於S蛋白全覆蓋肽晶片，分析了大量的血清樣本，鑑定出了幾條具有高診斷效能的S蛋白肽段。
該團隊前期合成了SARS-CoV-2全套原核表達克隆並進行了無償分享（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），並授權他們進行後續分享），並在該表達克隆庫的基礎上成功地構建了第一款SARS-CoV-2蛋白質組晶片（陶生策團隊合作開發SARS-CoV-2蛋白質組晶片全域性性分析新冠病人血清IgG&IgM應答）。接著，該團隊構建了全覆蓋S蛋白的小肽晶片（BioartReports，2020年4月12日：陶生策團隊成功構建新冠病毒S蛋白小肽晶片），利用該晶片對55例新冠康復病人的血清以及18例對照組血清的IgG和IgM抗體響應進行分析，發現多條小肽在病人血清中有較強的訊號。在本研究中，該團隊採用S蛋白小肽晶片分析了包括729例住院患者血清樣本和542例對照血清樣本（包括無疾病，上呼吸道疾病，自身免疫疾病，肺癌及其他疾病），分析後發現其中8條肽表現出了較高的診斷能力（圖1），其中S2-78（aa 1148-1159）的AUC達到了0.99——這一結果僅次於S1蛋白的診斷效果，特異性為96.7%（95%置信區間94.8-98.0%），靈敏度95.5%（95%置信區間93.7-96.9%）。不僅如此，S2-78在患者中的診斷正確率也與S1相當（圖2），並且與S1和N蛋白同樣適合檢測抗體反應的動態變化。監測無症狀感染對於控制新冠感染是必要的，該團隊分析了63例經過核酸檢測或抗體檢測的無症狀感染者血清，結果表明S2-78與S1蛋白的一致性達到93.7% （圖3）。
圖1. 用於區分COVID-19組（n = 729）和對照組（n = 542）的肽或蛋白質的ROC曲線
圖2. S2-78與S1蛋白之間的一致性分析
圖3. S2-78用於診斷無症狀感染者
為了驗證S2-78的診斷效果，該團隊先將新冠康復者血清進行ELISA驗證，訊號值與晶片訊號值之間皮爾森係數達到0.926，充分證明了第一階段肽晶片結果的可靠性；接著，透過獨立的血清樣本驗證，S2-78同樣展示出對新冠感染的高診斷力（圖4）。
圖4. S2-78的ELISA驗證
由於7種已知的人類冠狀病毒之間的同源性較高，SARS-CoV-2抗體診斷的一個不可避免的風險是否與其他冠狀病毒的交叉反應，尤其是引起普通感冒的4種冠狀病毒。該研究團隊對診斷能力較強的幾條肽進行了同源性分析，嘗試將展現出較低同源性的肽構建了一個組合，並透過二元迴歸分析進行初步篩選後，發現在這些SARS-CoV-2特異性肽中，S1-93（aa 553-564），S1-97（aa 577-588），S1-101（aa 601-612）和S1-105（aa 625-636）可以組合以提高檢測的特異性（圖5）。
圖5. 組合肽區分相關冠狀病毒
該研究利用完全覆蓋S蛋白的肽晶片，分析了大量的血清樣本，鑑定出了8條具有高診斷價值的肽作為檢測SARS-CoV-2特異性抗原，其中S2-78（aa 1148-1159）在檢測COVID-19和無症狀感染方面具有與S1蛋白相當的診斷效能，當增加抗原濃度或採用更敏感的平臺進行檢測（例如電化學平臺或單分子檢測技術）時，有可能進一步提高S2-78的敏感性。據悉，該團隊正在合作進行超靈敏且便攜的檢測方法的建立，將S2-78作為監測新冠病毒的另一個有力手段。本研究的第一作者為上海交通大學李陽博士，賴丹昀博士生，華中科技大學雷清博士生，上海交通大學許釗葳博士，華中科技大學汪峰研究員，侯紅豔博士，通訊作者為上海交通大學陶生策研究員，華中科技大學範雄林研究員，中山大學單鴻研究員。
原文連結https://www.nature.com/articles/s41423-020-00612-5