当前全球新冠疫情局势依然严峻，感染人数已超过9913万，死亡人数已超过212万人（截至2021年1月25日），然而仍然没有针对新冠的特效药，控制疫情最重要的手段之一就是执行快速，精确的诊断，早发现早隔离。当前新冠感染检测技术是以核酸检测为主，但其操作相对复杂，而用于监测SARS-CoV-2特异性IgG和IgM反应的免疫学/血清学检测可提供重要信息，可作为辅助手段以提高新冠感染诊断的准确性，并用于新冠感染历史的判断。
抗体检测的准确性取决于抗原位点的选取，虽然N蛋白具有较强的抗原性能够诱导宿主免疫系统产生高丰度的抗体，但是特异性却不如S（Spike）蛋白，然而，在制备S蛋白，S1以及RBD时，蛋白质正确且高效表达通常是最困难的一步。病毒蛋白往往具有多个糖基化位点，更增加了蛋白表达、纯化的难度。若能够找到不需要考虑蛋白结构的肽来代替完整的蛋白，将大大简化免疫检测关键材料的准备，大幅地降低检测成本，并有可能在不降低灵敏度的情况下提高特异性。
2021年1月22日，上海交通大学陶生策团队联合华中科技大学范雄林团队等多家单位于Cellular & Molecular Immunology在线发表研究成果：Systematic evaluation of the IgG responses to SARS-CoV-2 spike protein-derived peptides for monitoring COVID-19 patients。该研究基于S蛋白全覆盖肽芯片，分析了大量的血清样本，鉴定出了几条具有高诊断性能的S蛋白肽段。
该团队前期合成了SARS-CoV-2全套原核表达克隆并进行了无偿分享（为了能让更多的科学家方便获取，该团队已将这套克隆放到了中科院生化细胞所苏州研究院的质粒共享平台上（http://brics.ac.cn），并授权他们进行后续分享），并在该表达克隆库的基础上成功地构建了第一款SARS-CoV-2蛋白质组芯片（陶生策团队合作开发SARS-CoV-2蛋白质组芯片全局性分析新冠病人血清IgG&IgM应答）。接着，该团队构建了全覆盖S蛋白的小肽芯片（BioartReports，2020年4月12日：陶生策团队成功构建新冠病毒S蛋白小肽芯片），利用该芯片对55例新冠康复病人的血清以及18例对照组血清的IgG和IgM抗体响应进行分析，发现多条小肽在病人血清中有较强的信号。
在本研究中，该团队采用S蛋白小肽芯片分析了包括729例住院患者血清样本和542例对照血清样本（包括无疾病，上呼吸道疾病，自身免疫疾病，肺癌及其他疾病），分析后发现其中8条肽表现出了较高的诊断能力（图1），其中S2-78（aa 1148-1159）的AUC达到了0.99——这一结果仅次于S1蛋白的诊断效果，特异性为96.7%（95%置信区间94.8-98.0%），灵敏度95.5%（95%置信区间93.7-96.9%）。不仅如此，S2-78在患者中的诊断正确率也与S1相当（图2），并且与S1和N蛋白同样适合检测抗体反应的动态变化。监测无症状感染对于控制新冠感染是必要的，该团队分析了63例经过核酸检测或抗体检测的无症状感染者血清，结果表明S2-78与S1蛋白的一致性达到93.7% （图3）。
图1. 用于区分COVID-19组（n = 729）和对照组（n = 542）的肽或蛋白质的ROC曲线
图2. S2-78与S1蛋白之间的一致性分析
图3. S2-78用于诊断无症状感染者
为了验证S2-78的诊断效果，该团队先将新冠康复者血清进行ELISA验证，信号值与芯片信号值之间皮尔森系数达到0.926，充分证明了第一阶段肽芯片结果的可靠性；接着，通过独立的血清样本验证，S2-78同样展示出对新冠感染的高诊断力（图4）。
图4. S2-78的ELISA验证
由于7种已知的人类冠状病毒之间的同源性较高，SARS-CoV-2抗体诊断的一个不可避免的风险是否与其他冠状病毒的交叉反应，尤其是引起普通感冒的4种冠状病毒。该研究团队对诊断能力较强的几条肽进行了同源性分析，尝试将展现出较低同源性的肽构建了一个组合，并通过二元回归分析进行初步筛选后，发现在这些SARS-CoV-2特异性肽中，S1-93（aa 553-564），S1-97（aa 577-588），S1-101（aa 601-612）和S1-105（aa 625-636）可以组合以提高检测的特异性（图5）。
图5. 组合肽区分相关冠状病毒
该研究利用完全覆盖S蛋白的肽芯片，分析了大量的血清样本，鉴定出了8条具有高诊断价值的肽作为检测SARS-CoV-2特异性抗原，其中S2-78（aa 1148-1159）在检测COVID-19和无症状感染方面具有与S1蛋白相当的诊断性能，当增加抗原浓度或采用更敏感的平台进行检测（例如电化学平台或单分子检测技术）时，有可能进一步提高S2-78的敏感性。据悉，该团队正在合作进行超灵敏且便携的检测方法的建立，将S2-78作为监测新冠病毒的另一个有力手段。
本研究的第一作者为上海交通大学李阳博士，赖丹昀博士生，华中科技大学雷清博士生，上海交通大学许钊葳博士，华中科技大学汪峰研究员，侯红艳博士，通讯作者为上海交通大学陶生策研究员，华中科技大学范雄林研究员，中山大学单鸿研究员。
原文链接：https://www.nature.com/articles/s41423-020-00612-5
稿件来源：陶生策课题组
图文编辑：王华瑶
