《Human Immunology》：A wide proteome analysis to engineer an efficient epitope based vaccine against
Salmonella Typhi: An immunoinformatic study
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本研究旨在设计一种基于伤寒沙门氏菌免疫原性最强的7种蛋白的重组亚单位疫苗，通过免疫信息学预测线性表位，结合分子佐剂和肽连接器，并评估其理化性质、抗原性及与TLR4/MD2受体的结合稳定性，最终证实疫苗能有效刺激体液和细胞免疫反应，并稳定结合受体。
Mahsa Beiranvand | Nemat Shams | Amin Jaydari | Narges Nazifi | Peyman Khademi
伊朗洛雷斯坦大学兽医学院微生物学与食品健康系
摘要
背景
伤寒是一种由沙门氏菌肠炎血清型Typhi引起的潜在致命疾病，需要有效的疫苗。本研究旨在利用沙门氏菌Typhi蛋白质组中最具免疫原性的蛋白质来设计一种重组亚单位疫苗。
方法
首先，选择了最具抗原性的蛋白质以预测T细胞、B细胞和IFN-γ的表位。然后设计了一种包含这些表位、肽连接子和分子佐剂的重组构建体。通过全面评估，研究了其理化性质、溶解性、二级/三级结构、抗原性和免疫刺激潜力。此外，还通过分子对接和动力学模拟研究了其与TLR4/MD2受体复合物的结合情况。
结果
在4322种蛋白质中选择了7种用于表位预测，最终得到了一种包含655个氨基酸的重组构建体。理化分析显示，该构建体含有40.31%的疏水性氨基酸，脂肪族指数为53.66，GRAVY指数为-0.712，不稳定性指数为22.34。其结构组成中，α-螺旋占53.53%，伸展链占8.85%，无规则卷曲占40.61%。免疫模拟表明，该疫苗能够显著增强体液免疫和细胞免疫反应。该疫苗构建体通过显著的氢键与TLR4/MD2受体结合（亲和力：-1019.1 kcal/mol）。分子动力学模拟证实了这种结合在200纳秒内的稳定性，表明疫苗候选物和受体在整个模拟过程中都保持结构稳定。
结论
这种伤寒疫苗候选物具有免疫原性，能够引发强烈的免疫反应，并且与TLR4/MD2受体结合稳定。
引言
沙门氏菌肠炎血清型Typhi是一种兼性细胞内病原体，可引起人类伤寒。伤寒通过摄入受污染的食物或水而感染，随后侵入肠道黏膜和派尔集合淋巴结。在无症状携带者中，胆囊可能成为病原体的长期储存场所。这种多阶段疾病会发展成严重的并发症，通常在第三周出现肠道穿孔。部分患者可能康复，但另一部分患者可能会死亡。伤寒的发病率和死亡率令人担忧。先前的研究表明，该疾病的区域发病率在中欧和东欧以及中亚地区为每年每10万人中不到0.1例，而在撒哈拉以南非洲地区则高达每年每10万人中724.6例[1]。因此，发展中国家承受着最大的疾病负担，这些国家每年有超过1000万例病例和10万人因此死亡[2]。疫苗接种仍然是控制传染病最具成本效益的公共卫生干预措施。伤寒是全球传染病领域的主要健康挑战之一，这类疾病每年导致超过900万人死亡（世界卫生组织，2020年）。目前，利用病原体的免疫原性部分设计和生产疫苗引起了研究人员的关注[3]。另一方面，多重耐药沙门氏菌株的出现使得生产更有效的伤寒疫苗变得更为迫切[4]。目前全球有两种获准使用的伤寒疫苗：口服Ty21a疫苗（胶囊剂和液体悬浮剂）和注射型Vi荚膜多糖疫苗[5]。Ty21a疫苗是一种减毒活疫苗，需要在3到4个月内接种3剂才能产生免疫力（第三剂后10到14天开始生效），并且每5年需要加强一次；此外，抗疟疾药物的使用会降低该疫苗的免疫原性[6]。注射型Vi荚膜多糖疫苗对2岁以下儿童没有免疫效果，仅适用于2岁以上人群。该疫苗在接种21个月后的有效率为64%，3年后降至55%，因此建议每3年接种一次以维持保护效果[7]。本研究通过全面的蛋白质组筛查，鉴定了沙门氏菌肠炎血清型Typhi的高免疫原性蛋白质，用于设计多表位亚单位疫苗。研究假设，基于T细胞、B细胞和IFN-γ最可能预测的表位，并通过肽连接子与分子佐剂结合的构建体，将表现出最佳的免疫原性和理化性质。随后对这种候选疫苗的关键特性进行了评估，以进一步验证这一假设。
数据收集
本研究使用了沙门氏菌Typhi的蛋白质组（访问编号AE014613.1）以及HBHA蛋白的氨基酸序列（访问编号NP_214989.1b，来自NCBI服务器：https://www.ncbi.nlm.nih.gov/）。同时，还从RCSB服务器（使用ID号2Z64）获取了TLR4/MD2（Toll样受体4/髓系分化因子2）蛋白的PDB结构。
研究蛋白质组的保护性、致敏性和抗原性
本研究从NCBI服务器提取了构成沙门氏菌Typhi蛋白质组的4322种蛋白质的氨基酸序列。首先使用VaxiJen服务器及其默认阈值识别出抗原性蛋白质，并将非抗原性蛋白质排除在进一步分析之外。剩余蛋白质使用AllerTop服务器进行致敏性筛查，移除了被预测为致敏性的蛋白质，最终留下200种候选蛋白。
讨论
沙门氏菌肠炎血清型Typhi可引起伤寒，并在宿主体内引发黏膜和系统免疫反应。这种兼性细胞内病原体在感染或接种减毒活疫苗后能诱导体液免疫和细胞免疫[13,14]。与其他胃肠道病原体类似，沙门氏菌会侵入回肠壁的派尔集合淋巴结并刺激宿主的黏膜免疫[15,16]。基于相关研究……
结论
在本研究中，为了开发一种重组且安全的伤寒疫苗，我们评估了整个沙门氏菌Typhi蛋白质组。在4322种蛋白质中，我们选择了7种非致敏性蛋白质，这些蛋白质具有最高的抗原性评分，并使用可靠的免疫信息学算法预测了它们的最佳表位。我们设计了将这些特定表位与分子佐剂结合的重组构建体。免疫信息学分析证实，这种655个氨基酸的重组疫苗构建体具有……
CRediT作者贡献声明
Mahsa Beyranvand： 软件开发、方法学设计。
Nemat Shams： 验证、监督。
Amin Jaydari： 数据可视化、软件应用。
Narges Nazifi： 原稿撰写、方法学设计、实验研究、概念构思。
Peyman Khademi： 验证工作。
资助
本研究得到了伊朗洛雷斯坦大学（Khorram Abad）的支持（资助编号：1402/544）。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。
