基于反向疫苗学的多表位疫苗设计：靶向耐药结核分枝杆菌和牛分枝杆菌的PE_PGRS16蛋白研究

本研究针对全球结核病防控中耐药菌株激增和现有疫苗BCG保护力不足的严峻挑战，采用反向疫苗学策略设计了一种靶向PE_PGRS16蛋白的多表位疫苗。研究人员通过生物信息学筛选获得9个高抗原性表位（4个B细胞表位、3个CTL表位和2个HTL表位），结合Griselimycin佐剂构建的疫苗分子显示-44.566 kcal/mol的TLR4结合能，在东非人群覆盖率达100%。该研究为开发抗耐药结核和牛结核的广谱疫苗提供了新思路。

　　

结核病至今仍是全球最致命的传染病之一，每年夺去超过150万人的生命。更令人担忧的是，耐药结核菌株的蔓延让治疗变得愈发困难——世界卫生组织数据显示，耐多药结核病(MDR-TB)和广泛耐药结核病(XDR-TB)病例数持续攀升。而现有的卡介苗(BCG)在成人中的保护效果参差不齐，对耐药菌株和牛分枝杆菌(M. bovis)几乎无效。这种跨界传播的病原体不仅威胁人类健康，还造成畜牧业重大经济损失。面对这一双重挑战，科学家们亟需开发新一代广谱疫苗。

来自乌干达马凯雷雷大学健康科学学院免疫与分子生物学系（Department of Immunology and Molecular Biology, College of Health Sciences, Makerere University）的Eva Akurut领衔的研究团队，创新性地采用反向疫苗学(reverse vaccinology)策略，设计了一种能同时对抗人类结核病和牛结核病的多表位疫苗。这项发表在《Scientific Reports》的研究瞄准了结核分枝杆菌和牛分枝杆菌共有的"致命弱点"——PE_PGRS16蛋白，这种表面表达毒力因子在耐药菌株中高度保守，是理想的疫苗靶点。

研究人员运用了四大关键技术：1）从8种临床耐药菌株基因组中筛选保守毒力蛋白；2）通过NetCTL和ABCpred等算法预测CTL、HTL及B细胞表位；3）采用AlphaFold2进行三维结构建模和分子对接；4）利用C-ImmSim模拟免疫反应。特别值得注意的是，研究使用的临床菌株来自乌干达参考实验室存档样本，包含对吡嗪酰胺等一线药物耐药的MDR菌株。

【候选疫苗设计】研究团队从923个氨基酸的PE_PGRS16蛋白中筛选出9个符合所有安全标准的表位：4个能刺激IgG产生的B细胞表位（如GGLGGSGGTGGAGMAA），3个可诱导γ-干扰素(IFN-γ)的CTL表位（如YAGGLTYNY），以及2个HTL表位。这些表位通过GPGPG和AAY等柔性连接子串联，并加入抗菌肽Griselimycin作为佐剂增强免疫原性。最终构建的疫苗分子量16.3kDa，不稳定指数低至-31.31，溶解度达0.651，远超大肠杆菌表达系统的要求标准。

【免疫原性验证】分子对接显示疫苗与TLR4结合能低至-44.566 kcal/mol，预示强效免疫激活能力。计算机模拟三次接种后，观察到IgG和IgM抗体水平显著升高，记忆B细胞数量增加3倍，IFN-γ分泌量提升5倍。特别关键的是，针对东非人群的覆盖率分析显示：I类HLA表位覆盖98.35%人群（平均每个个体识别8.4个表位），II类HLA表位实现100%全覆盖，为区域防控提供了精准数据支持。

【结构生物学特征】通过AlphaFold2构建的三维模型显示，疫苗含有31%α螺旋和21%β折叠，经GalaxyRefine优化后，拉氏图中94.7%氨基酸落在最允许区。弹性网络分析揭示，疫苗-TLR4复合物的特征值达1.816×10^-5，协变图显示核心表位区域运动高度协调，这些结构特征为其稳定性提供了理论保障。

这项研究的突破性在于：首次针对PE_PGRS16蛋白设计跨物种结核疫苗，解决了BCG对M. bovis无效的难题；采用的Griselimycin佐剂方案使免疫应答强度提升2.3倍；表位组合覆盖了90%人群识别5个以上表位，远超同类研究。尽管仍需实验验证，这种"一箭双雕"的设计策略为应对耐药结核和动物结核共循环的非洲地区提供了定制化解决方案，其反向疫苗学与人工智能相结合的研究范式，也为其他耐药病原体的疫苗开发提供了重要参考。