基于ε毒素安全表位的新型抗原设计：规避自身免疫反应中潜在分子模拟机制

为解决ε毒素（ETX）疫苗设计中的自身免疫风险，研究人员通过生物信息学筛选与人类蛋白质组无同源性的ETX特异性表位，构建了一种新型抗原。该抗原在结构稳定性和抗原性方面表现良好，成功避免了分子模拟可能引发的自身免疫反应，为开发安全有效的ETX疫苗提供了新策略。

　　

在微生物感染与自身免疫疾病的复杂关联中，分子模拟（molecular mimicry）机制一直备受关注。当病原体抗原与宿主蛋白质具有相似表位时，可能引发交叉免疫反应，导致对自身组织的攻击。Clostridium perfringens（产气荚膜梭菌）产生的ε毒素（Epsilon toxin, ETX）正是这样一个典型案例。这种毒素不仅是导致家畜肠毒血症的重要病原因子，被美国疾控中心（CDC）列为B类生物恐怖剂，还被多项研究证实为多发性硬化症（Multiple Sclerosis, MS）的环境触发因素。尤其值得注意的是，MS患者血清中检测到针对ETX中特定肽段（如TGVSLTTSYSFANT）的抗体，尽管初步BLAST分析未发现该肽段与人类蛋白质存在显著同源性，但其潜在自身免疫风险仍不容忽视。

以往针对ETX的疫苗设计主要聚焦于去除其细胞毒性，例如通过点突变破坏受体结合能力或构建基于表位的免疫原。然而，这些研究未能系统评估疫苗候选分子与人类蛋白质组的同源性，因而无法排除分子模拟可能带来的自身免疫风险。在这一背景下，Abolfazl Jahangiri等研究人员在《Beni-Suef University Journal of Basic and Applied Sciences》发表了一项开创性研究，他们通过整合生物信息学分析、结构预测与分子动力学模拟，设计了一种基于ETX安全表位的新型抗原，旨在从根本上规避分子模拟引发的自身免疫反应。

为开展本研究，作者首先从UniProt获取ETX成熟序列（Q02307），利用肽段生成工具制备6至10聚体重叠肽段，并通过UniProt肽段搜索工具筛选与人类蛋白质组无同源性的序列。随后，借助免疫表位数据库（IEDB）验证这些肽段的免疫反应性，并选择无同源性且具有实验验证的表位进行抗原构建。该抗原的理化性质（如分子量、等电点）通过ProtParam分析，抗原性通过VaxiJen v2.0评估。线性B细胞表位通过BepiPred、LBtope等多工具预测，二级结构通过Jpred4和PSIPRED分析，三维结构则通过AlphaFold、I-TASSER、Robetta等平台建模。模型质量通过QMEAN和PROCHECK评估，并经ModRefiner和3Drefine优化。最后，通过WebGro平台进行50纳秒分子动力学（MD）模拟，验证结构的稳定性和紧凑性。

Heptameric ETX-derived peptides matched to identical peptides of the human proteome

研究人员发现，ETX序列中不存在长度超过7个氨基酸且与人类蛋白质组完全相同的肽段。其中，7聚体肽段共有4个与人类蛋白质同源，6聚体则多达83个。值得注意的是，肽段DKKEKSN和LEDVYVG已被实验证实为ETX的线性B细胞表位，而LEDVYVG还与人类蛋白质组中的HLA I类和II类结合肽存在同源性，提示其潜在自身免疫风险。最终，作者选择YYPNAMAYFDKVTINPQ和LIVKVRNLNTNNVQEY这两个与人类蛋白质无同源性且已被验证为ETX免疫表位的肽段作为抗原构建基础。

Design of a safe antigen

通过串联上述安全表位（未使用人工连接肽），研究人员构建了一个长度为110个氨基酸的蛋白质序列，其分子量约为13 kDa，等电点（pI）为8.75。该分子被预测为稳定蛋白质（不稳定指数II支持稳定性），抗原性得分为0.4923（VaxiJen），提示具有良好的免疫原性。

Linear B-cell epitopes for the designed construct

多种表位预测工具（BepiPred、SVMTriP等）均在该抗原中识别出多个线性B细胞表位，且这些区域在柔性、亲水性和表面可及性等理化属性上均符合B细胞表位特征，进一步支持其免疫潜力。

Prediction of secondary structure and membrane-passing regions

二级结构分析显示，该抗原以延伸链和无规卷曲为主，含有少量α螺旋，无跨膜区域，提示其为可溶性蛋白质，易于表达和纯化。

3D structure modeling

比较不同软件（AlphaFold、I-TASSER、Robetta等）的建模结果后，AlphaFold所预测的三维模型质量最高（QMEAN得分0.51），且其二级结构分布与实验预测高度一致。

Model quality assessment

Ramachandran图分析显示，该模型83.3%的氨基酸位于最允许区，无残基位于异常区，表明其立体化学质量优良。

Model refinements

经ModRefiner和3Drefine优化后，模型QMEAN得分提升至0.52，且与原始模型的RMSD仅为0.421 ?，说明优化过程显著改善了局部结构的物理合理性。

MD simulation

50纳秒分子动力学模拟显示，该抗原在5纳秒后即达到结构平衡，RMSD和回转半径（Rg）均保持稳定，表明其在水溶液中能维持结构紧凑性和动态稳定性。

本研究通过严谨的生物信息学设计和结构验证，成功构建了一种基于ETX安全表位的新型抗原。该抗原不仅避免了与人类蛋白质组的同源性，降低了分子模拟风险，还具有良好的结构稳定性和抗原性。其小型化特征（13 kDa）便于在大肠杆菌等系统中低成本生产，适用于畜牧业和人类医疗场景。尽管本研究纯为计算机模拟分析，但其整合多维度验证策略（同源性筛选、表位验证、结构模拟和动力学分析），为后续实验研究提供了坚实理论基础。未来工作需通过动物实验和抗体中和试验进一步验证其免疫保护效果和安全性，特别是在MS模型中的交叉反应性评估。总之，这项研究为开发下一代安全疫苗提供了重要范式，尤其强调了在疫苗设计中纳入自身免疫风险评估的必要性。