講座主題：T細胞和B細胞表位預測：開啟免疫治療新時代的鑰匙
講座時間：2024年7月30日（周二），14:00
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適應性免疫（Adaptive immunity）由T細胞和B細胞介導，它們具有生成針對特定病原體的記憶能力，保護機體避免再次感染。這種特異性識別基於病原體（pathogens）中的特定靶標——抗原的識別，特別是抗原表面的特定部分，即表位（epitopes）。而表位鑑定在疾病研究、疫苗設計、免疫監測等領域具有重要意義。表位鑑定方法多樣，包括通過抗原-抗體複合物結構分析、肽文庫篩選、抗原突變功能測定等鑑定B細胞表位，以及利用MHC多聚體、淋巴細胞增殖或ELISPOT測定等方法檢測T細胞表位。
傳統方法雖有效但成本高且耗時長，因此，計算機預測方法如B細胞表位預測、MHC-I/II類抗原肽結合活性預測等被開發並應用，以提高效率並減輕實驗負擔。
圖 | B細胞表位識別。B細胞表位是抗原的溶劑暴露部分，其與分泌的和細胞結合的免疫球蛋白結合。
圖 | T細胞表位識別
T細胞表位(T-cell epitopes )是衍生自抗原的肽，並且當與APC的細胞表面上展示的MHC分子結合時被T細胞受體（T-cell receptor,TCR）識別。
（a）CD4 T細胞表達CD4輔助受體，其結合MHC II，並識別由MHC II分子呈遞的肽。
（b）CD8 T細胞表達CD8輔助受體，其結合MHC I，並識別由MHC I分子呈遞的肽。
圖片來源：http://qinqianshan.com/biology/antibody/t-cell-b-cell-epitope-prediction/
拉斯维加斯9888科技的MaXFlow平台可以利用人工智能技術實現MHC-I類和MHC-II類結合活性預測、B細胞表位預測：
1. MHC-I結合活性預測
該功能使用的是基於循環神經網絡和注意力機制的AI預測模型，以高質量的MHC-I分子數據集作為輸入進行結合活性預測。只需要輸入蛋白序列，即可預測MHC-I分子結合肽段序列以及肽段與MHC-I的結合活性值。
圖 | MHC-I結合活性預測工作流
圖 | MHC-I結合活性預測結果
2. MHC-II結合活性預測
該功能採用了一種帶注意力機制的遞歸神經網絡結構。與之前的方法不同，本方法無需對輸入樣本進行預處理或後處理，且通過注意力機制不僅能提供高精度的結合親和力預測，還能揭示肽段與MHC-II序列間結合機制的生物學洞見。該功能也是只需要輸入蛋白序列，即可預測MHC-II分子結合肽段序列以及肽段與MHC-II的結合活性值，若是結合還會顯示結合強弱。
圖 | MHC-I結合活性預測工作流
圖 | MHC-II結合活性預測結果
3. B細胞表位預測
利用抗原的序列進行線性B細胞表位預測，獲得在抗原抗體的結合反應中抗原參與結合的部位。組件模型使用了AI自然語言處理中的詞嵌入方法，將蛋白質序列編碼為特徵向量，再利用以RBF（Radial Basis Function Kernel，徑向基函數 ）作為內核的SVM（Support Vector Machine，支持向量機）算法，實現對輸入肽段進行是否為B細胞表位的二分類判斷。組件提供多個利用不同數據集進行訓練獲得的預測模型。該功能只需要輸入抗原序列，根據抗原所屬的類型選擇對應的預測模型，即可預測剪切後的肽段為Epitope的預測概率。
圖 | B細胞表位預測工作流
圖 | B細胞表位預測結果
MaXFlow 應用領域
疫苗設計：
通過預測B細胞表位和MHC-I/MHC-II類結合肽，科學家可以設計出能有效激活特異性免疫應答的疫苗成分，這些疫苗能夠針對性地誘導抗體或細胞免疫反應，對抗病毒、細菌感染或癌症。
感染性疾病預防與診斷：
了解哪些肽段能有效結合MHC分子並激活T細胞，有助於開發用於感染性疾病早期診斷的免疫診斷試劑，以及指導抗原選擇，以提高疫苗的保護效率。
癌症免疫療法：
識別腫瘤相關新抗原的MHC結合肽對於個性化癌症免疫治療至關重要。通過精準預測這些肽段，可以篩選出適合特定患者的治療靶點，進而設計個性化疫苗或免疫細胞療法。
自身免疫疾病研究：
在自身免疫疾病中，錯誤識別自體抗原的T細胞導致免疫系統攻擊自身組織。MHC-I/II類結合活性預測有助於揭示自身免疫反應背後的機制，為疾病診斷和治療策略提供依據。
食品領域：
可以用於分析蝦中的蛋白質，比如原肌球蛋白（myotrophin）、精氨酸激酶（arginine kinase），通過預測B細胞表位和MHC結合活性，可以識別出潛在的過敏原性肽段，這對於開發低過敏性的蝦產品和診斷試劑盒非常有幫助。還可以用於小麥主要過敏原的預測，小麥中的過敏原主要包括醇溶蛋白（gliadin）、麥谷蛋白（glutenin）等。通過預測這些蛋白質上的B細胞和T細胞表位，可以更好地理解小麥過敏的機制，並為無麩質產品的開發提供指導。
本次講座會結合案例來跟大家探討T細胞和B細胞表位預測能為生命科學領域帶來哪些便利：
了解T細胞和B細胞介導免疫反應的過程
解析MHC-I和MHC-II分子結構特點
MaXFlow中T細胞和B細胞表位預測算法特點
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T細胞和B細胞表位預測的應用案例
QUESTION 1
T細胞和B細胞表位預測的差異主要體現在哪裏？
講師解答：
T細胞表位預測關注的是能夠與MHC分子結合的肽段，而B細胞表位預測則側重於抗原表面能夠直接被抗體識別的結構區域，包括線性和構象表位。
QUESTION 2
SARS-CoV-2疫苗設計中，如何利用B細胞和T細胞表位預測？
講師解答：
通過預測S蛋白上的B細胞表位以及T細胞表位，研究人員能夠識別出能激發體液免疫和細胞免疫反應的肽段，為疫苗設計提供基礎，以激活全面的免疫應答。
QUESTION 3
MaXFlow平台在SARS-CoV-2疫苗設計中的作用是什麼？
講師解答：
MaXFlow平台集成了眾多計算資源和智能算法，針對SARS-CoV-2疫苗的研發，展現了其在加速科研進程、提高效率和促進創新方面的顯著優勢。同時它蔣計算科學與實驗科學的深度融合，展示了科研流程的現代化和智能化趨勢。
