人白細(xì)胞介素37的二級結(jié)構(gòu)及B細(xì)胞表位預(yù)測①

高巧艷 李 燕 周 密 高雪明 袁仙麗 李明才 (寧波大學(xué)醫(yī)學(xué)院免疫學(xué)研究室，寧波315211)

人白細(xì)胞介素37的二級結(jié)構(gòu)及B細(xì)胞表位預(yù)測①

高巧艷 李 燕 周 密 高雪明 袁仙麗 李明才 (寧波大學(xué)醫(yī)學(xué)院免疫學(xué)研究室，寧波315211)

目的:預(yù)測人IL-37b蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)及B細(xì)胞抗原表位。方法:以IL-37b蛋白質(zhì)的氨基酸序列為基礎(chǔ)，應(yīng)用ProScale、Bcepred服務(wù)器，分析人IL-37b親水性、柔韌性、可及性和抗原性指數(shù)，并結(jié)合二級結(jié)構(gòu)特征，預(yù)測IL-37b的B細(xì)胞表位。結(jié)果:IL-37b的二級結(jié)構(gòu)主要由β折疊(31.65%)、無規(guī)則卷曲(52.75%)、α螺旋(8.26%)和β轉(zhuǎn)角(7.34%)組成。其B細(xì)胞表位可能位于第21-27、34-75、175-192和213-215氨基酸區(qū)段。結(jié)論:此結(jié)果將有助于確定IL-37b的B細(xì)胞表位，為研制人IL-37單克隆抗體提供了理論依據(jù)。

IL-37;B細(xì)胞表位;二級結(jié)構(gòu)

IL-37是2000年利用計(jì)算機(jī)序列分析鑒定的一個(gè)細(xì)胞因子，是IL-1家族的第7個(gè)成員，它最初被命名為 IL-1F7[1]。IL-37基因位于人染色體2q12-q14區(qū)域，其表達(dá)產(chǎn)物有 a、b、c、d、e五種剪切亞型[2]。IL-37b分子量最大，其前體蛋白可以被caspase 1切割成IL-37b成熟蛋白。無論是前體分子還是成熟的IL-37b都能與IL-18Rα(IL-18 receptor α-chain)結(jié)合，而且IL-37b與IL-18基因序列有很高的同源性，因此IL-18Rα可能是它的一個(gè)受體[3]。IL-37b 還可以與 IL-18BP(IL-18 binding protein)結(jié)合，增強(qiáng) IL-18BP對 IL-18的抑制能力[4]。在核內(nèi)IL-37可以與Smad3(Mothers against decapentaplegic homolog 3)結(jié)合形成一個(gè)功能性復(fù)合物，影響基因轉(zhuǎn)錄，并抑制TLR(Toll like receptor)誘導(dǎo)的促炎因子以及樹突狀細(xì)胞活化[2，5]。

IL-37b在多種組織中都有表達(dá)，如在睪丸、胸腺和子宮中都發(fā)現(xiàn)IL-37mRNA組成型表達(dá)，但是在外周血單個(gè)核細(xì)胞和樹突狀細(xì)胞中IL-37可以被誘導(dǎo)表達(dá)[6]。在單核細(xì)胞、扁桃體漿細(xì)胞和乳腺癌中都發(fā)現(xiàn)了該蛋白的表達(dá)[3，7]。

IL-37b與多種炎癥相關(guān)性疾病有關(guān)。如在類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎和系統(tǒng)性紅斑狼瘡患者的血漿中，IL-37b的表達(dá)量顯著增高[2，8]。慢性乙型肝炎患者的血清中IL-37的水平與其肝損傷程度密切相關(guān)[9]。Imaeda等[10]的研究發(fā)現(xiàn)在潰瘍性結(jié)腸炎和克羅恩病患者的腸黏膜中IL-37b的表達(dá)量升高，同時(shí)用TNF-α誘導(dǎo)腸上皮細(xì)胞系T84時(shí)，IL-37b的mRNA和蛋白水平均升高，這些研究表明IL-37對于炎癥反應(yīng)具有顯著的抑制作用。

由于IL-37b具有顯著的抗炎作用，本研究將根據(jù)人IL-37b的氨基酸序列，運(yùn)用一些相關(guān)的分子生物學(xué)軟件，對IL-37b的B細(xì)胞優(yōu)勢表位進(jìn)行分析和預(yù)測，為制備IL-37單克隆抗體提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 人IL-37b的一級序列 根據(jù)NCBI提供的蛋白數(shù)據(jù)庫(NP_055254)獲得人IL-37b的氨基酸序列。其序列如圖1。

1.2 人IL-37b二級結(jié)構(gòu)的預(yù)測 采用改進(jìn)的自身優(yōu)化預(yù)測法(Improved self-optimized prediction method，SOPMA)對IL-37b的二級結(jié)構(gòu)進(jìn)行預(yù)測[11]。

1.3 人IL-37b親水性、可及性及柔韌性區(qū)域的預(yù)測 采用Hopp＆Woods親水性方案的氨基酸親水性標(biāo)準(zhǔn)對IL-37b的親水性進(jìn)行預(yù)測;采用Emini方案對IL-37b的可及性進(jìn)行預(yù)測[12];采用 Bhaskaran-Ponnuswamy方案對IL-37b的柔韌性進(jìn)行預(yù)測[13]。1.4 人IL-37b抗原位點(diǎn)的預(yù)測及B細(xì)胞優(yōu)勢表位分析 采用Kolaskar方案對IL-37b的抗原表位進(jìn)行預(yù)測[14]。然后將各分析方法綜合起來，各結(jié)果的重疊部分即為IL-37b可能的B細(xì)胞優(yōu)勢表位。

2 結(jié)果

2.1 人IL-37b的二級結(jié)構(gòu)預(yù)測 用SOPMA方法預(yù)測的IL-37b的二級結(jié)構(gòu)見圖2。預(yù)測結(jié)果顯示，IL-37b的二級結(jié)構(gòu)由無規(guī)則卷曲(52.75%)、β折疊(31.65%)、α 螺旋(8.26%)和 β 轉(zhuǎn)角(7.34%)構(gòu)成。β轉(zhuǎn)角和無規(guī)則卷曲主要在第5～8、14～42、46 ～58、70 ～78、97 ～107、124 ～131、147 ～153、159 ～163、170～174、180～186、191～198和205～216區(qū)段。

圖1 人IL-37b的氨基酸序列Fig.1 Amino acid sequence of human IL-37b

圖2 預(yù)測的人IL-37b蛋白的二級結(jié)構(gòu)Fig.2 Predicted secondary structure of human IL-37bNote:e.Extended strand;t.Beta turn;c.Random coil;h.Alpha helix.

2.2 IL-37b的親水性、可及性及柔韌性區(qū)域的預(yù)測采用Hopp＆Woods的氨基酸親水性標(biāo)準(zhǔn)對人IL-37b的親水性進(jìn)行分析，分析結(jié)果如圖3所示，位于7～36、50 ～70、100 ～108、119 ～152、187 ～200 和 208 ～214區(qū)段的氨基酸親水性較高;采用Emini方案對IL-37b的可及性進(jìn)行預(yù)測，預(yù)測結(jié)果如圖4所示，位于13 ～22、29～39、47～68、81 ～88、102～107、123～155、191～200和211-215區(qū)段的氨基酸可及性較高;采用Bhaskaran-Ponnuswamy方案對IL-37b的柔韌性進(jìn)行預(yù)測，預(yù)測結(jié)果如圖5所示，位于5～41、50～62、74 ～88、98 ～116、123 ～136、147 ～152、183～196和211～214區(qū)段的氨基酸柔韌性較高。

圖3 IL-37b的親水性預(yù)測Fig.3 Hydrophilicity prediction of IL-37b

圖4 IL-37b的柔韌性預(yù)測Fig.4 Average flexibility prediction of IL-37b

圖5 IL-37b的可及性預(yù)測Fig.5 Accessibility prediction of IL-37b

表1 不同方法分析人IL-37b的B細(xì)胞優(yōu)勢表位Tab.1 B cell dominant epitopes for human IL-37b predicted by various methods

2.3 IL-37b的抗原位點(diǎn)預(yù)測及B抗原優(yōu)勢表位分析 采用Kolaskar方案預(yù)測IL-37b的抗原位點(diǎn)，結(jié)果顯示，位于5～7、21～27、34～75、83～89、107～138、175～192、199～206和213～215區(qū)段的氨基酸為可能的抗原位點(diǎn)。表1將各參數(shù)的預(yù)測結(jié)果綜合起來分析IL-37b的B細(xì)胞表位，盡管不同參數(shù)預(yù)測的結(jié)果不盡相同，但多種參數(shù)分析結(jié)果都包含21～27、34～75、175 ～192、213～215 區(qū)段，因此該區(qū)段可能為人IL-37b的優(yōu)勢抗原表位。

3 討論

IL-37作為IL-1家族的新成員，是最近發(fā)現(xiàn)的一種前炎癥性細(xì)胞因子，在多種炎癥反應(yīng)中發(fā)揮重要作用。McNamee等[15]在小鼠結(jié)腸炎模型中發(fā)現(xiàn)IL-37b轉(zhuǎn)基因鼠比野生型小鼠的炎癥明顯減輕。在肝臟炎癥中IL-37b可以使促炎因子和趨化因子的表達(dá)量減少，抑制中性粒細(xì)胞在肝臟中的募集，從而保護(hù)肝臟細(xì)胞，減輕肝損傷程度[16]。同時(shí)在小鼠體內(nèi)構(gòu)建的MCA205纖維肉瘤模型中注射重組IL-37b腺病毒后發(fā)現(xiàn)腫瘤的生長受到抑制[17]。盡管IL-37b在炎癥相關(guān)性疾病中可能具有調(diào)節(jié)作用，但是目前仍然沒有對于IL-37b單克隆抗體的相關(guān)報(bào)道。

目前獲得B細(xì)胞優(yōu)勢表位肽段的一種重要方法是通過生物信息學(xué)方法進(jìn)行預(yù)測，并通過體外合成其肽段驗(yàn)證其正確性。在抗原表位的預(yù)測中，最常用和最成功的方法是Hopp＆Woods親水性方案，但表位的形成由多種因素共同作用，單參數(shù)預(yù)測的準(zhǔn)確率較低。因此除了親水性之外，還需要綜合考慮蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)、可及性和柔韌性等因素的影響。

本研究以人IL-37b的氨基酸結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，通過ProScal、Bcepred服務(wù)器上的相應(yīng)軟件和SOPMA軟件，綜合多種參數(shù)分析，預(yù)測IL-37b的B細(xì)胞優(yōu)勢表位。IL-37b蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)分析結(jié)果顯示，IL-37b由 β 折疊 (31.65%)、無規(guī)則卷曲(52.75%)、α螺旋(8.26%)和 β 轉(zhuǎn)角(7.34%)組成，無規(guī)則卷曲幾乎平均分布于IL-37b中。由于α螺旋和β折疊化學(xué)鍵的鍵能比較高，對于蛋白質(zhì)高級結(jié)構(gòu)的維持起重要作用，同時(shí)它們與抗體嵌合比較困難，并且它們經(jīng)常處于蛋白質(zhì)的內(nèi)部，因而該區(qū)域幾乎不可能成為抗原表位;而β轉(zhuǎn)角及無規(guī)則卷曲結(jié)構(gòu)等柔韌性比較松散，容易發(fā)生扭曲，大多盤旋并展示在蛋白質(zhì)的表面，易與抗體嵌合，所以它們成為抗原表位的可能性比較大。無規(guī)則卷曲在人IL-37b的二級結(jié)構(gòu)中占一半以上，表明IL-37b可能有多個(gè)抗原位點(diǎn)。我們通過對其親水性、柔韌性、可及性和抗原性的預(yù)測也證實(shí)了這種可能。為了進(jìn)一步提高預(yù)測的準(zhǔn)確性，我們將上述參數(shù)綜合起來，分析其B細(xì)胞表位，結(jié)果表明:IL-37b中 21～27、34～75、175～192、213～215肽段二級結(jié)構(gòu)上位于/富含無規(guī)則卷曲，親水性比較高，并且與可及性、柔韌性及抗原性的結(jié)果也一致。因此這些區(qū)域可能是IL-37b的B細(xì)胞表位，這為制備IL-37單克隆抗體奠定了基礎(chǔ)，為臨床應(yīng)用提供了理論依據(jù)。同時(shí)通過對IL-37b的進(jìn)一步研究，有助于闡明多種炎癥相關(guān)性疾病的發(fā)病機(jī)制，為臨床上這些疾病的治療提供新的思路。

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[收稿2013-09-25 修回2013-12-23]
(編輯 許四平)

Prediction of secondary structure and B-cell epitope of human IL-37

GAO Qiao-Yan，LI Yan，ZHOU Mi，GAO Xue-Ming，YUAN Xian-Li，LI Ming-Cai.Department of Immunology，Medical School of Ningbo University，Ningbo 315211，China

Objective:To predict the secondary structure and B-cell epitope of human IL-37.MethodsBased on IL-37b amino acid sequence，the secondary structure was predicted by SOPMA;hydrophilicity，flexibility，accessibility index were predicted by software of ProScale，Bcepred，respectively.Combined the results according to these methods，the B cell epitopes of IL-37b were predicted.ResultsThe second structure of IL-37b contained extended strand(31.65%)，random coil(52.75%)，alpha helix (8.26%)，beta turn(7.34%)and the most possible epitopes of IL-37b were located in or adjacent to amino acid 21-27，34-75，175-192，213-215.ConclusionThese results will be helpful for the estimate of the epitopes and provide a theory basis for developing monoclonal antibodies against human IL-37.

IL-37;B cell epitope;Secondary structure

Q811.4

A

1000-484X(2014)05-0648-04

10.3969/j.issn.1000-484X.2014.05.017

①本文受浙江省自然科學(xué)基金(LY13H090014)、浙江省教育廳科研項(xiàng)目(Y201327689)、寧波大學(xué)學(xué)科項(xiàng)目(XKL11D2112)、寧波市科技計(jì)劃項(xiàng)目(2013C50054)及寧波大學(xué)創(chuàng)新性開放實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目(cxxkf2013-016)資助。

高巧艷(1989年－)，女，主要從事細(xì)胞與分子免疫學(xué)研究，E-mail:gaoqiaoyan@gmail.com。

及指導(dǎo)教師:李 燕(1968年－)，女，博士，副教授，碩士生導(dǎo)師，主要從事細(xì)胞與分子免疫學(xué)研究，E-mail:liyan2005bo@163.com。