冠状病毒已多次威胁人类，尤其是由新型冠状病毒（SARS-CoV-2）引起的新型冠状病毒肺炎（COVID-19）对全球公共卫生构成重大威胁。SARS-CoV-2通过随机突变持续进化，导致现有疫苗和中和抗体药物的效力显著下降。评估病毒突变引起的免疫逃逸，开发针对保守表位的广谱疫苗和中和抗体至关重要。
2024年4月22日，浙江大学药学院先进给药与释放系统国家重点实验室的研究人员在BriefingsinBioinformatics上发表了一篇名为“CovEpiAb: a comprehensive database and analysis resource for immune epitopes and antibodies of human coronaviruses”的文章，他们构建了一个全面的人冠状病毒（HCoVs）免疫表位和抗体数据库和分析资源CovEpiAb。CovEpiAb包含60000多个经过实验验证的表位以及12000多个HCoVs和SARS-CoV-2变异株抗体的信息。CovEpiAb可在https://pgx.zju.edu.cn/covepiab/免费访问。
CovEpiAb数据库概述
原始数据（包括HCoVs的免疫表位和抗体，SARS-CoV-2变体的病毒学特征以及各种治疗方法的体外活性数据）从公共数据库和文献中收集，然后进行预处理，为了便于表位预测和分析，开发了一个名为COVEP的在线管道，集成了现有的B细胞和T细胞表位预测工具。最后，使用MySQL和Django工具构建CovEpiAb数据库，包含浏览、搜索、可视化和下载功能。
HCoVs免疫表位注释和分析
有效的疫苗开发依赖于免疫表位的精确鉴定和表征，数据库中收集并注释了66210个实验证实的B细胞表位和3209个T细胞表位。统计分析显示，SARS-CoV和MERS-CoV拥有最多的B细胞表位（约15000个），其次是HCoV-OC43和SARS-CoV-2（超过9000个），其他HCoVs大约有5000个。相比其他HCoVs，SARS-CoV-2拥有数量显著最多的T细胞表位，总计2802个，主要来源于ORF1ab和S蛋白。
其他冠状病毒的许多肽可以引发COVI-19患者的免疫反应，这些多肽称为交叉病毒性反应表位。交叉活性表位可以以引出一个广泛的针对病毒株的免疫反应，对开发广谱疫苗很重要。用户可输入肽段，通过BLAST检索所有相似的表位。或输入蛋白质序列，筛选表位片段。可以获得包括序列，对象类型，位置，物种，分子亲本等详细信息。还描述了与表位结合的受体，与受体相关的表位和实验，免疫刺激程序和实验方法，参考文献等相关信息。
HCoV抗体特征和相互作用谱
CovEpiAb数据库中包含12613种抗HCoV抗体的信息，并提供与结合和新激活活性相关的实验相互作用概况，共有62916个数据点。统计分析显示，有11409种抗体与SARS-CoV-2结合，6710种抗体具有中和活性。超过3000种抗体显示出针对SARS-CoV-2变体的结合和中和活性。通过分析抗体基因的使用情况，列举了抗体重链和轻链中最常见的前50对V和J基因对。最常用的人类重链基因为IGKV3-30、IGHV1-69、IGHJ4和IGHJ6，轻链基因为IGKV1-39、IGKV3-20、IGKJ1和IGLJ3。
用户可以通过三个模块检索抗体：抗体类型、基因和结构、结合和中和活性。点击抗体ID，进入抗体详情页面，该页面提供了抗体的基本信息，包括名称、类型、来源、结合病毒抗原或区域和结构，以及针对各种病毒株的结合和中和特性。抗体-抗原结合位点的结构分析使我们能够揭示分子相互作用，并为抗体设计和优化提供指导。基于复杂的结构，主要鉴定了抗原-抗体接触界面上的结合残基。专注于抗体在刺突蛋白上的靶位点，因为这对于确定刺突蛋白中的突变是否影响抗体结合和功能至关重要。
SARS-CoV-2突变体的病毒学特征和治疗效果
SARS-CoV-2基因组突变可能导致传播性和传染性增加、逃避免疫反应以及疫苗和治疗药物功效降低需要对新出现的SARS-CoV-2变种的突变和病毒学特性进行密切监测，数据库提供了SARS-CoV-2变体的病毒学特征，包括当前流行的Omicron亚变体和其他变体。通过对SARS-CoV-2变体对不同治疗方法的敏感性分析，包括疫苗、中和抗体和恢复期血浆样本，发现与其他变体相比，Omicron变体BQ和XBB对各种治疗的中和活性表现出更显着的降低，这种减少在中和抗体中尤其明显。
通过棒棒糖图来比较不同变体刺突蛋白的突变，可以获得所有的变体信息。数据库中注释了刺突突变的关键功能位点，包括受体结合位点、mAb抗性位点和保守分数，该页面提供了该变体与其他变体相比在传播性、ACE2结合亲和力、融合性和感染性方面的变化信息，它还包括实验方法、结果描述和数据来源。此外，数据库中可以用散点图来说明该变体对各种治疗的敏感性以及评估治疗剂针对各种变体的中和活性。
表位预测流程和位点保护分析
由于很多表位还未得到验证，表明生物信息学预测在识别和表征表位中具有重要意义。在本研究中，开发一种用于B细胞和T细胞表位预测的集成在线管道COVEP，利用COVEP成功预测了7种HCoV整个蛋白质组中的候选B细胞和T细胞表位。通过对7种HCoV的S蛋白的保守序列的比对，发现S蛋白上的9个保守序列全部位于S2亚基上。在“HCoV 保守”页面上提供了有关抗体的信息，将刺突蛋白保守分数和抗体结合位点一起可视化。进化保守区域内的表位代表了设计针对冠状病毒的广谱疫苗的关键目标。
小结
本研究中开发了一个HCoV免疫表位和抗体的功能数据库和分析资源CovEpiAb，它广泛收集了超过60000个经过实验验证的表位和12000种HCoV和SARS-CoV-2变体抗体的信息。数据库中提供了交叉反应表位注释、抗体分子和实验相互作用概况、病毒学特征和SARS-CoV-2变体的体外活性，免疫表位、抗体结合位点和SARS-CoV-2变体突变的关键功能位点等信息。在线集成管道和保守分析不仅使用户能够预测HCoV的候选保守表位，还可以预测其他表位。CovEpiAb数据库是一个独特且全面的资源，用于评估新兴SARS-CoV-2变体的适应性和免疫逃避，以及设计和开发广谱疫苗和中和抗体药物。
