抗原表位預(yù)測(cè)適用于已知一級(jí)結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)或多肽抗原的線性表位的預(yù)測(cè)。人們通過(guò)觀察抗原表位與已知氨基酸序列的蛋白質(zhì)某些結(jié)構(gòu)特征關(guān)系，發(fā)現(xiàn)一些蛋白質(zhì)的序列或結(jié)構(gòu)特征與抗原表位有關(guān)。在抗原抗體的結(jié)合反應(yīng)中，抗原參與結(jié)合的部位稱為 B 細(xì)胞抗原決定簇或者表位。從空間結(jié)構(gòu)上看，B 細(xì)胞表位可分為線性表位（也稱 連續(xù)表位）和構(gòu)象表位（也稱不連續(xù)表位）。線性表位由肽鏈上連續(xù)的氨基酸組 成；構(gòu)象性表位由空間結(jié)構(gòu)上接近但肽鏈上不連續(xù)的氨基酸組成; Rubinstein 等研究從 PDB 數(shù)據(jù)庫(kù)篩選的抗原抗體復(fù)合物，總結(jié)了 B 細(xì)胞表位生化、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：(1) 75%的表位是由跨越 600? ~1000? 40 面積的 15~25 個(gè)氨基酸組成；(2)平均 90% 的表位殘基是與抗體的互補(bǔ)決定區(qū) (CDR)的殘基相互作用；(3)表位和非表位區(qū)的氨基酸組成有很大的不同；(4)環(huán)狀結(jié)構(gòu)利于抗體的結(jié)合，因此表位多含有環(huán)狀結(jié)構(gòu)，而螺旋和折疊結(jié)構(gòu)比較少見。

表位是蛋白質(zhì)抗原性的基礎(chǔ)，確定 B 細(xì)胞表位對(duì)于設(shè)計(jì)疫苗和藥物具有重 要的指導(dǎo)作用。確定 B 細(xì)胞表位的傳統(tǒng)方法有兩種：X-射線衍射方法和實(shí)驗(yàn)方法。但是這些方法比較繁瑣，工作量也非常大。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和生物 信息數(shù)據(jù)庫(kù)的日益擴(kuò)大，從已有數(shù)據(jù)中總結(jié)抗原表位的序列及結(jié)構(gòu)特征，并通過(guò) 計(jì)算手段對(duì)可能的表位進(jìn)行預(yù)測(cè)，然后結(jié)合實(shí)驗(yàn)手段予以驗(yàn)證成為另外一條可能的技術(shù)路線。

1、B 細(xì)胞表位在線預(yù)測(cè)工具：

名稱

網(wǎng)址

說(shuō)明

ABCpred

http://www.imtech.res.in/raghava/abcpred

線性表位預(yù)測(cè)

BCPREDS

http://ailab.cs.iastate.edu/bcpreds/predict.html

線性表位預(yù)測(cè)

Bepipred

http://www.cbs.dtu.dk/services/BepiPred

線性表位預(yù)測(cè)

IEDB tools

http://www.immuneepitope.org/tools/bcell/iedb_input

線性表位預(yù)測(cè)

展開全文

COBEpro

http://scratch.proteomics.ics.uci.edu/

線性表位預(yù)測(cè)

CEP

http://bioinfo.ernet.in/cep.htm

構(gòu)象表位預(yù)測(cè)

DiscoTope

http://www.cbs.dtu.dk/services/DiscoTope

構(gòu)象表位預(yù)測(cè)

PEPITO

http://www.igb.uci.edu/

構(gòu)象表位預(yù)測(cè)

SEPPA

http://lifecenter.sgst.cn/seppa/

構(gòu)象表位預(yù)測(cè)

Epitopia

http://epitopia.tau.ac.il/

構(gòu)象表位預(yù)測(cè)

EPCES

http://sysbio.unl.edu/EPCES/

構(gòu)象表位預(yù)測(cè)

EPSVR

http://sysbio.unl.edu/EPSVR

構(gòu)象表位預(yù)測(cè)

EPMeta

http://sysbio.unl.edu/EPMeta/

構(gòu)象表位預(yù)測(cè)

CBTOPE

http://www.imtech.res.in/raghava/cbtope/

構(gòu)象表位預(yù)測(cè)

Ensemble Method

http://bcell.whu.edu.cn/

構(gòu)象表位預(yù)測(cè)

2、B 細(xì)胞表位數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)是 B 細(xì)胞表位分析與預(yù)測(cè)的基礎(chǔ)。研究者們通過(guò)收集和整理已有的研 究成果，開發(fā)了一些 B 細(xì)胞表位數(shù)據(jù)庫(kù)。常用數(shù)據(jù)庫(kù)見下表：

數(shù)據(jù)庫(kù)

網(wǎng)址

PDB

http://www.rcsb.org/

IEDB

http://www.iedb.org/

BCIPEP

http://www.imtech.res.in/raghava/bcipep

CED

http://immunet.cn/ced/

EPITOME

http://www.rostlab.org/services/epitome/

AntiJen

http://www.ddg-pharmfac.net/antijen/AntiJen/aj_bcell.htm

HIV

http://www.hiv.lanl.gov/

PDB 數(shù)據(jù)庫(kù)于1971 年建立，主要收集通過(guò) X-射線單晶衍射、核磁共振、 電子衍射等實(shí)驗(yàn)手段確定的蛋白質(zhì)、核酸和糖的三維結(jié)構(gòu)。因此，該數(shù)據(jù)庫(kù)也存 儲(chǔ)了一些抗原或者抗原-抗體復(fù)合物的三維結(jié)構(gòu)。 IEDB 數(shù)據(jù)庫(kù)[5]在 2004 年建立，是使用最為廣泛和最具權(quán)威性的表位數(shù)據(jù)庫(kù)。 該數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)由實(shí)驗(yàn)確定的 B 細(xì)胞表位（線性表位和構(gòu)象表位），這些表位收 60 集自公開發(fā)表的出版物或者由研究組自行提交。目前，IEDB 數(shù)據(jù)庫(kù)包含 159,339 條 B 細(xì)胞相關(guān)記錄。每個(gè)表位都提供了對(duì)應(yīng)的參考文獻(xiàn)、結(jié)構(gòu)、來(lái)源抗原等信 息。此外，該數(shù)據(jù)庫(kù)還集成了一些表位預(yù)測(cè)工具。 Bcipep 數(shù)據(jù)庫(kù)包含實(shí)驗(yàn)確定的線性 B 細(xì)胞表位(來(lái)源于文獻(xiàn)或者其它的數(shù) 據(jù)庫(kù))。目前，該數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)了 555 條表位。對(duì)于每一條表位，數(shù)據(jù)庫(kù)給出了其肽段序列、來(lái)源蛋白、病原體等。如果數(shù)據(jù)來(lái)源于其它數(shù)據(jù)庫(kù)，Bcipep 數(shù)據(jù)庫(kù)也 提供了鏈接。 CED 數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)了 293 條構(gòu)象表位記錄。研究者從 PubMed 和 ScienceDirect 數(shù)據(jù)庫(kù)收集和整理文獻(xiàn)，然后手工分析超過(guò) 3000 條文獻(xiàn)，保留了 高分辨率和完整的構(gòu)象表位，并存入數(shù)據(jù)庫(kù)。CED 數(shù)據(jù)庫(kù)提供了表位的相關(guān)信 70 息，包括表位在抗原體的位置、表位的免疫特性、抗原體、抗原所對(duì)應(yīng)的抗體等。 該數(shù)據(jù)庫(kù)提供了友好的操作界面，能夠展示表位的 3D 結(jié)構(gòu)。 Epitome 數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)從抗原-抗體復(fù)合物推斷的抗原表位。在該數(shù)據(jù)庫(kù)中， 抗原殘基和 CDRs 之間的反應(yīng)稱為免疫反應(yīng)。研究者通過(guò)對(duì)復(fù)合物的比對(duì)和分 析，識(shí)別抗原的 CDRs 區(qū)域，然后根據(jù)抗原抗體反應(yīng)來(lái)標(biāo)注與 CDRs 反應(yīng)的抗原 75 殘基。該數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)了 142 條標(biāo)記抗原，也提供了可視化工具分析抗原-抗體復(fù) 合物以及標(biāo)注的表位。AntiJen是一個(gè)綜合數(shù)據(jù)庫(kù)，涵蓋了與免疫和疫苗相關(guān)的動(dòng)力學(xué)、熱力學(xué)和 分子數(shù)據(jù)。AntiJen v2.0 包含 3541 條 B 細(xì)胞表位(線性表位和構(gòu)象表位)。每條表 位都提供了其肽段來(lái)源、抗體、外部鏈接。 HIV 分子免疫數(shù)據(jù)庫(kù)包含 HIV 病毒表位。該數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)來(lái)源于 HIV 免疫文獻(xiàn)，目前包含 11,361 條 HIV 相關(guān)的 B 細(xì)胞反應(yīng)和 T 細(xì)胞反應(yīng)數(shù)據(jù)。

3、B細(xì)胞表位預(yù)測(cè)方案簡(jiǎn)介 從80年代Hopp和Woods提出親水性參數(shù)對(duì)抗原表位預(yù)測(cè)的方法以來(lái)，已有許多參數(shù)、算法發(fā)表，對(duì)B細(xì)胞蛋白抗原表位研究起到巨大的推動(dòng)作用。現(xiàn)已被大眾認(rèn)可并具有較好預(yù)測(cè)效果的方法，主要有以下6種：

(1)親水性方案(Hydrophilicity)

常用的有五種方法：Nozaki-Tanford scale，Hopp-Woods scale，Eisenberg scale，Kyte-Doolittle scale，HPLC scale。其中尤以Hopp-Woods方案最為有名。認(rèn)為蛋白質(zhì)抗原各氨基酸殘基可分為親水殘基和疏水殘基兩類。在機(jī)體內(nèi)，疏水性殘基一般埋在蛋白內(nèi)部，而親水性殘基位于表面，因此蛋白的親水部位與蛋白抗原表位有密切的聯(lián)系。Hopp-Woods方案是以殘基由有機(jī)相環(huán)境轉(zhuǎn)移到水相環(huán)境的自由能為依據(jù)計(jì)算各個(gè)氨基酸的親水性?，F(xiàn)已明確，親水性部位與抗原表位并無(wú)很好的一致性，即高親水性部位不一定是表位，表位也不一定是親水性部位。

(2)可及性方案(Accessibility)

如Janin可及性參數(shù)，指蛋白質(zhì)抗原中氨基酸殘基被溶劑分子接觸的可能性。它反映了蛋白質(zhì)抗原內(nèi)、外各層殘基的分布情況。

(3)抗原性方案(Antigenicity)

對(duì)20個(gè)已研究得很透的蛋白質(zhì)的69個(gè)連續(xù)位點(diǎn)的606個(gè)氨基酸統(tǒng)計(jì)分析，Welling建立了抗原性刻度。每個(gè)氨基酸用出現(xiàn)在抗原區(qū)的頻率描述，此頻率除以各氨基酸在所有蛋白質(zhì)中的頻率就可推出此刻度值。該法研究表明，疏水性氨基酸殘基對(duì)抗原表位形成亦有貢獻(xiàn)。缺點(diǎn)是其所用的數(shù)據(jù)庫(kù)有限，并且連續(xù)位點(diǎn)內(nèi)的殘基被認(rèn)為是同等重要的。顯然那些不重要的殘基歸入計(jì)算會(huì)明顯降低相關(guān)性。

(4)可塑性方案(Flexibility)

指蛋白抗原構(gòu)象不是剛性不變的，其多肽鏈骨架有一定程度的活動(dòng)性，活動(dòng)性強(qiáng)的氨基酸殘基即可塑性大的位點(diǎn)，易形成抗原表位。Karplas 和Schulz基于已知結(jié)構(gòu)的31個(gè)蛋白質(zhì)的Cx的溫度β因子，發(fā)展了一種預(yù)測(cè)蛋白質(zhì)片段活動(dòng)性的方法。

(5)電荷分布方案(Charge distribution)

認(rèn)為對(duì)堿性抗原特異的抗體多趨于酸性，對(duì)酸性抗原特異的抗體多趨于堿性。

(6)二級(jí)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)方案(Secondary structure)

認(rèn)為β轉(zhuǎn)角結(jié)構(gòu)為凸出結(jié)構(gòu)，多出現(xiàn)在蛋白質(zhì)抗原表面，利于與抗體嵌合，較可能成為抗原表位。而α螺旋、β片層結(jié)構(gòu)規(guī)則不易形變，較難嵌和抗體，一般不作為抗原表位。可預(yù)測(cè)蛋白質(zhì)β轉(zhuǎn)角的有Chou-Fasman，Garnier，Cohen等方法。其中各種方法預(yù)測(cè)的成功率均不超過(guò)65%。一般認(rèn)為Cohen方法對(duì)轉(zhuǎn)角的預(yù)測(cè)正確率很高，對(duì)于已知折疊類型的蛋白質(zhì)(αα類，ββ類，α/β類)正確率高達(dá)95%，對(duì)于未知結(jié)構(gòu)類型的蛋白質(zhì)，可用3種類型分別預(yù)測(cè)，3類預(yù)測(cè)一致的轉(zhuǎn)角對(duì)預(yù)測(cè)表位有幫助。

對(duì)上述各種參數(shù)的預(yù)測(cè)比較表明，各種方案預(yù)測(cè)的正確率均不高。一般將上述多種方案綜合考慮，尤以可及性方案、可塑性方案、抗原性方案及二級(jí)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)為重要。概括而言，作為B細(xì)胞蛋白抗原的表位首先應(yīng)易于位于或移動(dòng)于蛋白質(zhì)抗原表面，有利于與抗體結(jié)合。另外，具有一定柔韌性，因?yàn)榭乖c抗體結(jié)合時(shí)蛋白構(gòu)象有一定的變化。已經(jīng)有一些文獻(xiàn)提出了各自不同的綜合分析方法。1988年Jameson和Worf提出一種綜合預(yù)測(cè)方案。權(quán)重選擇為：40%來(lái)自二級(jí)結(jié)構(gòu)成分，可及性、柔韌性各15%，30%來(lái)自親水性。在吳加金等編的Goldkey軟件中，以六種參數(shù)Hopp-Woods，HPLC，Accessibility，F(xiàn)lexibility，Charge，Antigenivity綜合考慮，得出綜合判斷圖，閾值以上的峰即認(rèn)為是預(yù)測(cè)的抗原表位。