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《Nature | 古代草原血统和现代多发性硬化发病》

  • 来源专题：战略生物资源
  • 编译者： 李康音
  • 发布时间：2024-01-13

  • 2024年1月10日，剑桥大学Eske Willerslev团队在Nature发表题为Elevated genetic risk for multiple sclerosis emerged in steppe pastoralist populations的文章。研究了多发性硬化（MS）在欧洲分布的患病率在北方相对于南方更高的原因。该研究利用古代DNA揭示，导致MS的遗传风险因子在5,000年前出现在波斯-里海地区的草原牧民人群中。这些遗传变异随后通过Yamnaya及相关族群的迁徙传播到整个欧洲。

    研究发现，导致MS风险的HLA变异，如HLA-DRB1*15:01，在草原牧民群体中的频率急剧上升。这些等位基因在早期的欧洲猎人-采集者中几乎不存在或很稀少。草原血统对HLA变异在MS风险中的贡献最为显著。进一步的分析显示，在5000-2000年前，MS风险等位基因经历了正选择，可能是由于与牧民生活方式中的病原体共同演化所致。相比之下，类风湿性关节炎的风险等位基因已经存在于中石器时代的猎人-采集者中，并且随时间推移经历了负选择。这突显了不同人群历史如何通过对免疫应答基因的选择来塑造自体免疫性疾病的风险，根据生活方式和病原体暴露。

    欧洲草原血统在整个欧洲呈现出南北梯度，与MS患病率一致，表明这一血统对地理分布产生影响。考虑HLA变异之间的表亲作用能更好地解释MS风险，胜过独立的SNP效应。许多风险单体型具有特定血统的起源，这可能有助于个体风险预测。

    总体而言，这一有影响力的研究展示了晚新石器时代/青铜时代草原牧业的传播这样的巨大生活方式变化如何影响免疫应答基因和自体免疫疾病的风险。草原牧业血统的出现可能对免疫功能产生了与新石器时代转向农业同样深刻的影响，突显了这一时期对今天自体免疫性疾病的关键作用。




  • 原文来源：https://www.nature.com/articles/s41586-023-06618-z
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  • 《Nature：重磅！揭示EB病毒导致多发性硬化症机制》
    • 来源专题：生物安全知识资源中心—领域情报网
    • 编译者：hujm
    • 发布时间：2022-02-23
    • 多发性硬化症是一种影响近100万美国人的瘫痪性自身免疫疾病。科学家们长期以来一直怀疑---但未能证明---某些病毒感染与多发性硬化症（multiple sclerosis, MS）的产生之间存在联系。如今，在一项新的研究中，来自美国斯坦福大学医学院等研究机构的研究人员证实作为一种常见的疱疹病毒类型，爱泼斯坦-巴尔病毒（Epstein-Barr virus, 也称EB病毒）通过激发免疫系统攻击人体自身的神经系统而引发了多发性硬化症。相关研究结果近期发表在Nature期刊上，论文标题为“Clonally Expanded B Cells in Multiple Sclerosis Bind EBV EBNA1 and GlialCAM”。 这项研究显示大约20%至25%的多发性硬化症患者的血液中存在与一种来自EB病毒的蛋白（称为EBNA1）和一种在大脑和脊髓中制造的蛋白（称为GlialCAM）紧密结合的抗体，下称MS抗体。 论文通讯作者、斯坦福大学医学院免疫学与风湿病学教授William Robinson博士说，“EB病毒蛋白的一部分模拟了人体自身的蛋白---在这种情况下，指的是在位于神经元表面的绝缘髓鞘上发现的GlialCAM。这意味着，当免疫系统攻击EB病毒以清除该病毒时，它最终也会靶向髓鞘中的GlialCAM。” 髓鞘形成了神经细胞周围的保护层，当它被损坏时，电脉冲就不能再从一个神经元有效地跳到另一个神经元，从而导致多发性硬化症中的麻木、肌肉无力和严重疲劳。 斯坦福大学医学院神经病学教授Lawrence Steinman博士说，“这是第一次有人相当明确地表明病毒是多发性硬化症的诱因。这些令人兴奋的发现为多发性硬化症的临床试验开辟了一些新的方向。” 多发性硬化症和病毒：一种难以捉摸的联系 以前的研究已表明多发性硬化症患者对包括麻疹病毒、腮腺炎病毒、水痘-带状疱疹病毒和EB病毒在内的多种常见病毒的抗体增加。事实上，99%以上的多发性硬化症患者的血液中有EB病毒抗体，表明他们有感染史，而在健康人中，这一数字只有94%。但是，尽管有这种流行病学上的相关性，科学家们一直在努力证明其中的因果关系。 Robinson说，“没有人真正知道是什么导致了自身免疫性疾病，几十年来，人们猜测了多种不同的病毒是罪魁祸首。但是当人们做进一步的机制上分析时，一切都崩溃了，结果发现感染那些其他的病毒实际上并没有引起多发性硬化症。” 为了寻找这种难以捉摸的机制联系，这些作者首先检查了九名多发性硬化症患者血液和脊髓液中的免疫细胞产生的抗体。与健康人不同，多发性硬化症患者的免疫细胞转移到大脑和脊髓，在那里它们大量地产生几种类型的抗体。这些抗体蛋白的模式，称为寡克隆区带（oligoclonal band），在分析脊髓液时被发现，是多发性硬化症的诊断标准的一部分。 Robinson说，“没有人确切地知道这些抗体与什么结合，也在不知道它们来自哪里。所以我们做的第一件事是分析来自寡克隆区带的抗体，并证实它们来自脊髓液中的B细胞。” B细胞是一种在骨髓中制造的白细胞，而对这些细胞进行单独测序的技术是由Robinson实验室在大约八年前开发的。论文第一作者、斯坦福大学医学院研究员Tobias Lanz博士说，“过去，科学家们会从多发性硬化症患者身上提取血清和脊髓液，并在平面阵列上进行测试，或者把它们放到到组织学切片上，看看有什么东西粘在上面。我们采取一种不同的方法。我们从脊髓液中提取B细胞，对它们进行单细胞分选，并对每个细胞进行单独测序。以单细胞的形式和每名患者几十到几百个B细胞的规模，这在以前是没有的。” MS抗体与病毒蛋白EBNA1结合 一旦这些作者确定多发性硬化症中的寡克隆区带是由脊髓液中分选的B细胞产生的，他们就在这些细胞中表达单个抗体并测试它们对数百种不同抗原的反应性。 Robinson说，“我们从人类抗原开始，但无法找到明确的反应性。因此，最终我们用EB病毒和其他疱疹病毒对它们进行了测试，瞧，这些抗体中有几种，特别是一种，与EB病毒结合。” 在这九名多发性硬化症患者中，有六人的抗体与EB病毒蛋白EBNA1结合，这九人中有八人的抗体与EBNA1的一些片段结合。这些作者将注意力集中在一种与EBNA1的一个已知在多发性硬化症患者中会引起较高反应性的区域结合的抗体。他们随后能够解析出这种抗体-抗原复合物的晶体结构，以确定哪些部分对这种结合最重要。 在这一发现之前，Robinson说他一直不相信EB病毒会导致多发性硬化症。“我们都认为这只是一种伪命题；我们并不真地认为它病因。但是当我们在脊髓液中发现这些由脊髓液B细胞产生的与EB病毒结合的抗体时，它使我们重新审视了这种我们所否定的潜在联系。” 分子模拟提供了多发性硬化症产生的机制 接下来，这些作者在一个包含16000多种人类蛋白的微阵列上测试了这种相同的抗体。当他们发现该抗体也与GlialCAM高度亲和地结合时，他们知道他们找到了EB病毒感染如何引发多发性硬化症的具体机制。 Steinman说，“EB病毒欺骗了免疫系统，使它不仅对这种病毒作出反应，而且对构成我们大脑中白质的细胞的这一关键成分作出反应。用一个军事上的比喻来说，这就像友军误伤：在对抗这种病毒的过程中，我们伤害了我们自己的军队。” 为了找出有多大比例的多发性硬化症可能是由EBNA1和GlialCAM之间的这种所谓“分子模拟（molecular mimicry）”引起的，这些作者观察了更广泛的多发性硬化症患者样本，发现在三个独立的多发性硬化症队列中，20%至25%的血液样本对EBNA1蛋白和GlialCAM的反应性升高。 Robinson说，“25%是一个保守的数字”。他指出，这并不包括那些在EB病毒感染后可能曾经对GlialCAM产生反应但自最初触发后免疫反应已发生进化的患者。 事实上，之前的一项对超过1000万现役军人的801例多发性硬化症的研究发现，在多发性硬化症发病时，除了一个病例外，所有病例都存在EB病毒感染。2022年1月发表在Science期刊上的一篇描述该研究的论文已发现，在35名最初EB病毒阴性的人中，除一人外，其他所有人都在多发性硬化症发病前感染了EB病毒（Science, 2022, doi:10.1126/science.abj8222）。此外，该研究也还发现相同的EBNA1区域是多发性硬化症患者的一个主要的抗体作用靶标。正如Robinson和Steinman在2022年1月发表在Science期刊上的一篇观点类型文章（Science, 2022, doi:10.1126/science.abm7930）中指出的那样，随着EBNA1/GlialCAM交叉反应性的发现，这些数据提供了令人信服的证据，表明EB病毒是绝大多数多发性硬化症病例的触发因素。 小鼠模型提供进一步证据 在论文共同作者、斯坦福大学医学院高级研究员Peggy Ho指导的研究工作中，通过使用称为实验性自身免疫性脑脊髓炎（experimental autoimmune encephalomyelitis）的常见MS小鼠模型，进一步评估了抗EBNA1免疫反应的重要性。在接受EBNA1蛋白片段的注射后，与注射对照蛋白片段的小鼠相比，这些小鼠表现出更严重的瘫痪，更多的免疫细胞侵入它们的中枢神经系统，以及对它们的神经细胞保护层的更多损害。 Robinson说，“这只是进一步将这些点联系起来。如果你用一种特定的抗原免疫小鼠，并使瘫痪情况恶化，这表明针对该靶标的免疫反应可以促进多发性硬化症的发病机制。” 为未来的多发性硬化症治疗铺平道路 也许这一发现最令人兴奋的方面是它有可能为多发性硬化症的临床治疗提供新的途径。Steinman 说，“如果一种病毒是在多发性硬化症患者大脑中引发的不受欢迎的免疫反应的靶标，那么为什么不把病毒赶走？”他指出，针对EB病毒的疫苗也许最终可以根除多发性硬化症，就像20世纪70年代在美国根除脊髓灰质炎一样。 但是这项研究也展示了为何制造商在选择将哪些抗原纳入EB病毒疫苗时需要格外小心。Lanz说，“你不想选择那些可能导致自身免疫的抗原，如EBNA1。” 此外，EB病毒疫苗不一定能帮助那些已经出现EBNA1/GlialCAM交叉反应性的患者。Steinman说，对于这些患者来说，更好的选择可能是“耐受”免疫系统，使它不再对GlialCAM产生反应。“这里有两种有希望的技术，一种涉及使用DNA质粒的反向疫苗（reverse vaccine），另一种使用制造了辉瑞公司COVID-19疫苗的德国一家公司的mRNA技术。” 这项关于EB病毒如何引发多发性硬化症的发现也可能对其他自身免疫性疾病的研究产生影响，如红斑狼疮和类风湿性关节炎，这些疾病与多发性硬化症一样，在流行病学研究中与EB病毒感染明显相关。 参考资料： Tobias V. Lanz et al. Clonally Expanded B Cells in Multiple Sclerosis Bind EBV EBNA1 and GlialCAM. Nature, 2022, doi:10.1038/s41586-022-04432-7.
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  • 《Cell：探索多发性硬化症的环境因素》
    • 来源专题：中国科学院病毒学领域知识资源中心
    • 编译者：malili
    • 发布时间：2020-10-31
    • 大约一半的多发性硬化症患者有HLA-DR15基因变体。苏黎世大学领导的一项研究表明，这种遗传倾向与环境因素相结合，导致自身免疫性疾病多发性硬化症。决定性的因素是一系列免疫细胞的形成，尽管它们能有效地抵抗诸如Epstein-Barr病毒之类的病原体，但它们也会攻击脑组织。 多发性硬化症是一种自身免疫性疾病，损害大脑和脊髓，常常严重限制一个人的生活质量。它影响到全世界约250万人，其中大多数是年轻人。这种疾病的起因是遗传因素和环境影响（如吸烟或感染）之间复杂的相互作用。 遗传变异与病毒作为危险因素 近50年来，人们已经知道一种叫做HLA-DR15的基因变体与多发性硬化症（MS）密切相关。这种基因变异导致了高达60%的遗传风险。如果这种变体的携带者（大约四分之一的健康人群是HLA-DR15阳性）也感染了Epstein-Barr病毒，并且有Pfeiffer病（也称为腺热或传染性单核细胞增多症）的症状性感染过程，那么他们患多发性硬化症的风险将增加15倍。 苏黎世大学医院神经免疫和多发性硬化研究系主任乌兹教授Roland Martin说：“因此，有明确的迹象表明，HLA-DR15和诸如Epstein-Barr病毒这样的传染源之间的相互作用对疾病的发展具有重要意义，尽管这背后的确切机制直到现在才明白。” Martin领导的一项跨学科、国际性研究表明，携带HLA-DR15的人的免疫细胞能非常有效地识别某些微生物——比如病毒——但这种“适应能力”也会导致对人自身脑组织的不良免疫反应。 免疫细胞个体化训练 HLA-DR15的基因产物控制着适应性免疫系统如何形成免疫系统，使机体能够识别和抗击病原体。HLA-DR15分子的位置之一是在白细胞表面。在那里，它们将细菌、病毒和体细胞的蛋白质碎片提供给免疫系统的T淋巴细胞。 后来控制免疫反应的T淋巴细胞学会了区分外来蛋白质和人体自身组织。免疫细胞的个体训练首先发生在胸腺，然后在血液中。由于病原体比T淋巴细胞可能多得多，每个T淋巴细胞必须能够对许多不同的抗原和病原体作出反应。 识别出现的碎片 研究人员首先调查了HLA-DR15捕获并呈现给免疫细胞的片段。为了做到这一点，他们使用了两种新的抗体来识别发生在多发性硬化患者身上的HLA-DR15的两种变体，这两种变体具有很高的特异性。他们发现胸腺中的HLA-DR15分子主要是自身的碎片。这是以前不知道的新信息。 以这种方式训练的T淋巴细胞随后迁移到血液中。在那里，他们还学会了识别Epstein-Barr病毒的片段，如果基因变异的携带者感染了它。该病毒的片段比HLA-DR15片段具有更强的激活作用。 因此，T淋巴细胞不仅可以控制病毒感染的细胞，还可以迁移到大脑中，与身体自身的蛋白质发生反应，在MS的情况下，这些蛋白质会引发自身免疫反应。几乎100%的MS患者都感染了Epstein Barr病毒，这是多发性硬化症最大的环境风险因素。研究人员还经常发现对肠杆菌阿克曼西娅粘蛋白（Akkermansia muciniphila）片段的反应，这种细菌在多发性硬化患者中出现异常高的数量。 良好的免疫防御伴随着MS的风险 Martin总结道，“MS最重要的遗传风险因素因此形成了一系列T淋巴细胞，对某些传染病如爱泼斯坦-巴尔病毒和肠道细菌有很好的反应。然而，正如实验所表明的，这组T淋巴细胞也对大脑中的蛋白质产生反应一种交叉反应。因此，这种适应性的缺点是，受影响的人也容易受到针对自身脑组织的免疫反应的影响，从而导致多发性硬化症。” 这些遗传因素的结合首先说明了这些自身免疫性疾病的发病诱因。“我们的研究揭示了可能在其他一些自身免疫性疾病中起作用的机制。除了提高我们对疾病潜在原因的了解，这也可能导致新疗法的发展”。 原文检索：HLA-DR15 Molecules Jointly Shape an Autoreactive T Cell Repertoire in Multiple Sclerosis （生物通：伍松）
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