视神经脊髓炎水通道蛋白4的致病性抗原表位研究

The pathogenesis of Neuromyelitis Optica (NMO) is considered as the binding of specific autoimmune antibody (AQP4-Ab) to Aquaporin 4 (AQP4) on the membrane of astrocytes, and leading the neurotoxicity and neural degeneration. However, the key pathogenic epitope of AQP4 binding to AQP4-Ab is still unclear. We previously found that the Loop C may be associated with the most severe neurotoxicity among the three extracellular peptides of AQP4 protein. In current study, we aim to investigate the pathogenicity of Loop C by constructing the specific monoclonal antibodies in vitro, and evaluating their neurotoxicity quantitatively in astrocytes and NMO animal model. To further reveal the pathogenic mechanism of NMO, the pathogenic epitope of Loop C against its antibody will be identified via the determination of the key amino acids on Loop C and the protein structure. The innovative involvement of Structural Biology techniques in the study on molecular mechanisms of NMO will definitely provide a new approach on NMO therapy and the most critical target for the blockage of pathogenic epitopes.

水通道蛋白4（AQP4）与特异性抗体（AQP4-Ab）结合介导神经毒性，引起脱髓鞘病变，是视神经脊髓炎（NMO）的根本原因。二者结合的致病性抗原表位及作用的分子机制是亟待解决的重要科学问题。我们前期工作初步发现AQP4胞外环状肽链Loop C所致神经毒性最强。在此基础上，本课题拟在体外重组特异性单克隆抗体，定量地明确Loop C结合引起的星形胶质细胞毒性，并在NMO动物模型上进行整体验证，以确认Loop C包含关键的致病性抗原表位。进一步采用结构生物学方法识别组成抗原表位的关键氨基酸。预期可精确地阐明AQP4与AQP4-Ab结合所致病的核心氨基酸及可能的机制。创新性地采用结构生物学方法在氨基酸结构层面解析 NMO发病机制无疑是对NMO的认识提高了一大步，将为封闭Loop C特异性结合位点来治疗NMO提供新的思路，也可为精准地干预NMO提供潜在的作用靶点。

水通道蛋白4（AQP4）与特异性抗体（AQP4-IgG）结合介导神经毒性，引起脱髓鞘病变，是视神经脊髓炎（NMO）的根本原因。二者结合的致病性抗原表位及作用的分子机制是亟待解决的重要科学问题。本课题收集了临床AQP4-IgG阳性的NMO患者血液样本，分离并提纯出特异性抗体，进行测序，制备针对Loop A、Loop C、Loop E的模拟表位肽，并制备经不同配比的模拟表位肽处理的AQP4-IgG阳性的患者血清试剂，进行体外细胞毒性实验和免疫组化分析，以及体内NMO动物模型的行为学评分和组织学分析，确证Loop C的细胞毒性和神经毒性，证明最关键的致病性抗原表位位于Loop C肽链上。同时也证明了，Loop C表位肽可以阻断AQP4-IgG与星形胶质细胞及脊髓组织的结合，从而减轻抗体引发的毒性作用。此项结果为进一步NMO精准治疗提供了潜在靶点，为靶点阻滞相关研究提供了切实依据，为开发新方法奠定了理论基础。此外，我们延伸研究了NMO特异性蛋白质检测，识别出AQP4-IgG阳性和阴性患者的血浆中的差异蛋白，为进一步识别血清生物标志物奠定了基础。另外，我们从临床层面评价了血浆置换治疗NMO的疗效，强调了对血清AQP4-IgG阳性的NMO患者进行早期血浆置换治疗的重要性，为制定不同抗体类型患者的个性化治疗方案提供了依据。本课题取得的研究成果超出预期目标。