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讲座主题：t细胞和b细胞表位预测：开启免疫治疗新时代的钥匙
讲座时间：2024年7月30日（周二），14:00
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适应性免疫（adaptive immunity）由t细胞和b细胞介导，它们具有生成针对特定病原体的记忆能力，保护机体避免再次感染。这种特异性识别基于病原体（pathogens）中的特定靶标——抗原的识别，特别是抗原表面的特定部分，即表位（epitopes）。而表位鉴定在疾病研究、疫苗设计、免疫监测等领域具有重要意义。表位鉴定方法多样，包括通过抗原-抗体复合物结构分析、肽文库筛选、抗原突变功能测定等鉴定b细胞表位，以及利用mhc多聚体、淋巴细胞增殖或elispot测定等方法检测t细胞表位。
传统方法虽有效但成本高且耗时长，因此，计算机预测方法如b细胞表位预测、mhc-i/ii类抗原肽结合活性预测等被开发并应用，以提高效率并减轻实验负担。
图 | b细胞表位识别。b细胞表位是抗原的溶剂暴露部分，其与分泌的和细胞结合的免疫球蛋白结合。
图 | t细胞表位识别
t细胞表位(t-cell epitopes )是衍生自抗原的肽，并且当与apc的细胞表面上展示的mhc分子结合时被t细胞受体（t-cell receptor,tcr）识别。
（a）cd4 t细胞表达cd4辅助受体，其结合mhc ii，并识别由mhc ii分子呈递的肽。
（b）cd8 t细胞表达cd8辅助受体，其结合mhc i，并识别由mhc i分子呈递的肽。
图片来源：
创腾科技的maxflow平台可以利用人工智能技术实现mhc-i类和mhc-ii类结合活性预测、b细胞表位预测：
1. mhc-i结合活性预测
该功能使用的是基于循环神经网络和注意力机制的ai预测模型，以高质量的mhc-i分子数据集作为输入进行结合活性预测。只需要输入蛋白序列，即可预测mhc-i分子结合肽段序列以及肽段与mhc-i的结合活性值。
图 | mhc-i结合活性预测工作流
图 | mhc-i结合活性预测结果
2. mhc-ii结合活性预测
该功能采用了一种带注意力机制的递归神经网络结构。与之前的方法不同，本方法无需对输入样本进行预处理或后处理，且通过注意力机制不仅能提供高精度的结合亲和力预测，还能揭示肽段与mhc-ii序列间结合机制的生物学洞见。该功能也是只需要输入蛋白序列，即可预测mhc-ii分子结合肽段序列以及肽段与mhc-ii的结合活性值，若是结合还会显示结合强弱。
图 | mhc-i结合活性预测工作流
图 | mhc-ii结合活性预测结果
3. b细胞表位预测
利用抗原的序列进行线性b细胞表位预测，获得在抗原抗体的结合反应中抗原参与结合的部位。组件模型使用了ai自然语言处理中的词嵌入方法，将蛋白质序列编码为特征向量，再利用以rbf（radial basis function kernel，径向基函数 ）作为内核的svm（support vector machine，支持向量机）算法，实现对输入肽段进行是否为b细胞表位的二分类判断。组件提供多个利用不同数据集进行训练获得的预测模型。该功能只需要输入抗原序列，根据抗原所属的类型选择对应的预测模型，即可预测剪切后的肽段为epitope的预测概率。
图 | b细胞表位预测工作流
图 | b细胞表位预测结果
maxflow 应用领域
疫苗设计：
通过预测b细胞表位和mhc-i/mhc-ii类结合肽，科学家可以设计出能有效激活特异性免疫应答的疫苗成分，这些疫苗能够针对性地诱导抗体或细胞免疫反应，对抗病毒、细菌感染或癌症。
感染性疾病预防与诊断：
了解哪些肽段能有效结合mhc分子并激活t细胞，有助于开发用于感染性疾病早期诊断的免疫诊断试剂，以及指导抗原选择，以提高疫苗的保护效率。
癌症免疫疗法：
识别肿瘤相关新抗原的mhc结合肽对于个性化癌症免疫治疗至关重要。通过精准预测这些肽段，可以筛选出适合特定患者的治疗靶点，进而设计个性化疫苗或免疫细胞疗法。
自身免疫疾病研究：
在自身免疫疾病中，错误识别自体抗原的t细胞导致免疫系统攻击自身组织。mhc-i/ii类结合活性预测有助于揭示自身免疫反应背后的机制，为疾病诊断和治疗策略提供依据。
食品领域：
可以用于分析虾中的蛋白质，比如原肌球蛋白（myotrophin）、精氨酸激酶（arginine kinase），通过预测b细胞表位和mhc结合活性，可以识别出潜在的过敏原性肽段，这对于开发低过敏性的虾产品和诊断试剂盒非常有帮助。还可以用于小麦主要过敏原的预测，小麦中的过敏原主要包括醇溶蛋白（gliadin）、麦谷蛋白（glutenin）等。通过预测这些蛋白质上的b细胞和t细胞表位，可以更好地理解小麦过敏的机制，并为无麸质产品的开发提供指导。
本次讲座会结合案例来跟大家探讨t细胞和b细胞表位预测能为生命科学领域带来哪些便利：
1
了解t细胞和b细胞介导免疫反应的过程
2
解析mhc-i和mhc-ii分子结构特点
3
maxflow中t细胞和b细胞表位预测算法特点
4
t细胞和b细胞表位预测的应用案例
