人白细胞介素37的二级结构及B细胞表位预测①

高巧艳 李 燕 周 密 高雪明 袁仙丽 李明才 (宁波大学医学院免疫学研究室，宁波315211)

人白细胞介素37的二级结构及B细胞表位预测①

高巧艳 李 燕 周 密 高雪明 袁仙丽 李明才 (宁波大学医学院免疫学研究室，宁波315211)

目的:预测人IL-37b蛋白质的二级结构及B细胞抗原表位。方法:以IL-37b蛋白质的氨基酸序列为基础，应用ProScale、Bcepred服务器，分析人IL-37b亲水性、柔韧性、可及性和抗原性指数，并结合二级结构特征，预测IL-37b的B细胞表位。结果:IL-37b的二级结构主要由β折叠(31.65%)、无规则卷曲(52.75%)、α螺旋(8.26%)和β转角(7.34%)组成。其B细胞表位可能位于第21-27、34-75、175-192和213-215氨基酸区段。结论:此结果将有助于确定IL-37b的B细胞表位，为研制人IL-37单克隆抗体提供了理论依据。

IL-37;B细胞表位;二级结构

IL-37是2000年利用计算机序列分析鉴定的一个细胞因子，是IL-1家族的第7个成员，它最初被命名为 IL-1F7[1]。IL-37基因位于人染色体2q12-q14区域，其表达产物有 a、b、c、d、e五种剪切亚型[2]。IL-37b分子量最大，其前体蛋白可以被caspase 1切割成IL-37b成熟蛋白。无论是前体分子还是成熟的IL-37b都能与IL-18Rα(IL-18 receptor α-chain)结合，而且IL-37b与IL-18基因序列有很高的同源性，因此IL-18Rα可能是它的一个受体[3]。IL-37b 还可以与 IL-18BP(IL-18 binding protein)结合，增强 IL-18BP对 IL-18的抑制能力[4]。在核内IL-37可以与Smad3(Mothers against decapentaplegic homolog 3)结合形成一个功能性复合物，影响基因转录，并抑制TLR(Toll like receptor)诱导的促炎因子以及树突状细胞活化[2，5]。

IL-37b在多种组织中都有表达，如在睾丸、胸腺和子宫中都发现IL-37mRNA组成型表达，但是在外周血单个核细胞和树突状细胞中IL-37可以被诱导表达[6]。在单核细胞、扁桃体浆细胞和乳腺癌中都发现了该蛋白的表达[3，7]。

IL-37b与多种炎症相关性疾病有关。如在类风湿性关节炎和系统性红斑狼疮患者的血浆中，IL-37b的表达量显著增高[2，8]。慢性乙型肝炎患者的血清中IL-37的水平与其肝损伤程度密切相关[9]。Imaeda等[10]的研究发现在溃疡性结肠炎和克罗恩病患者的肠黏膜中IL-37b的表达量升高，同时用TNF-α诱导肠上皮细胞系T84时，IL-37b的mRNA和蛋白水平均升高，这些研究表明IL-37对于炎症反应具有显著的抑制作用。

由于IL-37b具有显著的抗炎作用，本研究将根据人IL-37b的氨基酸序列，运用一些相关的分子生物学软件，对IL-37b的B细胞优势表位进行分析和预测，为制备IL-37单克隆抗体提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 人IL-37b的一级序列 根据NCBI提供的蛋白数据库(NP_055254)获得人IL-37b的氨基酸序列。其序列如图1。

1.2 人IL-37b二级结构的预测 采用改进的自身优化预测法(Improved self-optimized prediction method，SOPMA)对IL-37b的二级结构进行预测[11]。

1.3 人IL-37b亲水性、可及性及柔韧性区域的预测 采用Hopp＆Woods亲水性方案的氨基酸亲水性标准对IL-37b的亲水性进行预测;采用Emini方案对IL-37b的可及性进行预测[12];采用 Bhaskaran-Ponnuswamy方案对IL-37b的柔韧性进行预测[13]。1.4 人IL-37b抗原位点的预测及B细胞优势表位分析 采用Kolaskar方案对IL-37b的抗原表位进行预测[14]。然后将各分析方法综合起来，各结果的重叠部分即为IL-37b可能的B细胞优势表位。

2 结果

2.1 人IL-37b的二级结构预测 用SOPMA方法预测的IL-37b的二级结构见图2。预测结果显示，IL-37b的二级结构由无规则卷曲(52.75%)、β折叠(31.65%)、α 螺旋(8.26%)和 β 转角(7.34%)构成。β转角和无规则卷曲主要在第5～8、14～42、46 ～58、70 ～78、97 ～107、124 ～131、147 ～153、159 ～163、170～174、180～186、191～198和205～216区段。

图1 人IL-37b的氨基酸序列Fig.1 Amino acid sequence of human IL-37b

图2 预测的人IL-37b蛋白的二级结构Fig.2 Predicted secondary structure of human IL-37bNote:e.Extended strand;t.Beta turn;c.Random coil;h.Alpha helix.

2.2 IL-37b的亲水性、可及性及柔韧性区域的预测采用Hopp＆Woods的氨基酸亲水性标准对人IL-37b的亲水性进行分析，分析结果如图3所示，位于7～36、50 ～70、100 ～108、119 ～152、187 ～200 和 208 ～214区段的氨基酸亲水性较高;采用Emini方案对IL-37b的可及性进行预测，预测结果如图4所示，位于13 ～22、29～39、47～68、81 ～88、102～107、123～155、191～200和211-215区段的氨基酸可及性较高;采用Bhaskaran-Ponnuswamy方案对IL-37b的柔韧性进行预测，预测结果如图5所示，位于5～41、50～62、74 ～88、98 ～116、123 ～136、147 ～152、183～196和211～214区段的氨基酸柔韧性较高。

图3 IL-37b的亲水性预测Fig.3 Hydrophilicity prediction of IL-37b

图4 IL-37b的柔韧性预测Fig.4 Average flexibility prediction of IL-37b

图5 IL-37b的可及性预测Fig.5 Accessibility prediction of IL-37b

表1 不同方法分析人IL-37b的B细胞优势表位Tab.1 B cell dominant epitopes for human IL-37b predicted by various methods

2.3 IL-37b的抗原位点预测及B抗原优势表位分析 采用Kolaskar方案预测IL-37b的抗原位点，结果显示，位于5～7、21～27、34～75、83～89、107～138、175～192、199～206和213～215区段的氨基酸为可能的抗原位点。表1将各参数的预测结果综合起来分析IL-37b的B细胞表位，尽管不同参数预测的结果不尽相同，但多种参数分析结果都包含21～27、34～75、175 ～192、213～215 区段，因此该区段可能为人IL-37b的优势抗原表位。

3 讨论

IL-37作为IL-1家族的新成员，是最近发现的一种前炎症性细胞因子，在多种炎症反应中发挥重要作用。McNamee等[15]在小鼠结肠炎模型中发现IL-37b转基因鼠比野生型小鼠的炎症明显减轻。在肝脏炎症中IL-37b可以使促炎因子和趋化因子的表达量减少，抑制中性粒细胞在肝脏中的募集，从而保护肝脏细胞，减轻肝损伤程度[16]。同时在小鼠体内构建的MCA205纤维肉瘤模型中注射重组IL-37b腺病毒后发现肿瘤的生长受到抑制[17]。尽管IL-37b在炎症相关性疾病中可能具有调节作用，但是目前仍然没有对于IL-37b单克隆抗体的相关报道。

目前获得B细胞优势表位肽段的一种重要方法是通过生物信息学方法进行预测，并通过体外合成其肽段验证其正确性。在抗原表位的预测中，最常用和最成功的方法是Hopp＆Woods亲水性方案，但表位的形成由多种因素共同作用，单参数预测的准确率较低。因此除了亲水性之外，还需要综合考虑蛋白质的二级结构、可及性和柔韧性等因素的影响。

本研究以人IL-37b的氨基酸结构为基础，通过ProScal、Bcepred服务器上的相应软件和SOPMA软件，综合多种参数分析，预测IL-37b的B细胞优势表位。IL-37b蛋白质的二级结构分析结果显示，IL-37b由 β 折叠 (31.65%)、无规则卷曲(52.75%)、α螺旋(8.26%)和 β 转角(7.34%)组成，无规则卷曲几乎平均分布于IL-37b中。由于α螺旋和β折叠化学键的键能比较高，对于蛋白质高级结构的维持起重要作用，同时它们与抗体嵌合比较困难，并且它们经常处于蛋白质的内部，因而该区域几乎不可能成为抗原表位;而β转角及无规则卷曲结构等柔韧性比较松散，容易发生扭曲，大多盘旋并展示在蛋白质的表面，易与抗体嵌合，所以它们成为抗原表位的可能性比较大。无规则卷曲在人IL-37b的二级结构中占一半以上，表明IL-37b可能有多个抗原位点。我们通过对其亲水性、柔韧性、可及性和抗原性的预测也证实了这种可能。为了进一步提高预测的准确性，我们将上述参数综合起来，分析其B细胞表位，结果表明:IL-37b中 21～27、34～75、175～192、213～215肽段二级结构上位于/富含无规则卷曲，亲水性比较高，并且与可及性、柔韧性及抗原性的结果也一致。因此这些区域可能是IL-37b的B细胞表位，这为制备IL-37单克隆抗体奠定了基础，为临床应用提供了理论依据。同时通过对IL-37b的进一步研究，有助于阐明多种炎症相关性疾病的发病机制，为临床上这些疾病的治疗提供新的思路。

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[收稿2013-09-25 修回2013-12-23]
(编辑 许四平)

Prediction of secondary structure and B-cell epitope of human IL-37

GAO Qiao-Yan，LI Yan，ZHOU Mi，GAO Xue-Ming，YUAN Xian-Li，LI Ming-Cai.Department of Immunology，Medical School of Ningbo University，Ningbo 315211，China

Objective:To predict the secondary structure and B-cell epitope of human IL-37.MethodsBased on IL-37b amino acid sequence，the secondary structure was predicted by SOPMA;hydrophilicity，flexibility，accessibility index were predicted by software of ProScale，Bcepred，respectively.Combined the results according to these methods，the B cell epitopes of IL-37b were predicted.ResultsThe second structure of IL-37b contained extended strand(31.65%)，random coil(52.75%)，alpha helix (8.26%)，beta turn(7.34%)and the most possible epitopes of IL-37b were located in or adjacent to amino acid 21-27，34-75，175-192，213-215.ConclusionThese results will be helpful for the estimate of the epitopes and provide a theory basis for developing monoclonal antibodies against human IL-37.

IL-37;B cell epitope;Secondary structure

Q811.4

A

1000-484X(2014)05-0648-04

10.3969/j.issn.1000-484X.2014.05.017

①本文受浙江省自然科学基金(LY13H090014)、浙江省教育厅科研项目(Y201327689)、宁波大学学科项目(XKL11D2112)、宁波市科技计划项目(2013C50054)及宁波大学创新性开放实验项目(cxxkf2013-016)资助。

高巧艳(1989年－)，女，主要从事细胞与分子免疫学研究，E-mail:gaoqiaoyan@gmail.com。

及指导教师:李 燕(1968年－)，女，博士，副教授，硕士生导师，主要从事细胞与分子免疫学研究，E-mail:liyan2005bo@163.com。