Nature Communications | IL-1Ra和PGRN自身抗体与IL-1和TNF信号通路失调在重症COVID-19中的作用

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该研究揭示了重症COVID-19患者中IL-1Ra和PGRN自身抗体与炎症驱动的抗原磷酸化之间的关联，为研究病毒诱导自身免疫及细胞因子风暴机制提供了新的实验设计思路，尤其提示监测磷酸化抗原动态可能有助于评估疾病严重程度。

 

文献概述

本文《Autoantibodies to IL-1Ra and PGRN in severe COVID-19 are associated with inflammation-induced hyperphosphorylated antigen isoforms》，发表于《Nature Communications》杂志，系统探讨了重症SARS-CoV-2感染如何通过诱导针对内源性抗炎因子的自身抗体，破坏IL-1和TNF信号调控平衡，进而加剧全身性炎症反应。研究结合多中心队列分析、功能验证与磷酸化特异性检测，揭示了一种由炎症微环境驱动的抗原修饰依赖性自身免疫新机制。

背景知识

目前，重症COVID-19的免疫病理机制仍不完全清楚，尤其在部分患者中观察到持续性高炎症状态，提示存在免疫调节失衡。该研究聚焦的疾病——重症COVID-19，常伴随类似于继发性噬血细胞性淋巴组织细胞增多症（ia-HLH）的hyperinflammation表型，临床表现为细胞因子风暴、多器官衰竭和高死亡率。现有治疗虽靶向IL-6或JAK-STAT通路，但仍有大量患者无响应，提示上游调控节点如IL-1和TNF信号通路可能更关键。

IL-1Ra作为IL-1R的天然拮抗剂，可竞争性抑制IL-1β信号；而PGRN则通过结合TNFR1/2抑制TNF和TL1A信号。尽管已有研究报道type I IFN自身抗体在重症患者中的致病作用，但针对IL-1Ra和PGRN的自身抗体在病毒感染中的角色尚不明确，其产生是否为继发性免疫失调或预先存在仍存争议。此外，如何精准检测此类功能性自身抗体，避免因免疫复合物干扰导致假阴性，是当前自身抗体检测的技术瓶颈。

本研究的切入点在于：是否重症COVID-19患者体内存在靶向IL-1Ra和PGRN的自身抗体？这些抗体是否与抗原的翻译后修饰（如磷酸化）相关？其动态变化是否与炎症水平和疾病进程耦合？通过系统分析多个独立队列，作者试图揭示一种由炎症诱导的抗原修饰驱动的短暂性自身免疫机制，为理解免疫失稳提供新视角。

 

针对IL-1Ra和PGRN等抗炎因子的自身免疫机制研究，可借助赛业生物的基因敲除小鼠模型服务，构建IL-1Ra或PGRN全身或条件性敲除小鼠，模拟抗体介导的功能缺失，研究其在病毒感染或炎症模型中的表型变化，深入解析免疫失衡机制，适用于免疫学、感染性疾病及炎症相关药物研发领域。

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研究方法与核心实验

研究采用多阶段设计：首先建立发现队列（n=30 ICU患者），通过自建ELISA检测anti-PGRN和anti-IL-1Ra抗体，并结合非还原性天然PAGE和等电聚焦（IEF）分析抗原-抗体免疫复合物及异常蛋白异构体。随后在两个独立验证队列（NAPKON网络，总计n=454）中验证抗体流行率，并利用噬菌体展示筛选出特异性识别磷酸化PGRN（S81phos）和IL-1Ra（T111phos）的Fab片段，实现对磷酸化抗原的动态追踪。

关键实验包括：使用size-exclusion chromatography分离免疫复合物，明确IgG和IgM介导的抗原清除；通过in vitro kinase/phosphatase inhibitor assays鉴定PKA和PKC分别介导IL-1Ra的规范与超磷酸化；在primary monocytes中进行突变体转染，确认Thr111为关键磷酸化位点；并利用cytokine stimulation assays比较康复患者与健康对照单核细胞对炎症信号的敏感性差异。

关键结论与观点

• 在重症COVID-19患者中，高达60%出现anti-PGRN抗体，50%以上出现anti-IL-1Ra抗体，且两者常共现，提示存在协同性自身免疫反应。这一发现提示后续研究应系统筛查PGRN和IL-1Ra抗体谱，尤其是在难治性炎症患者中。
• anti-PGRN和anti-IL-1Ra抗体与抗原形成immune complex，导致循环中游离PGRN水平下降>90%，IL-1Ra下降78%，直接削弱其抗炎功能，增强IL-1β和TNF信号输出。这为解释部分患者对常规抗细胞因子治疗无响应提供了机制依据，提示应考虑抗体介导的拮抗剂耗竭。
• 磷酸化特异性Fab检测显示，hyperphosphorylated PGRN（S81phos）和IL-1Ra（T111phos）在疾病早期达峰，并先于抗体水平下降，表明抗原修饰是免疫激活的上游事件。这一动态特征提示磷酸化抗原可作为早期生物标志物用于风险分层。
• 康复期患者单核细胞在极低浓度IFNγ或IL-6刺激下即可诱导IL-1Ra超磷酸化，敏感性比健康对照高1000倍，揭示了一种持久的“炎症印记”表型。这提示单核细胞可能成为长期免疫失调的记忆载体，影响未来对炎症挑战的响应。

研究意义与展望

该研究从机制上连接了炎症、抗原修饰和自身免疫三者之间的正反馈环路，为开发靶向IL-1或TNF通路的新策略提供了理论基础。例如，在抗体阳性患者中，外源补充Anakinra（重组IL-1Ra）或Etanercept可能被内源性抗体中和，提示需联合B细胞耗竭或免疫吸附治疗。

在临床监测方面，磷酸化抗原水平可能比总抗原更敏感地反映疾病活动度，建议纳入重症患者免疫监测panel。此外，该机制可能也适用于其他炎症性疾病如Still’s disease或vasculitis，提示PGRN和IL-1Ra抗体筛查应扩展至非感染性炎症人群。

 

为研究PGRN和IL-1Ra磷酸化修饰在炎症信号中的作用，可利用赛业生物的点突变细胞系服务，构建模拟Thr111磷酸化的IL-1Ra突变体（如T111D）或Ser81磷酸化的PGRN突变体，结合报告基因系统分析其对TNF或IL-1信号通路的调控功能，适用于信号转导、蛋白质修饰及药物靶点验证研究。

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结语

本研究系统揭示了重症COVID-19中存在一种由炎症诱导的磷酸化依赖性自身免疫反应，靶向关键抗炎因子IL-1Ra和PGR2，导致其功能丧失并加剧IL-1和TNF信号通路激活。这种短暂但强烈的免疫失调不仅解释了部分患者持续高炎症状态的机制，也为临床干预提供了新靶点。从实验室到临床，检测anti-IL-1Ra和anti-PGRN抗体及其磷酸化抗原水平，有望成为识别高风险患者、指导个体化免疫调节治疗的重要工具。尤其对于难治性炎症表型，联合清除抗体与补充拮抗剂的策略值得探索。此外，康复者单核细胞的超敏现象提示长期免疫监视的必要性，为“长新冠”的免疫机制研究提供了新方向。该发现不仅深化了对重症感染免疫病理的理解，也为自身免疫性疾病和细胞因子风暴综合征的机制研究提供了范式参考。

 

Lorenz Thurner, Natalie Fadle, Bernhard Thurner, Philipp M Lepper, and Christoph Kessel. Autoantibodies to IL-1Ra and PGRN in severe COVID-19 are associated with inflammation-induced hyperphosphorylated antigen isoforms. Nature Communications.