公共卫生学院（深圳）杜向军教授团队在传染病感染免疫系统生物学研究上取得系列新进展

       宿主和病原微生物相互作用是导致传染性疾病甚至非传染性疾病发生的根源。感染免疫就是研究宿主和病原微生物相互作用的科学。了解宿主与病原体相互作用即感染免疫，对于理解病原体入侵宿主并致病的机制，有针对性药物和疫苗的开发，以及理解病原体演化与流行传播至关重要，是传染病精准防治的基础。

        我院杜向军教授团队围绕传染病感染免疫系统生物学，综合利用网络科学和统计学习等多学科交叉手段开展一系列探索性研究。为辅助精准疫苗设计以及疫苗策略设计，杜向军教授团队构建抗体库队列，通过高通量测序技术跟踪人群抗体库变化规律，基于高通量抗体测序数据开发抗体特异性分类集成学习模型，模型能够对六类特定抗体（HIV-1、抗流感病毒、抗肺炎球菌多糖、抗瓜氨酸化蛋白、抗破伤风类毒素和抗乙型肝炎病毒抗体）进行有效抗原特异性分类，模型在10倍交叉验证(AUC=0.9246)和测试数据集中均表现良好（AUC=0.9264）。另外，通过收集海量的蛋白互作数据，并通过过滤低质量的数据，整合得到高质量的人类蛋白质-蛋白质相互作用（PPI）网络（HUPPI-2022），该网络包含11000多个蛋白质编码基因以及78000多个相互作用。基于该网络，杜向军教授团队系统揭示免疫相关基因（IRG）属性：IRG大多位于网络的中心，连接不同的生物过程，反映出IRG多效性；另外，泛病毒靶点大多是枢纽蛋白，位于网络的中心，富集到最基本的生物学功能，但冠状病毒例外；演化年龄分析发现IRG是逐渐成为网络枢纽，并通过与不同功能模块相互连接从而整合到宿主网络中。基于另外一项研究，杜向军教授团队明确正常人群传染病易感性概念，并基于基线正常状态转录组数据构建易感性预测模型（预测准确率达到0.79），进而通过差异表达分析、共表达网络分析和免疫细胞比例分析等一系列系统生物学分析方法发现该现象与中性粒和B细胞相关的基线免疫状况有关，表明宿主基线免疫水平的差异导致易感性差别。
 

图1 基于网络HUPPI-2022识别的免疫功能相关模块及有症状组和无症状组的免疫细胞比例

        综上，围绕传染病感染免疫系统生物学这个主题，杜向军教授团队开展一系列开创性积累与研究，取得了一系列进展和突破，第一次构建针对高通量抗体库数据的抗体特异性预测模型以及人群易感性预测分类模型，并利用网络科学对传染病相关宿主感染免疫相关机制进行深入阐述。但感染免疫是非常复杂的过程，未来团队也将继续从更新颖的角度，利用多学科交叉方法，系统深入解读感染免疫机制，推进传染病精准防治。

        2021年12月26日，相关研究以题目“Heavy chain sequence-based classifier for the specificity of human antibodies”在国际期刊《Briefings in Bioinformatics》（中科院小类1区）上在线发表。2022年10月26日，相关研究以题目“A network view of human immune system and virus-human intersection”在国际期刊《Frontiers in immunology》（中科院Top期刊）上在线发表。2023年1月12日，相关研究以“Susceptibility identification for seasonal influenza A/H3N2 based on baseline blood transcriptome”为题，在国际期刊《Frontiers in immunology》上在线发表。上述研究由中山大学公共卫生学院（深圳）杜向军教授为通讯作者，硕士生王雅琪、博士生唐康、博士生唐静和硕士生徐秋梅为第一作者，中山大学作为第一单位。

        以上研究得到了深圳市科技计划（项目编号：KQTD20180-411143323605，JSGG20200225152008136，GXWD20201231165807008)以及广东省前沿与关键技术创新项目（项目编号：2019B020228001，2019B111103001，2021A111112007，2022B1111020006)的支持。

        杜向军教授团队长期聚焦传染病计算系统生物学研究，通过开发和综合运用学科交叉手段，深入定量揭示系统因素与传染病的产生、演化、传播、感染免疫以及致病的复杂关系与机制，取得一些列原创性成果。团队常年招收博后，欢迎有志之士加盟，共创传染病防治新局面。

论文链接：

https://academic.oup.com/bib/article/23/1/bbab516/6483065?login=true

https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fimmu.2022.997851/full

https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fimmu.2022.1048774/full

撰稿：唐静、唐康、陈绎霖

初审：王霄爽

审核：杜向军 钱  军

审核发布：汪宗芳