2020年6月25日訊/
生物谷BIOON/---COVID-19疫情在全球範圍內的爆發已成為對人類健康的嚴重威脅。COVID-19是由新型冠狀病毒SARS-CoV-2引起的。這種病毒是一種正鏈包膜RNA病毒，可引起人類咳嗽、頭痛、呼吸困難、肌痛、發熱和嚴重肺炎等症狀。
SARS-CoV-2是β冠狀病毒屬的成員，分別在2002年和2012年引起流行病的SARS-CoV和MERS-CoV也屬於β冠狀病毒。SARS-CoV-2與SARS-CoV具有大約80%的序列一致性，並使用相同的細胞受體---血管緊張素轉換酶2（ACE2）---進入宿主細胞。
三聚體刺突蛋白（S蛋白）裝飾著冠狀病毒的表面，在病毒進入過程中起著關鍵作用。在感染過程中，S蛋白被宿主蛋白酶（比如TMPRSS2）切割成N端的S1亞基和C端的S2亞基，並從融合前狀態轉變為融合後狀態。S1和S2由胞外結構域(ECD，1-1208個胺基酸)和單個跨膜螺旋組成，分別介導受體結合和膜融合。S1由N端結構域（NTD）和受體結合結構域（RBD）組成，對決定組織嗜性和宿主範圍至關重要。RBD負責與ACE2結合，而NTD的功能尚不十分清楚。在一些冠狀病毒中，NTD可能在初始附著時識別特定的糖基團，並可能在S蛋白從融合前狀態到融合後狀態的轉變中發揮重要作用。MERS-CoV S蛋白的NTD可以作為中和抗體的關鍵表位。
圖片來自Science, 2020, doi:10.1126/science.abc6952。
具有強效中和活性的靶向SARS-CoV-2 S蛋白的單克隆抗體(mAb)是開發COVID-19治療幹預的一個重點。許多研究報導了靶向RBD和抑制S蛋白與ACE2之間結合的SARS-CoV-2中和抗體的功能和結構。使用單一的RBD靶向抗體可能會誘發冠狀病毒產生抵抗性突變。靶向非RBD表位的抗體可能被添加到針對SARS-CoV-2的抗體組合療法中。
不僅位於S蛋白的RBD上的表位分布，而且位於整個S蛋白上的表位分布都可用來指導開發靶向SARS-CoV-2的治療性藥物。在一項新的研究中，來自中國軍事醫學科學院、西湖大學和清華大學的研究人員從10名康復期COVID-19患者中分離並描述了mAb。相關研究結果於2020年6月22日在線發表在Science期刊上，論文標題為「A neutralizing human antibody binds to the N-terminal domain of the Spike protein of SARS-CoV-2」。
他們分離出的三種mAb顯示出對真正的SARS-CoV-2的中和活性。一種名為4A8的mAb對真正的SARS-CoV-2和SARS-CoV-2假病毒都有較高的中和效力，但並不結合RBD。他們解析出4A8與S蛋白結合在一起時的總體解析度為3.1埃的低溫電鏡結構和針對4A8-NTD界面的局部解析度為3.3埃的低溫電鏡結構，從而確定4A8的表位為S蛋白的NTD。這表明NTD是針對COVID-19的治療性mAb的一個有希望的靶點。
鑑於COVID-19大流行仍在持續，迫切需要對SARS-CoV-2感染進行預防和治療幹預。這項研究揭示從10名康復期患者的B細胞中分離出的天然存在的人類SARS-CoV-2 mAb在基因使用和S蛋白的表位識別方面具有多樣性。值得注意的是，大多數分離的mAb並不識別RBD，而且所有中和真正的SARS-CoV-2的mAb都不能抑制S蛋白與ACE2的結合。這些出乎意料的結果表明，除了抑制這種冠狀病毒與ACE2的相互作用外，還存在其他重要的SARS-CoV-2中和機制。
靶向S1的mAb 4A8不能阻斷ACE2與S蛋白之間的相互作用，但是在體外對真正的SARS-CoV-2和SARS-CoV-2假病毒均表現出高水平的中和作用。據報導，許多靶向SARS-CoV-2的中和抗體都是以S蛋白的RBD為靶點，阻斷RBD和ACE2之間的結合。這項研究的結果表明4A8與S蛋白的NTD結合，具有強效的中和活性。之前的研究已表明，mAb 7D10很可能是通過抑制RBD-DPP4結合和S蛋白從融合前狀態到融合後狀態的構象變化來與MERS-CoV S蛋白的NTD結合。這些研究人員將7D10與MERS-CoV S蛋白的NTD結合在一起時的晶體結構與4A8-S蛋白複合物結構進行了比較，發現這種mAb與NTD之間的界面有部分重疊。7D10可能通過它靠近RBD的輕鏈抑制MERS-CoV和DPP4之間的相互作用。在這種4A8-S蛋白複合物中，4A8的輕鏈遠離RBD。因此，他們推測4A8可能通過抑制S蛋白的構象變化來中和SARS-CoV-2。此外，SARS-CoV-2、SARS-CoV和MERS-CoV S蛋白的序列比對顯示了可分別被不同mAb所識別的不同NTD表面序列。
總的來說，這項研究報導了一種識別SARS-CoV-2 S蛋白上脆弱的NTD表位的全人中和mAb，它的作用機制與受體結合抑制無關。4A8與RBD靶向抗體的結合可能會避免這種病毒的逃逸突變，成為有前景的抗體組合療法。這項研究獲得的信息可用於開發基於結構的SARS-CoV-2疫苗設計。（生物谷 Bioon.com）
參考資料：Xiangyang Chi et al. A neutralizing human antibody binds to the N-terminal domain of the Spike protein of SARS-CoV-2. Science, 2020, doi:10.1126/science.abc6952.