高福等學者鑑定2種可阻新冠入侵的抗體,為疫苗提供結構基礎

2020-12-05 澎湃新聞

中國疾控中心主任、中科院院士高福等學者領銜的一項新冠病毒中和抗體的最新研究顯示：B38和H4抗體可以阻止新冠病毒S蛋白受體結合區域RBD與人體細胞受體ACE2之間的結合。小鼠模型試驗顯示，這兩種抗體可降低小鼠感染後肺部的病毒載量。該研究還為疫苗設計提供了結構基礎。

以上研究於當地時間5月7日刊發在生物預印本預印本網站medRxiv上（「A non-competing pair of human neutralizing antibodies block COVID-19 virus binding to its receptor ACE2」《一對非競爭性人類中和抗體可阻斷COVID-19病毒與其受體ACE2的結合》）。研究團隊從一名中國康復患者中分離出四種人源單克隆抗體，在體外均顯示中和能力，其中B38和H4抗體尤其具有潛力。

這項工作由首都醫科大學、中科院北京生命科學研究院、中國科學院微生物研究所中科院病原微生物與免疫學重點實驗室、中科大、深圳市第三人民醫院、中國農業大學、中國科學院天津工業生物技術研究所、中國疾病預防控制中心等科研團隊聯合完成。論文的通訊作者為：中國疾病預防控制中心主任、中科院院士高福，中國科學院天津工業生物技術研究所副研究員高峰，深圳市第三人民醫院院長劉磊。

迄今為止，新冠病毒尚無特定的藥物或疫苗。目前，大多數的治療研發方案都瞄準新冠病毒入侵人類的「鑰匙」——S蛋白（刺突糖蛋白）。S蛋白介導病毒和宿主細胞結合併入侵，它由S1結構域和S2結構域兩部分組成，分別介導受體結合和膜融合。受體結合域（RBD）即位於S1。研究團隊認為，通過使用RBD蛋白篩選抗新冠病毒的中和抗體是當下可以採用的優先策略。

他們首先從新冠恢復期患者獲得四種不同抗體（B5，B38，H2和H4），其上清液顯示能與新冠病毒RBD結合，但與SARS-CoV的RBD的結合失敗，這表明SARS-CoV和新冠病毒的RBD表位在免疫學上是不同的。

這4種抗體顯示出與新冠病毒RBD的不同的結合能力，Kd範圍為10的負7次方至10的負9次方M。其中H4表現出相對較高的結合親和力，Kd為4.48nM，而B5表現出相對較弱的結合親和力，Kd為305nM。B38和H2與RBD結合，Kd分別為70.1nM和14.3nM。

所有這4種抗體均顯示中和活性，IC50（半抑制濃度）值範圍為0.177μg/ml至1.375μg/ml。B38是最有效的抗體，其次是H4、H2和B5。

研究團隊接下來評估每種抗體阻斷病毒RBD與ACE2結合的競爭能力，結果顯示，B38和H4能與ACE2完全競爭，並與RBD的結合。相反，B5顯示出部分競爭，而H2顯示出與RBD結合，但沒有與ACE2競爭。

研究還表明，B38和H4能識別RBD上的不同表位並部分重疊。

為探索B38和H4在體內抗新冠病毒攻擊的保護功效，研究團隊進行了小鼠治療實驗。在攻毒12小時後，研究團隊向hACE2轉基因小鼠注射25 mg/kg單劑量的B38或H4。結果顯示，與對照組和H4組相比，攻毒後體重顯著下降的B38組小鼠在感染後3天（dpi）恢復了。

研究團隊還檢測了3 dpi時小鼠肺組織的病毒RNA拷貝。B38組和H4組的相對RNA拷貝變化均顯著低於對照組，與對照組相比分別降低了32.8％和26％。

為進一步闡明抗體中和機制的結構基礎，研究團隊通過體外孵育和純化製備了RBD-B38和RBD-H4 Fab複合物。重鏈上的三個互補決定區（CDRs）和輕鏈上的兩個互補決定區參與和病毒RBD的作用。病毒RBD中有36個殘基與B38相互作用，其中21個殘基與重鏈相互作用，15個殘基與輕鏈相互作用。

序列比對表明，在表位中的36個殘基中，只有15個在新冠病毒和SARS-CoV之間保守。這解釋了B38的特異反應性。進一步分析結合界面的相互作用發現，病毒RBD的470環在與B38 HCDR1環的結合中發揮重要作用。

團隊還研究了B38阻斷COVID-19病毒RBD與ACE2相互作用的結構基礎。結果顯示，B38的VH和VL均導致了RBD與ACE2結合的空間位阻(圖4C)。值得注意的是,在與B38結合和與hACE2結合的兩種形式中，RBD沒有表現出明顯的構象變化。進一步分析發現，在與兩者結合的時候，RBD上的21個胺基酸中有18個完全一致，這清楚地解釋了為什麼B38完全消除了新冠病毒RBD與受體的結合。

總的來說，新冠病毒和SARS-CoV的RBDs具有較高的同源性，均與ACE2受體結合感染宿主。然而，結合親和力是不同的，新冠病毒RBD比SARS-CoV RBD與hACE2的原子相互作用更多，因此對受體結合表現出更高的結合親和力。

截至目前，還沒有研究報導有抗體通過競爭ACE2結合位點交叉中和SARS-CoV2和SARS-CoV。來自恢復期SARS患者的CR3022可以與來自這兩種病毒的RBDs結合。然而，它雖然能夠中和SARS-CoV，但不能中和新冠病毒。

研究強調，對新冠病毒的體液免疫反應的全面了解需要在更多的患者中進行。此外，雞尾酒抗體應考慮作為一種替代治療策略，以避免潛在的逃逸突變。「隨著新冠疫情的持續蔓延，對病毒RBD蛋白表位的鑑定至關重要，這將為開發疫苗提供有價值的信息。此外，針對表位的中和抗體的分子特徵有助於小分子或肽藥物/抑制劑的開發。」

綜上所述，研究認為，這項研究鑑定的中和抗體有望成為預防和治療新冠病毒的候選抗體。

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