Science | 中和SARS-CoV-2的納米抗體

2020-11-08 BioArt

責編 | 兮


由SARS-CoV-2病毒引起的新冠疫情（COVID-19）的爆發帶來全球性的衛生和經濟危機。截止到2020年8月底，全球確診病例超過2500萬，死亡超過80萬。另外，多數專家預測COVID-19不會像2003年的SARS疫情一樣在短時間內消失。目前很多國家都對COVID-19的疫苗寄予厚望並加急研發疫苗，但是近期的研究表明SARS-CoV-2的抗體可能不會持久，短時間內對SARS-CoV-2免疫的人群仍有可能再次感染病毒。因此，研發高效，經濟，安全的抗病毒藥物迫在眉睫。

針對SARS-CoV-2的抗體藥物一直是很多國家和研究機構的重要課題。一些處於病毒抗體研究的世界領先的研究組紛紛從新冠病人中分離鑑定有效的病毒中和抗體並推進到臨床研究。另外，基於駱駝科動物的單鏈抗體，又稱納米抗體（nanobodies），也是病毒中和抗體的候選對象。納米抗體是在羊駝外周血液中存在一種天然缺失輕鏈的抗體分子, 20 年前被比利時一個研究生在分離駱駝抗體的試樣中偶然發現。納米抗體只有普通抗體的1/10大小，可溶性高，穩定，生產成本低 ，毒性小。因此， 近幾年來納米抗體被越來越廣泛的應用到生物醫藥領域。

美國匹茲堡大學醫學院時毅教授（Yi Shi)的實驗室在過去三年，研發出世界領先的納米抗體平臺技術，這項技術基於駱駝科動物免疫和全新的蛋白質組學。

2020年11月5日，時毅教授團隊與匹茲堡大學的張誠（Cheng Zhang）課題組以及以色列耶路撒冷大學的Dina Schneidman-Duhovny課題組的合作在Science上發表文章Versatile and multivalent nanobodies efficiently neutralize SARS-CoV-2。



時毅教授團隊用新冠病毒的蛋白去免疫羊駝Wally，並利用這個平臺在短時間內成功鑑定出上千個高親和納米抗體。這些抗體專門識別新冠病毒用來感染人體細胞的刺突蛋白受體結合域 （SARS-CoV-2-S1-RBD）。他們進一步篩選、純化和測試了其中一百個高質量的納米抗體。有趣的是，其中高達 94% 納米抗體都能有效的中和SARS-CoV-2病毒。與此相比，新冠病人的高親和抗體通常只有20-40%具備這樣的活性。同時，他們找到了一些超級抗病毒納米抗體！其中Nb21與RBD結合親和性低於1pM，這在自然界的單體抗體中是極其罕見的。因此只需要10-10克（0.7 納克)/毫升 的濃度就可以有效阻止假型病毒顆粒感染人體細胞，比已經報導的抗病毒納米抗體提高了幾千倍到幾萬倍以上。通過與與匹茲堡大學的W.Paul Dupex課題組合作，這些結果也進一步在真病毒上進行了驗證。

通過與匹茲堡大學的張誠（Cheng Zhang）課題組以及以色列耶路撒冷大學的Schneidman課題組的合作，他們利用結構蛋白質組學，結構生物學以及建模揭示了病毒RBD上至少五個不同且不重疊的納米抗體結合表位，並揭示了一系列的病毒中和機制。

通過對病毒中和機制的理解，時毅實驗室把不同的高抗病毒納米抗體串聯起來，設計了一系列的新穎的納米抗體二聚體，三聚體用來更好的抗病毒。比如，其中一種三聚體ANTE-CoV2-Nab21TGS 稀釋到 5.8x10-11 克 (0.058 納克) /毫升 還能高效抗病毒，效率比紐約時報報導的德州奧斯丁大學研發的納米抗體高到幾萬倍以上。更重要的是，設計的多表位抗體雞尾酒還可以防止由病毒突變引起的免疫逃逸。

這些納米抗體是現有抗病毒生物製劑（包括各種抗體，小分子藥物）在細胞實驗中效果最好的。具有極高的熱穩定性（平均高於70度），並可以快速地從微生物中大量生產。更為重要的是，這些三聚體抗體在實驗中被證明經過凍幹和霧化（應用於鼻吸入等方式）後仍具有同等抗病毒活性。意味著可能在臨床上通過噴霧劑吸入即可以抵抗病毒，相對於傳統的需要注射的抗體藥物具有極大的便利性和病人依從性。同時由於抗體活性非常高，小劑量的應用不僅能極大的降低製備使用成本，還會減少對人體的不良反應免疫。這些納米抗體易於製成經濟且方便有效的抗體療法，可以預期如果臨床實驗順利，對於全球範圍內抵抗此次疫情具有重大意義。


匹茲堡大學的時毅教授，張誠教授以及耶路撒冷大學的Dina Schneidman-Duhovny教授是共同通訊作者，時毅課題組的研究助理Yufei Xiang是文章的第一作者，其他作者還包括匹茲堡大學的Sham Nambulli博士（Duprex lab）， 肖鄭雲（Shi lab），劉恆博士(Zhang lab) ，桑喆（Shi lab）和W.Paul Duprex 博士。


原文連結：

https://science.sciencemag.org/content/early/2020/11/04/science.abe4747/tab-pdf

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