新冠动态丨Nature子刊：新冠病毒变异后，那些中和抗体还有效吗？

新冠全球大流行，截止目前感染人数已经超过1.16亿，造成250余万人死亡，其迅速播散和迁延的特性及其伴随的发病率、死亡率和不稳定的社会经济影响，使开发治疗药物和疫苗成为全球卫生的当务之急。事实上，基于抗体的应对措施的紧急使用和快速部署，包括单抗、免疫血浆疗法和mRNA、灭活和病毒载体疫苗等，为遏制疾病和结束大流行提供了希望。

新冠病毒S蛋白

新冠病毒的S蛋白结合细胞表面受体ACE2促进病毒进入细胞。S蛋白是病毒进入人体的关键，它已成为疫苗开发和治疗性抗体干预的靶点。S蛋白被切割产生S1和S2片段。S1蛋白包括N末端（NTD）和受体结合（RBD）结构域，而S2蛋白促进膜融合。

目前抗体疗法和疫苗的设计是基于2020年大流行早期流行株的S蛋白。最近，在英国（B.1.1.7）、南非（B.1.351）、巴西（B.1.1.248）和其他地方出现了病毒变种，这些变种在S蛋白（包括NTD和RBD的受体结合基序（RBM））中有多个替换。那抗体和免疫血清对表达S基因突变的病毒的中和作用是否会减弱呢？

考虑到这些问题，美国华盛顿大学医学院、德克萨斯医学部、德克萨斯大学达拉斯西南医学中心、范德堡大学医院中心等美国多家单位共同参与完成了针对一组真实的新冠病毒变异体的研究，包括B.1.1.7分离株，带有南非（Wash SA-B.1.351）或巴西（Wash BR-B.1.1.248）S基因的嵌合华盛顿株和在S蛋白69-70、417、484、501、614和/或681位设计突变或缺失的等基因重组变体（图1a-c），评估单克隆抗体和血清来源多克隆抗体在细胞培养中的中和活性。

图1  携带变异基因的新冠病毒及相应的S基因突变位点

首先评估多种单克隆抗体对S蛋白突变病毒的中和活性。单抗根据其作用于S蛋白的部位，分为I类（作用于RBM）、II类（作用于RBD）、III类（作用于NTD）。通过检测半最大效应浓度（EC50），可观察到如下结果：（1）P681H突变（在S1的C-末端区域）和69–70缺失（在NTD中）对评估的RBM和RBD单抗的中和效力影响不大；（2）K417N突变导致I类单抗COVOX-40的中和作用减少了约27倍，对小组其他单抗活性无或仅有轻微影响；（3）N501Y突变使I类单抗COVOX-40和II类单抗SARS2-31、SARS2-10的中和活性轻微降低；（4）E484K突变对多种I类抗体的效力产生负面影响，其中COV2-2050、1B07、COVOX-384和S2H58丧失了所有中和潜力；（5）E484K和N501Y突变的组合，对I类单抗COV2-2196、COV2-3025、COV2-2381和S2E12的活性表现出更大的影响（减少6到13倍）；（6）当测试1类单抗对含有完整南非S序列的Wash SA-B.1.351病毒的抑制作用时，有几种单抗（COV2-2050、1B07、COVOX-384和S2H58）丧失中和活性。然而，其他I类单抗（COV2-2196、COV2-3025、COV2-2381和S2E12）对E484K/N501Y病毒中和能力的降低在含有额外突变的Wash SA-B.1.351中不存在。考虑额外突变可能增强了某些I类单抗的中和作用，补偿E484K/N501Y突变抑制的负面影响。II类单抗对Wash SA-B.1.351的效力没有实质性损失。III类单抗（COV2-2676和COV2-2489）则丧失了对Wash SA-B.1.351的中和活性。

图2  三类单克隆抗体在Vero-TMPRSS2和Vero-hACE2-TMPRSS2细胞中对变异新冠病毒的最大效应浓度（数值越大，活性越低）

轻症感染1月后患者血清多克隆抗体，对S蛋白突变的新冠病毒的中和活性如何呢？如图3所示：（1）在B.1.1.7病毒中未观察到中和活性差异（图3a）；（2）在K417N病毒中检测到中和作用的小幅度增加（1.5倍，P<0.05）（图3b）；（3）在E484K/N501Y、K417N/E484K/N501Y和Wash SA-B.1.351病毒中，血清中和活性均有不同程度的下降（图3c-e）。所有这些病毒都含有E484K突变。热图分析显示（图3f），大多数个体对含有E484K和N501Y突变的三种病毒都失去了中和活性。

图3 轻症患者血清多克隆抗体对新冠变异病毒的中和活性

    考虑到在484和501位置变化的病毒可逃避恢复期人类血清的中和作用，接下来研究了疫苗诱导的抗体反应效果。在小鼠和恒河猴中，我们观察到与恢复期患者血清相似的中和活性变化趋势；在仓鼠中，免疫后血清对K417N病毒的中和作用没有观察到统计学上的显著差异（图4）。 

图4 疫苗免疫后动物血清对新冠变异病毒的中和活性（腺病毒载体疫苗）

由于尚未获得ChAd-SARS-CoV-2免疫人类的样本，研究者获取了辉瑞生物技术公司（BNT162b2，mRNA疫苗）疫苗免疫后个体的血清，测试其中和新冠变异病毒的活性。与WA1/2020 D614G变异体相比， B.1.1.7（2倍，P<0.01；图5a）和E484K/N501Y（4倍，P<0.0001；图5c）的中和活性适度降低，对Wash SA-B.1.351的活性降低更大（10倍，P<0.0001；图5d）。与人类恢复期血清的结果类似，疫苗接种者血清对Wash BR-B.1.1.248病毒的中和效力下降较小（2.2倍，P<0.01）（图5e）。K417N/D614G的中性化活性无显著差异。

 图5  Pfizer-BioNTech疫苗免疫后人血清对变异新冠病毒的中和活性

综上可见，S序列突变可影响抗体的中和效力。由于结合到新冠病毒S蛋白SBD和NTD的抗体在体外对某些新出现的变异体表现出中和效力降低，因此需要针对高度保守区域的更新的单克隆抗体鸡尾酒增强单克隆抗体的效力，或调整疫苗的S序列，以防止体内失去保护作用。

参考文献：

Resistance of SARS-CoV-2 variants to neutralization by monoclonal and serum-derived polyclonal antibodies. Nat Med. 2021 Mar 4. 

doi: 10.1038/s41591-021-01294-w. Online ahead of print

撰写：华真

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