Adv. Sci.: 中美英科学家在新型冠状病毒研究中取得新的突破

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近日，上海科技大学免疫化学研究所Richard A. Lerner/杨光团队，美国斯克里普斯研究所Richard A. Lerner/Ian A. Wilson团队以及英国牛津大学William James团队在针对新型冠状病毒 (SARS-CoV-2)研究中取得重要进展，在国际知名学术期刊Advanced Science上发表了题为 “Neutralizing Antibodies to SARS-CoV-2 Selected from a Human Antibody Library Constructed Decades Ago” 的研究论文。研究者们发现在20年前构建的天然全人源组合抗体库中含有针对SARS-CoV-2 S蛋白的中和抗体。这些抗体分子具有明显的免疫进化特征。这些组合抗体分子具有超强的抑制和中和COVID-19病毒的活性，对治疗性抗体药物以及有效病毒疫苗开发具有指导意义。 SARS-CoV-2病毒持续感染引发的新冠肺炎 (COVID-19) 已成为全球性的大流行病，对人类健康，生活以及社会稳定造成了根本性影响。全面理解病毒的发生、发展，以及开发行之有效的治疗干预措施对当前疫情控制至关重要。暴露在新冠病毒表面的刺突 (Spike, S) 蛋白可以与人类细胞表面受体血管紧张素转化酶 (ACE2) 结合，是冠状病毒感染细胞的主要途径。因此S蛋白是体内免疫系统应答的主要靶标，也是疫苗设计和药物开发的重点，越来越多的防控和阻断SARS-CoV-2病毒的疫苗（mRNA疫苗）和治疗性中和抗体药物正在被陆续发现。 组合抗体库技术是通过DNA重排将个体B细胞免疫系统的抗体多样性集合及其抗体应答历史在试管中重构，随机组合并再现的方法。[1] 自20世纪80年代该技术面世以来，已有超过70种单克隆全人源抗体进入临床研究，14种已获批准。
图1. 针对刺突蛋白受体结合域中和抗体的筛选体系 上海科技大学免疫化学研究所杨光课题组和Richard A. Lerner 课题组针对SARS-CoV-2 S蛋白受体结合域 (S-RBD)，对构建于20年前的全人源天然组合抗体库（多样性 > 10¹¹ 的B细胞集合），利用表位导向开展了多轮竞争筛选，并获得了3个针对S-RBD的高特异性、高亲和力的单克隆抗体。这些抗体分子在假病毒中具有强而有效的中和活性。牛津大学William James团队证实这些抗体在活病毒及其突变体中也具有高效的中和活性。美国斯克里普斯研究所 (Scripps Research) 的Ian A. Wilson团队通过X射线晶体衍射技术，解析了它们的分子作用机制，发现S-B8和S-E6与ACE2竞争结合S-RBD, 其中起主要结合作用的，对于S-B8是抗体重链，而S-E6则是抗体轻链。通过分析抗体SHM突变发现，不同于新冠肺炎康复患者体内分离的中和抗体只含有极少的SHM突变（0 - 2 SHM），组合抗体库发现的抗体含有大量SHM突变（13 - 22 SHM），而且这些SHM突变残基在与SARS-CoV-2 RBD结合中起关键作用。进一步分析表明，S-E6抗体重链的生发中心是IGHV4-31，不同于新冠康复患者中和抗体中常见的IGHV3-53/3-66生发中心，而且其在免疫应答初期极少出现。特别是，S-E6重链CDR1区通过SHM突变产生了一个₃₃NY₃₄氨基酸序列，这一序列与新冠病毒患者中和抗体的₃₂NY₃₃ 特征氨基酸序列一致。实验证明，消除S-E6在重链CDR1区的SHM突变导致S-E6亲和力的大幅降低。这种由SHM产生的强结合氨基酸序列，揭示了组合抗体库和人体内免疫系统一样，在抗原刺激下，可以通过相似的进化策略，产生有效的抗原识别序列。这些抗体的发现揭示了新冠病毒与人类长期共存的可能性。这一现象对研究病毒与宿主的相互作用及其协同进化具有重要的价值。  图2 抗原-抗体复合物结构分析
 上海科技大学免疫化学研究所杨光课题组助理研究员强敏、副研究员马培翔、博士研究生李羽以及美国斯克里普斯研究所 Ian A. Wilson课题组刘合军为文章的共同第一作者，上海科技大学特聘教授Richard A. Lerner、特聘教授杨光和美国斯克里普斯研究所 Ian A. Wilson为文章的共同通讯作者。上海科技大学为该工作的第一完成单位，同时该工作得到了上海科技大学黄行许课题组的大力支持。
References:1. Richard A. Lerner, Manufacturing Immunity to Disease in a Test Tube: The Magic Bullet Realized. Angew. Chem. Int. Ed. 2006, 45, 8106-8125

原文链接

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202102181

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