近日，中國(guó)科學(xué)院廣州生物醫(yī)藥與健康研究院（以下簡(jiǎn)稱“廣州健康院”）與廣州醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院、廣州國(guó)家實(shí)驗(yàn)室等單位合作在Cell Reports發(fā)表題為An unconventional VH1-2 antibody tolerates escape mutations and shows an antigenic hotspot on SARS-CoV-2 spike的研究論文。

面對(duì)自然感染和疫苗接種產(chǎn)生的免疫壓力，新冠病毒持續(xù)進(jìn)化和變異，逃逸了絕大部分早期篩選獲得的中和抗體。其中，在人群中被廣泛誘導(dǎo)的VH1-2基因編碼抗體被認(rèn)為在新冠病毒早期的抗體免疫中起到了關(guān)鍵作用，但由于新冠病毒刺突蛋白E484K/A的突變，大多數(shù)VH1-2類抗體被逃逸。在該研究中，研究人員從早期新冠病毒野生株感染者中篩選到一株由VH1-2基因編碼的中和抗體D1F6。不同于其他已知的VH1-2抗體，D1F6不被攜帶E484A突變的Omicron變異株逃逸，對(duì)Omicron變異株的多種亞型仍保持高效中和活性。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明D1F6可以有效抑制Delta和Omicron?BA.5、XBB.1.5、EG.5.1等變異株在小鼠體內(nèi)的復(fù)制。

研究團(tuán)隊(duì)利用冷凍電鏡、抗體抗原相互作用和病毒中和實(shí)驗(yàn)對(duì)D1F6的中和機(jī)制及其耐受突變的分子機(jī)制進(jìn)行了探究。研究結(jié)果顯示，D1F6結(jié)合刺突蛋白不受其構(gòu)象的影響，能夠同時(shí)結(jié)合“向上”和“向下”的受體結(jié)合域（RBD），且抗體的結(jié)合可以阻斷ACE2受體的結(jié)合，因此D1F6通過(guò)阻斷病毒與受體的結(jié)合發(fā)揮中和作用。另外，研究發(fā)現(xiàn)，雖然D1F6結(jié)合RBD會(huì)受一些熱點(diǎn)突變的影響，但是由于多重結(jié)合效應(yīng)（avidity），D1F6仍能高效結(jié)合相應(yīng)突變的刺突蛋白，從而耐受這些突變的影響。

相比傳統(tǒng)的VH1-2新冠病毒中和抗體，D1F6經(jīng)歷了抗體的親和成熟過(guò)程，重鏈中存在大量體細(xì)胞超突變引入的氨基酸，這使其結(jié)合位置相較于經(jīng)典的VH1-2類抗體有約30 ?的偏移，因此不易受E484K/A突變的影響。通過(guò)系列的表位突變研究，研究人員發(fā)現(xiàn)D1F6表位內(nèi)的單點(diǎn)或雙突變對(duì)其中和效果的影響很有限，需多個(gè)氨基酸（至少3個(gè)）同時(shí)突變才能影響D1F6的活性。

研究最后對(duì)刺突蛋白進(jìn)行了序列分析，發(fā)現(xiàn)D1F6結(jié)合表位及周圍區(qū)域是新冠病毒刺突蛋白R(shí)BD中氨基酸突變的熱點(diǎn)區(qū)域。研究人員提出，由于D1F6為代表的II類抗體結(jié)合刺突蛋白不受其構(gòu)象的影響，且II類抗體能通過(guò)阻斷病毒結(jié)合受體發(fā)揮中和作用，因此對(duì)新冠病毒具有較強(qiáng)的免疫壓力。面對(duì)D1F6這種具有較強(qiáng)耐受突變能力的親和成熟抗體，新冠病毒需不斷積累突變進(jìn)行免疫逃逸。

綜上，研究揭示了非典型VH1-2抗體D1F6抗體通過(guò)多重結(jié)合效應(yīng)和親和成熟作用耐受刺突蛋白突變的分子機(jī)制，并提示新冠病毒在免疫壓力選擇下會(huì)通過(guò)不斷積累抗原突變來(lái)逃逸親和成熟抗體。

廣州健康院熊曉犁研究員、廣州國(guó)家實(shí)驗(yàn)室陳凌研究員、廣州醫(yī)科大學(xué)趙金存教授和牛學(xué)鋒副研究員為本論文的共同通訊作者。廣州健康院助理研究員劉邦慧、廣州醫(yī)科大學(xué)副研究員牛學(xué)鋒、碩士研究生鄧奕君和博士研究生張昭勇為本論文共同第一作者。該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、廣東省自然科學(xué)基金、廣州實(shí)驗(yàn)室應(yīng)急攻關(guān)項(xiàng)目等的資助。

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圖1?中和抗體D1F6的篩選、功能測(cè)定及結(jié)構(gòu)分析