严重急性呼吸系统综合征冠状病毒2(SARS-CoV-2)造成新型冠状病毒肺炎大流行,从去年爆发至今对全球人民健康以及经济带来巨大威胁。据世界卫生组织的统计数据,截至2021年7月30日6:30pm(欧洲中部时间)全球累计确诊196,553,009例,累计死亡4,200,412例。经过一年多的努力我国的新冠疫情得到有效控制,只是偶尔有一些局部零星散发病例出现。但是这场与新冠的战争仍远未结束。近期从境外输入的德尔塔突变株在我国的多个省市迅速扩散,短短数十天就造成超过300人被感染,这提醒我们现在仍然不能掉以轻心。

为了遏制疫情的蔓延,世界各国都在大力推进新冠疫苗的接种。除了疫苗以外,中和抗体也是我们对抗新冠病毒的有力武器。随着COVID-19在全球范围内的持续流行,各种病毒的变种也相继出现。这些变种传播速度更快,传播能力也更强,已经迅速取代了原始毒株成为目前的主要流行毒株。这些变种由于在RBD区域积累了大量突变,因此能够逃逸多种现有的中和抗体。这进一步增加了疫情防控的难度。为了解决这一问题, 百奥赛图开发出多种表位各异的新冠中和抗体,并与水木未来以及中检院和清华大学生命学院王宏伟课题组合作,揭示了这些抗体对多种新冠变异毒株的强效中和能力以及背后的结构基础。相关工作以Three epitope-distinct human antibodies from RenMab mice neutralize SARS-CoV-2 and cooperatively minimize the escape of mutants为题于近日发表在Nature子刊Cell Discovery上。

水木未来的电镜科学家刘传博士负责该课题的冷冻电镜结构解析工作,为论文的共同第一作者。全部数据的收集均在水木未来的冷冻电镜平台完成。水木未来的蛋白和晶体科学家李京博士完成原子结构模型的搭建工作。

研究人员首先使用重组表达的SARS-CoV-2的RBD作为抗原免疫了RenMab小鼠,并从中筛选出了10株能够有效阻断ACE2与RBD结合的高亲和力中和抗体。

近期有研究表明IGHV3家族的抗体在RBD特异的抗体中显著富集。研究人员筛选出的10株抗体中有6株都是IGHV3家族,另外4株则是IGHV4家族,这也与之前报道的新冠中和抗体的IGHV3偏好性一致。这10种抗体根据与RBD结合表位的不同被划分成4类,其中10D12/2H10/10F9/9A8/1F9属于Bin1,4E5/2F7属于Bin2,7B8属于Bin3,9G11和8G6属于Bin4。Bin2、Bin3和Bin4的表位互不重叠。这10株抗体对病毒的中和活性强弱顺序为10D12 = 10F9 > 7B8 =9G11 > 9A8 > 2H10 > 1F9 > 4E5 > 2F7 > 8G6。

由于属于Bin2的抗体中和活性较弱,因此研究人员选取了10D12, 7B8和9G11三株抗体进行后续的冷冻电镜结构解析。水木未来解析了Spike蛋白三聚体分别与10D12全长IgG、7B8 Fab片段、9G11 Fab片段形成的复合物的冷冻电镜高分辨结构。

通过冷冻电镜结构可以看出三种抗体的表位与ACE2在RBD上的结合位点都有重叠(9G11只有一个氨基酸位点重叠),这进一步验证了三种抗体都是通过阻断RBD与ACE2的结合来中和新冠病毒。这三种抗体分别结合在RBD的不同区域(10D12和7B8都结合在RBD的顶部,9G11结合在RBD的侧面),但10D12与7B8的表位有部分重合。

研究人员检测了上述三株抗体对不同的新冠病毒突变株的中和活性。10D12抗体表位与ACE2的结合位点重合度最高,所以能逃逸10D12的点突变也最多,包括臭名昭著的N501Y、K417N等。

7B8和9G11的表位与ACE2重合较少,所以点突变对这两种抗体的影响相对较小。除了单点突变,B.1.1.7(英国突变株)也能逃逸10D12,但是不能逃逸7B8和9G11。这表明抗体表位不同会极大影响抗体对病毒变异株的中和活性。

研究人员进一步测试了三抗体组合的中和活性,发现三抗体组合的效果显著优于任意单一抗体。三抗体组合能够有效中和包括英国突变株在内的多种突变株,这一结果表明包含10D12、7B8和9G11三种抗体的鸡尾酒疗法有望作为一种新的治疗手段(或预防手段)来对抗各种新冠突变株,其中有可能就包括目前正在肆虐的德尔塔突变株。

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