近日，中國科學(xué)院廣州生物醫(yī)藥與健康研究院（以下簡稱“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Omicron變異株的多種亞型仍保持高效中和活性。動物實(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RBD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類抗體能通過阻斷病毒結(jié)合受體發(fā)揮中和作用，因此對新冠病毒具有較強(qiáng)的免疫壓力。面對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通過不斷積累抗原突變來逃逸親和成熟抗體。

廣州健康院熊曉犁研究員、廣州國家實(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、功能測定及結(jié)構(gòu)分析