高福等学者鉴定2种可阻新冠入侵的抗体

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以上研究于当地时间5月7日刊发在生物预印本预印本网站medRxiv上（“A non-competing pair of human neutralizing antibodies block COVID-19 virus binding to its receptor ACE2”《一对非竞争性人类中和抗体可阻断COVID-19病毒与其受体ACE2的结合》）。研究团队从一名中国康复患者中分离出四种人源单克隆抗体，在体外均显示中和能力，其中B38和H4抗体尤其具有潜力。

这项工作由首都医科大学、中科院北京生命科学研究院、中国科学院微生物研究所中科院病原微生物与免疫学重点实验室、中科大、深圳市第三人民医院、中国农业大学、中国科学院天津工业生物技术研究所、中国疾病预防控制中心等科研团队联合完成。论文的通讯作者为：中国疾病预防控制中心主任、中科院院士高福，中国科学院天津工业生物技术研究所副研究员高峰，深圳市第三人民医院院长刘磊。

迄今为止，新冠病毒尚无特定的药物或疫苗。目前，大多数的治疗研发方案都瞄准新冠病毒入侵人类的“钥匙”——S蛋白（刺突糖蛋白）。S蛋白介导病毒和宿主细胞结合并入侵，它由S1结构域和S2结构域两部分组成，分别介导受体结合和膜融合。受体结合域（RBD）即位于S1。研究团队认为，通过使用RBD蛋白筛选抗新冠病毒的中和抗体是当下可以采用的优先策略。

他们首先从新冠恢复期患者获得四种不同抗体（B5，B38，H2和H4），其上清液显示能与新冠病毒RBD结合，但与SARS-CoV的RBD的结合失败，这表明SARS-CoV和新冠病毒的RBD表位在免疫学上是不同的。

这4种抗体显示出与新冠病毒RBD的不同的结合能力，Kd范围为10的负7次方至10的负9次方M。其中H4表现出相对较高的结合亲和力，Kd为4.48nM，而B5表现出相对较弱的结合亲和力，Kd为305nM。B38和H2与RBD结合，Kd分别为70.1nM和14.3nM。

所有这4种抗体均显示中和活性，IC50（半抑制浓度）值范围为0.177μg/ml至1.375μg/ml。B38是最有效的抗体，其次是H4、H2和B5。

研究团队接下来评估每种抗体阻断病毒RBD与ACE2结合的竞争能力，结果显示，B38和H4能与ACE2完全竞争，并与RBD的结合。相反，B5显示出部分竞争，而H2显示出与RBD结合，但没有与ACE2竞争。

研究还表明，B38和H4能识别RBD上的不同表位并部分重叠。

为探索B38和H4在体内抗新冠病毒攻击的保护功效，研究团队进行了小鼠治疗实验。在攻毒12小时后，研究团队向hACE2转基因小鼠注射25 mg/kg单剂量的B38或H4。结果显示，与对照组和H4组相比，攻毒后体重显著下降的B38组小鼠在感染后3天（dpi）恢复了。

研究团队还检测了3 dpi时小鼠肺组织的病毒RNA拷贝。B38组和H4组的相对RNA拷贝变化均显著低于对照组，与对照组相比分别降低了32.8%和26%。

为进一步阐明抗体中和机制的结构基础，研究团队通过体外孵育和纯化制备了RBD-B38和RBD-H4 Fab复合物。重链上的三个互补决定区（CDRs）和轻链上的两个互补决定区参与和病毒RBD的作用。病毒RBD中有36个残基与B38相互作用，其中21个残基与重链相互作用，15个残基与轻链相互作用。

序列比对表明，在表位中的36个残基中，只有15个在新冠病毒和SARS-CoV之间保守。这解释了B38的特异反应性。进一步分析结合界面的相互作用发现，病毒RBD的470环在与B38 HCDR1环的结合中发挥重要作用。

团队还研究了B38阻断COVID-19病毒RBD与ACE2相互作用的结构基础。结果显示，B38的VH和VL均导致了RBD与ACE2结合的空间位阻（图4C）。值得注意的是，在与B38结合和与hACE2结合的两种形式中，RBD没有表现出明显的构象变化。进一步分析发现，在与两者结合的时候，RBD上的21个氨基酸中有18个完全一致，这清楚地解释了为什么B38完全消除了新冠病毒RBD与受体的结合。

总的来说，新冠病毒和SARS-CoV的RBDs具有较高的同源性，均与ACE2受体结合感染宿主。然而，结合亲和力是不同的，新冠病毒RBD比SARS-CoV RBD与hACE2的原子相互作用更多，因此对受体结合表现出更高的结合亲和力。

截至目前，还没有研究报道有抗体通过竞争ACE2结合位点交叉中和SARS-CoV2和SARS-CoV。来自恢复期SARS患者的CR3022可以与来自这两种病毒的RBDs结合。然而，它虽然能够中和SARS-CoV，但不能中和新冠病毒。

研究强调，对新冠病毒的体液免疫反应的全面了解需要在更多的患者中进行。此外，鸡尾酒抗体应考虑作为一种替代治疗策略，以避免潜在的逃逸突变。“随着新冠疫情的持续蔓延，对病毒RBD蛋白表位的鉴定至关重要，这将为开发疫苗提供有价值的信息。此外，针对表位的中和抗体的分子特征有助于小分子或肽药物/抑制剂的开发。”

综上所述，研究认为，这项研究鉴定的中和抗体有望成为预防和治疗新冠病毒的候选抗体。