陈凌/赵金存/熊晓犁团队合作发现新冠中和抗体耐受新冠病毒变异的新机制

近日，陈凌/赵金存/熊晓犁团队合作在Cell Reports发表题为 “An unconventional VH1-2 antibody tolerates escapemutations and shows an antigenic hotspot on SARS-CoV-2 spike”的研究论文。

新冠病毒在群体免疫压力下持续进化和变异，导致大量中和抗体失效。其中，在早期新冠感染人群中广泛诱导出的IGHV1-2家系基因编码的中和抗体，由于新冠病毒刺突蛋白E484K/A的突变，大多数IGHV1-2家系的抗体被逃逸。刺突蛋白E484K/A突变在早期的新冠病毒Beta（贝塔）变异株以及随后出现的Omicron（奥密克戎）变异株中稳定存在。如何筛选出具有广谱中和活性，能够耐受新冠病毒关键突变位点的抗体呢？在本研究中，研究人员采用B细胞培养的方法，在B细胞分泌的上清中筛选出对野生型和Beta变异株刺突蛋白都有结合活性的抗体D1F6（图1上方的右侧图）。抗体D1F6使用IGHV1-2家系编码，对携带E484K/A突变的新冠病毒变异株有高效中和活性。在动物试验中可以有效抑制Delta和Omicron BA.5、XBB.1.5和EG.5.1等毒株在小鼠体内的复制。

图1 抗体D1F6的筛选、结构特征和中和机制

冷冻电镜技术分析D1F6与新冠病毒刺突蛋白复合物发现，抗体D1F6特异性结合RBD上的一个完全暴露的表位，使其不受刺突蛋白构象变化的影响，能够稳定结合“向上”和“向下”形态的RBD，从而能有效阻断刺突蛋白与宿主细胞表面ACE2受体的相互作用（图1下方的左侧图）。因此，D1F6通过阻断病毒与受体的结合发挥中和新冠病毒的作用。相比经典IGHV1-2编码的抗体，D1F6与刺突蛋白的结合位置有约30埃（Å）的偏移，使其能够避开关键突变如E484K/A（图1下方的中间图）。此外，D1F6通过多价结合增强了与病毒的相互作用，有效克服了Omicron变异株的逃逸。

与经典的IGHV1-2编码的中和抗体相比，抗体D1F6重链可变区经历了显著的体细胞超突变（图1下方的右侧图），提高了抗体与新冠病毒变异株刺突蛋白的结合能力。D1F6对突变的耐受性极强，需要三个关键位点同时突变，D1F6 IgG与刺突蛋白三聚体的结合强度才会显著降低，这表明D1F6亲和力成熟和独特的识别表位，为新冠病毒逃逸设置了更高的门槛。

在自然感染的新冠人群中能诱导针对不同表位的多样性的中和抗体，改进筛选策略能获得表位独特的广谱中和抗体。本研究揭示抗体D1F6通过多重结合效应（avidity effect）和亲和成熟机制来耐受新冠病毒的变异，为开发有效应对病毒变异的新型疫苗和治疗性抗体提供科学依据。单克隆抗体D1F6是陈凌团队继发现单克隆抗体R1-32（Nature Microbiology，2022）之后的另一个具有特色代表性中和抗体，对研究新冠病毒逃逸抗体压力的机制具有重要意义。

陈凌教授、赵金存教授和牛学锋副研究员、中国科学院广州生物医药与健康研究院熊晓犁研究员为本论文的共同通讯作者。刘邦慧博士、牛学锋副研究员、博士生邓奕君和张昭勇为本论文共同第一作者。该研究得到了国家自然科学基金、广东省自然科学基金、广州实验室应急攻关项目等的资助。