关键词:
新冠病毒变异株
抗体反应
广谱中和抗体
双特异性抗体
摘要:
截至2024年3月3日,由新型冠状病毒(severe acute respiratory syndrome coronavirus 2,SARS-CoV-2)引发的新型冠状病毒感染(Corona Virus Disease 2019,COVID-19)已导致全球超过7.7亿人感染,七百多万人死亡,对人类生命健康及全球公共卫生安全构成了前所未有的威胁。在其流行期间,多款新冠疫苗及中和抗体药物获得批准或紧急使用授权,为疫情防控作出了巨大贡献。然而,随着病毒的持续进化,新的变异株不断涌现,其中Delta株、Omicron株及其多种亚变种已展现出显著的免疫逃逸特性,导致现有疫苗和抗体药物的保护效果大幅度降低甚至失效。为此,本研究致力于研发能强效中和Alpha、Beta、Gamma、Delta、Omicron及其亚变种的广谱性单抗。同时,针对病毒的快速进化问题,进一步提出并验证了双特异性超广谱中和抗体的解决方案,以期为新冠病毒变异株的防治提供新的临床候选药物。
对重组新型冠状病毒疫苗(adenovirus type 5-vectored COVID-19 vaccine,Ad5-nCoV)免疫后人体的抗体反应进行初步分析,结合新一代高通量测序技术(Next-generation sequencing,NGS)探究疫苗免疫前后机体B细胞受体(B cell receptor,BCR)库的变化,发现加强免疫Ad5-nCoV疫苗能够刺激机体产生长期有效的广谱中和抗体反应,揭示从Ad5-nCoV疫苗免疫志愿者体内筛选新冠变异株的广谱中和抗体,是一种可行的抗体研发策略。
在Alpha、Beta、Gamma、Delta这些关切变异株(variant of concern,VOC)流行之际,基于流式分选-单细胞PCR技术平台,从加强免疫Ad5-nCoV疫苗的记忆B细胞中筛选出19株对这些VOC具有交叉结合活性的单抗,其中84%的抗体能够交叉结合具有强免疫逃逸能力的Omicron株,32%的抗体具有广谱中和活性。分析功能抗体的序列及进化轨迹发现,强效中和抗体ZWD12的克隆型在加强免疫后半个月和一个月出现,ZWD12使用的IGHV3-7和IGHJ4基因组合位于B细胞受体(B cell receptor,BCR)最常用的前10种组合之内。单抗ZWD12对VOC具有强效中和活性,可以完全保护受强致病性Delta株攻击的小鼠。冷冻电镜解析抗原抗体复合物结构发现ZWD12靶向病毒刺突蛋白(spike protein,S)的受体结合基序(receptor-binding motif,RBM),通过阻断病毒与血管紧张素转换酶2(angiotensin-converting enzyme 2,ACE2)的结合发挥中和作用。
Omicron出现后迅速取代其他VOC,且在传播过程中出现多种亚变种,如BA.1-BA.5。因此,我们采取相同技术方法筛选得到一株对WT、以前流行的VOC以及BA.1-BA.5均具有良好中和活性的单抗ZW2G10。体内实验显示,ZW2G10可以通过腹腔注射或鼻内给药的方式,为仓鼠提供针对BA.1的保护。结构解析发现ZW2G10能够同时与RBD及S蛋白三聚体中相邻单体的NTD相互作用。与ZWD12不同,ZW2G10通过抑制病毒与受体结合及抑制膜融合两种机制发挥抗病毒功效。然而,随着Omicron的不断变异,BA.2和BA.4/5衍生出了BF.7、XBB.1.5等含R346T突变的子代亚分支,对于这些具有强烈免疫逃逸能力的子代亚变种,我们进一步筛选得到了两株与ZW2G10不竞争的中和单抗H4B6和H4D12。
考虑到单抗在应对病毒免疫逃逸方面具有局限性,我们采取构建双特异性抗体(bispecific antibody,bsAb)的策略以提升抗体的广谱性和有效性。比较DVD、Cross Mab及Ig G-(sc Fv)2三种构型的双特异性抗体发现,以受病毒突变影响较小的亲本单抗作为Ig G骨架构建的Ig G-(sc Fv)2型双特异性抗体表现出最强的中和效力。基于此,我们进一步构建了两株强效双特异性抗体,分别为以H4B6和H4D12(二者具有重叠表位)为亲本单抗构建的bsAb1,以及以H4D12和ZW2G10(二者具有非重叠表位)为亲本单抗构建的bsAb2。两株双特异性抗体在抗原结合和病毒中和方面都明显优于亲本单抗或“鸡尾酒”组合,能够强效抵御Delta株以及包括目前主流毒株JN.1在内的所有Omicron亚变种的感染。此外,我们发现由表位重叠的亲本单抗设计构建的双特异性抗体bsAb1,能够以一种独特的机制发挥抗病毒活性,即将S蛋白三聚体锁定在单一状态,使其无法发生构象变化,进而有效阻止病毒与ACE2的结合。
综上所述,本研究紧密贴合疫情防控的