关键词:
新型冠状病毒
纳米抗体
动物模型
双特异性抗体
摘要:
新型冠状病毒肺炎(Coronavirus Disease2019,COVID-19)是由新型冠状病毒(Severe Acute Respiratory Syndrome Coronavirus2,SARS-CoV-2)引起的一种严重危害人类健康的传染病。自2020年以来,SARS-CoV-2不断发生变异,从最初的Alpha(阿尔法)、Beta(贝塔)、Gamma(伽马)、Delta(德尔塔)再到目前的主流变异株Omicron(奥密克戎),疫情防控不断面临新挑战。2023年3月,经中国疾病预防控制中心官网通报显示最新发现的SARS-CoV-2 Omicron变异株亚系有CH.1.1、CH.1.1.1、EA.1,XBB.2.3。SARS-CoV-2变异株特别是具有免疫逃逸能力的变异株的出现,严重影响了 COVID-19疫苗和抗体的保护效力。因此,开发广谱SARS-CoV-2的中和抗体药物具有重要意义。本研究利用噬菌体展示技术,构建纳米抗体噬菌体文库,并从文库中筛选具有交叉中和活性与高亲和力的纳米抗体。进一步将纳米抗体单体与人IgGFc结构域融合以获得长效纳米抗体。利用SARS-CoV-2小鼠感染模型与金黄地鼠感染模型对候选纳米抗体的体内保护效果进行评价。此外,经过随机肽库鉴定出具有不同抗原表位的抗体进行双特异性抗体的构建并进行初步评价。本研究为新冠疫情防控提供了新的具有交叉中和活性的中和抗体候选株。***-CoV-2纳米抗体噬菌体文库的构建和纳米抗体的筛选本研究利用SARS-CoV-2S-trimer蛋白和SDNA疫苗作为特异性免疫原免疫羊驼,每间隔3周免疫一次,共免疫6次,同时监测免疫羊驼血清中和抗体水平。在第6次加强免疫后采血并分离PBMC,提取总RNA,反转录形成cDNA;经过两轮PCR扩增,扩增出重链抗体可变区基因即VHH序列,大小为450 bp;将VHH与噬菌粒载体pComb3XSS酶切后连接构建重组质粒,并将重组质粒电转至TG1感受态细胞;加入辅助噬菌体,经PEG/NaCl沉淀后成功制备SARS-CoV-2纳米抗体噬菌体文库,经鉴定其库容量可达8 × 1013 pfu/mL,阳性率为96%。以纯化的SARS-CoV-2受体结合域(Receptor Binding Domain,RBD)蛋白作为包被抗原,经三轮筛选后随机挑取192个单克隆菌落进行Phage-ELISA鉴定与假病毒中和抗体检测,结果表明单克隆菌落的阳性率为86.46%,其中有20个单克隆噬菌体上清的中和抑制率≥97%。测序后通过序列分析共挑选出3株具有高结合力与中和能力的候选纳米抗体。***-CoV-2纳米抗体的表达、鉴定和评价本研究利用获得的3株SARS-CoV-2候选纳米抗体单体与人IgG Fc结构域融合表达,命名为 aVHH-11-Fc、aVHH-13-Fc 和 aVHH-14-Fc。经SDS-PAGE 鉴定,结果表明纯化后的蛋白大小均在37 KD左右;间接ELISA和竞争ELISA试验结果表明三株纳米抗体均可以特异性结合RBD蛋白并竞争性抑制ACE2受体与RBD的结合。经假病毒中和抗体检测,aVHH-11-Fc,aVHH-13-Fc和aVHH-14-Fc可以不同程度的中和 SARS-CoV-2 WT-D614G,Alpha,Beta,Gamma,Delta 和 Omicron亚系BA.1,BA.2,BA.4和BA.5假病毒。进一步利用SARS-CoV-2小鼠适应性致死感染模型评价候选纳米抗体的攻毒保护作用,结果表明以滴鼻的方式分别于攻毒后 0.5 h、1h、2h 给予 aVHH-11-Fc、aVHH-13-Fc 和 aVHH-14-Fc 均可有效保护小鼠免受病毒的致命攻击,并能够显著降低上呼吸道和下呼吸道中的病毒载量,其中aVHH-13-Fc相较另外两株纳米抗体效果更好。SARS-CoV-2金黄地鼠模型体内攻毒保护评价结果表明,以滴鼻的方式分别于攻毒后0.5 h、1 h、2h给予aVHH-13-Fc可有效地保护金黄地鼠免受SARS-CoV-2 WT、Delta、Omicron BA.1和BA.2的攻击,并能有效降低肺部病毒载量,缓解肺部病理损伤。此外,分子对接模拟结构分析结果显示aVHH-13与SARS-CoV-2不同变异株的RBD的结合位点相似,从而发挥广谱中和作用。***-CoV-2双特异性抗体的构建、表达和初步评价本研究利用Ph.D.-12噬菌体展示肽库对aVHH-13-Fc与aVHH-14-Fc的抗原表位进行了鉴定,结果表明上述两种纳米抗体识别不同的抗原表位。基于此,进一步设计了 3种不同构型的双特异性抗体分别命名为13-14-Fc、13-Fc-14和13-14-His。间接ELISA检测结果表明13-14-Fc的结合活性