全球首次！分离的新冠病毒中和抗体，还可同时抗 SARS 病毒

2020-03-16

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自新型冠状病毒 SARS-CoV- 2 引发的 COVID- 19 疫情爆发以来，截至 2020 年 3 月 14 日，全球 120 个国家和地区总共确诊病例近 15 万例，死亡人数超过 5000 例。

与 2002 年出现的 SARS-CoV 类似，SARS-CoV- 2 同属于 Sarbecovirus 亚属 (冠状病毒科，冠状病毒属)，且都是依靠人细胞表面 ACE2 蛋白作为细胞进入受体。由于之前的 SARS、MERS 疫情来得快去得也快，全球至今尚未出现任何一款上市的用于治疗冠状病毒疾病的特效药。对于此次的 COVID- 19 而言，目前也缺乏治疗该疾病的疫苗和靶向疗法。

2020 年 3 月 11 日，来自荷兰乌得勒支大学的 Berend-Jan Bosch 教授团队在预印本杂志 bioRxiv 发表了题为《A human monoclonal antibody blocking SARS-CoV- 2 infection》的研究论文。

该研究报告了一种能够同时中和 SARS-CoV- 2 和 SARS-CoV 的全人源单克隆抗体。研究人员称这种交叉中和抗体能够靶向这些病毒的共同抗原表位，为预防和治疗新型冠状病毒肺炎 COVID- 19 提供了可能。

图片来源：bioRxiv

通常，冠状病毒中和抗体主要靶向介导进入宿主细胞的病毒表面三聚体刺突糖蛋白（Spike Glycoproteins，S 蛋白）。S 蛋白具有介导细胞附着的两个功能亚基：负责受体识别的 S1 亚基（存在四个核心结构域 S1 A/B/C/D）以及促使病毒与细胞膜融合的 S2 亚基。强大的中和抗体通常会靶向 S1 中的受体相互作用位点，从而使受体相互作用失效。

之前的研究表明，SARS-CoV- 2 和 SARS-CoV 的 S 蛋白在一级氨基酸序列上的同源性为 77.5%，它们在结构上非常相似，都以人类血管紧张素酶 2（ACE2）蛋白作为细胞进入受体，并由 S 蛋白上的 S1 B 结构域识别。

图片来源：bioRxiv

为了鉴定 SARS-CoV- 2 中和抗体，研究人员采用了 H2L2 全人源小鼠平台，其编码具有人可变区重链和轻链以及大鼠来源恒定区的嵌合免疫球蛋白。用传统的杂交瘤方法分离并评估了 51 种 SARS-CoV S 蛋白（SARS-S）抗体的 ELISA 交叉反应性。（注意，该研究获得的抗体不是免疫新冠病毒 S 蛋白获得）

研究发现，51 种 SARS-S 杂交瘤上清液中有 4 种显示出与 SARS-CoV- 2 S 蛋白 (SARS2 -S1) 亚基的 ELISA 交叉反应，其中一种 47D11 还同时表现出抗 SARS-S 和 SARS2 -S 的交叉中和活性。

图片来源：bioRxiv

随后，研究人员将嵌合的 47D11 H2L2 抗体重组表达为完全人 IgG1 同种型抗体。结果发现：

人 47D11 抗体能与表达 SARS-CoV 和 SARS-CoV- 2 全长 S 蛋白的细胞结合。
人 47D11 抗体能够有效抑制携带 SARS-S 和 SARS2 -S 的假 VSV 病毒感染 VeroE6 细胞，其 IC 50 值分别为 0.06 和 0.08 μg/ml。
使用 SARS-CoV 和 SARS-CoV- 2 感染 VeroE6 细胞，中和病毒的 IC 50 值为 0.19 和 0.57 μg/ml。

图片来源：bioRxiv

采用 ELISA 法，47D11 被证明可以靶向 SARS-S 和 SARS2 -S 的 S1 B 受体结合结构域 (RBD)，并且以相似的亲和力结合两种病毒的 S1 B，基于 ELISA 的半数最大有效浓度（EC 50）值分别为 0.02 和 0.03 μg/ml。

值得注意的是，流式细胞术实验表明，47D11 与 SARS-S1 B 和 SARS2 -S1 B 的结合并不与 S1 B 与细胞表面的 ACE2 受体的结合相竞争，也不与由固相法测定的 S 蛋白胞外域和 S1 B 与可溶性 ACE2 的结合相竞争。也就是说 47D11 抗体并不能阻断 S 蛋白和 ACE2 的结合。

图片来源：bioRxiv

使用胰蛋白酶触发的细胞 - 细胞融合测定显示，47D11 会抑制 SARS-S 和 SARS2 -S 介导的合胞体形成。然而，实验数据显示 47D11 通过一种不同于受体结合干扰的未知机制来中和 SARS-CoV 和 SARS-CoV- 2。

对此，研究人员也猜测或许这与之前报道的通过靶向 RBD 来中和冠状病毒的机制类似。如，抗体诱导的预融合结构不稳定性而导致 S 蛋白失活。

图片来源：bioRxiv

已有的研究表明，SARS2 -S1B 的 RBD 是由核心结构域（core domain）和受体结合亚结构域（receptor binding subdomain）组成，所述受体结合亚结构域从反平行 β 折叠核心结构域环出，直接与受体直接结合。与 S1B 核心结构域相比，与 SARS-S 和 SARS2 -S 相互作用的 S1B 受体的亚结构域的蛋白质序列同一性显着更低，分别为 46.7% 和 86.3%。

通常，中和抗体都是靶向冠状病毒的受体结合亚结构域。然而，由于该亚域的变异，导致这些抗体往往是病毒特异性的，其结合并中和其他相关病毒的能力很差。

但 47D11 的交叉反应性质表明，该抗体更有可能靶向 S1 B 受体结合结构域的核心保守部分。47D11 与 S1 B 的结合距离受体结合界面更远，这说明它无法破坏 S 蛋白 - ACE2 之间的相互作用。而作为更保守的区域，S1B 亚结构域参与病毒进入宿主细胞的过程，尽管 47D11 不能阻断病毒与 ACE2 的结合，但是却能够阻断病毒 S 蛋白与细胞的融合，从而起到中和病毒的作用。

图片来源：bioRxiv

综上所述，这项研究是中和 SARS-CoV- 2 的人源单克隆抗体的首次报道。抗体 47D11 结合了 S 蛋白受体结合域上的某个保守表位，从而解释了其使用区分于受体结合抑制的机制来交叉中和 SARS-CoV 和 SARS-CoV- 2 的能力。该抗体的成功分离和鉴定可用于开发针对 SARS-CoV- 2 的抗原检测以及血清学检测。

另外，由于中和抗体可以改变受感染宿主细胞的感染进程，从而帮助清除病毒或保护暴露于病毒的未感染宿主细胞。因此，该抗体也具有预防和治疗由 Sarbecovirus 亚属病毒引起的 COVID- 19 疾病，并且还可能促进相关通用疫苗的研发，从而具备预防和治疗人类未来出现类似其他冠状病毒疾病的潜力。

参考资料：

https://doi.org/ 10.1101 / 2020.03.11.987958 doi: bioRxiv preprint