近日，中國(guó)科學(xué)院廣州生物醫(yī)藥與健康研究院等單位合作在Nature Microbiology發(fā)表題為SARS-CoV-2 Delta and Omicron variants evade population antibody response by mutations in a single spike epitope的研究論文。

　　該研究發(fā)現(xiàn)一株靶向病毒蛋白受體結(jié)合域（RBD）半隱藏表位并具有高親和力的人源中和抗體R1-32，主要通過(guò)打開(kāi)刺突蛋白并將其瓦解的方式阻止病毒進(jìn)入細(xì)胞；抗體組庫(kù)分析顯示，由IGHV1-69編碼的類R1-32抗體在新冠感染人群中被廣泛誘導(dǎo)。這是繼此前發(fā)現(xiàn)的新冠特異性IGHV3-53和IGHV1-58人群共享抗體譜系之后，被發(fā)現(xiàn)的又一類由IGHV1-69編碼的新冠特異性人群公共性抗體譜系。該研究提供了證據(jù)，顯示類R1-32抗體譜系特異性靶向L452位點(diǎn)可能是促使Delta和Omicron BA.4/BA.5在該位點(diǎn)發(fā)生突變的重要原因。

　　新冠肺炎疫情從2019年底爆發(fā)至今仍在全球持續(xù)蔓延，嚴(yán)重影響了人類健康及社會(huì)經(jīng)濟(jì)。在自然感染和疫苗接種建立的群體免疫壓力作用下，SARS-CoV-2不斷發(fā)現(xiàn)發(fā)生變異以逃避抗體的中和。尤其是目前在全球大流行的Omicron突變株的刺突蛋白攜帶超過(guò)30個(gè)位點(diǎn)的突變并持續(xù)演化。不斷出現(xiàn)的突變株對(duì)疫苗和抗體藥物的有效性造成了巨大的挑戰(zhàn)。因此，闡明新突變株逃逸人群抗體的機(jī)制，對(duì)下一代疫苗及抗體藥物的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)具有重要意義。

　　圍繞上述問(wèn)題，本項(xiàng)研究運(yùn)用多種技術(shù)手段，研究了從SARS-CoV-2早期感染者外周血B細(xì)胞中篩選獲得的一株靶向RBD、非血管緊張素轉(zhuǎn)化酶2（ACE2）競(jìng)爭(zhēng)的高親和力中和抗體R1-32。小鼠實(shí)驗(yàn)顯示針對(duì)新冠病毒原始株感染，R1-32具有良好的保護(hù)效果。研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)冷凍電鏡解析獲得了R1-32 Fab，ACE2與刺突蛋白三聚體三元復(fù)合物的高分辨率結(jié)構(gòu)。結(jié)果顯示，R1-32雖不阻礙ACE2受體結(jié)合，但通過(guò)靶向一個(gè)半隱藏表位破壞刺突蛋白結(jié)構(gòu)，使刺突蛋白無(wú)法介導(dǎo)膜融合從而抑制病毒入侵細(xì)胞。進(jìn)一步的結(jié)構(gòu)分析顯示，R1-32主要利用HCDR2和HCDR3與RBD發(fā)生相互作用，尤其是抗體IGHV1-69基因HCDR2編碼的胚系疏水殘基I52、I54、L55和I57與刺突蛋白上的疏水殘基L452、F490和L492形成的疏水作用對(duì)于抗體識(shí)別抗原具有重要作用（圖1）。 研究注意到L452，F(xiàn)490是新冠病毒刺突蛋白的突變熱點(diǎn)，點(diǎn)突變實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步證實(shí)了L452和F490位點(diǎn)突變會(huì)顯著影響R1-32與RBD的結(jié)合。病毒中和實(shí)驗(yàn)也證明R1-32能夠被攜帶L452R的Delta突變株逃逸，最早涌現(xiàn)的高度突變的Omicron BA.1雖然并不逃逸R1-32，但是帶有L452R突變的BA.4，BA.5變種迅速涌現(xiàn)，并在當(dāng)下流行。

　　鑒于R1-32是利用IGHV1-69編碼的胚系殘基識(shí)別RBD，且關(guān)鍵識(shí)別部位為突變熱點(diǎn)，研究團(tuán)隊(duì)運(yùn)用了高通量抗體組庫(kù)測(cè)序技術(shù)對(duì)類R1-32抗體在人群的分布情況進(jìn)行了分析（圖2）。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，該類抗體在健康人群中的抗體組庫(kù)中存在并可以IgM形式檢測(cè)到，但是類R1-32抗體在新冠病毒感染后顯著富集并主要以類別轉(zhuǎn)換后的IgG形式存在。通過(guò)與新冠刺突蛋白特異性抗體數(shù)據(jù)庫(kù)中的序列比對(duì)，研究發(fā)現(xiàn)類R1-32抗體在新冠病毒感染者及疫苗接種者中都被廣泛誘導(dǎo)，提示IGHV1-69編碼的類R1-32抗體是抗體群體免疫的重要組成部分，并很有可能是刺突蛋白452，490出現(xiàn)突變的主要免疫壓力。

　　該研究鑒定了由IGHV1-69編碼的一類新冠刺突蛋白特異性人群抗體的譜系，揭示了代表性抗體R1-32獨(dú)特的表位特征與中和機(jī)制，并闡釋了其對(duì)突變株的免疫選擇壓力，對(duì)下一代新冠疫苗及抗體藥物的設(shè)計(jì)與評(píng)估具有重要意義。

　　本研究合作單位為生物島實(shí)驗(yàn)室、廣州醫(yī)科大學(xué)、中國(guó)科學(xué)院武漢病毒研究所、廣州國(guó)家實(shí)驗(yàn)室。廣州健康院博士研究生何平、顏奇鴻，博士后劉邦慧，生物島實(shí)驗(yàn)室高夕杰研究助理、武漢病毒所裴榮娟副研究員為本論文共同第一作者。 熊曉犁研究員、陳凌研究員、何俊研究員及陳新文研究員為本論文共同通訊作者。廣州醫(yī)科大學(xué)的趙金存教授團(tuán)隊(duì)對(duì)該研究中的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)提供了鼎力支持。

　　本研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目、中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)、廣州市科學(xué)計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目、廣東省自然科學(xué)基金、呼吸疾病國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室自主項(xiàng)目、粵港澳呼吸系統(tǒng)傳染病聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目、廣東省鐘南山醫(yī)學(xué)基金的支持。

圖1：R1-32與SARS-CoV-2刺突蛋白及R1-32表位結(jié)構(gòu)圖

圖2：R1-32類抗體在人群的廣泛存在并COVID-19患者中快速誘導(dǎo)產(chǎn)生

論文鏈接