近日，中國科學(xué)院廣州生物醫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)現一株靶向病毒蛋白受體結合域（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)入細胞；抗體組庫分析顯示，由IGHV1-69編碼的類(lèi)R1-32抗體在新冠感染人群中被廣泛誘導。這是繼此前發(fā)現的新冠特異性IGHV3-53和IGHV1-58人群共享抗體譜系之后，被發(fā)現的又一類(lèi)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，顯示類(lèi)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)至今仍在全球持續蔓延，嚴重影響了人類(lèi)健康及社會(huì )經(jīng)濟。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)的突變并持續演化。不斷出現的突變株對疫苗和抗體藥物的有效性造成了巨大的挑戰。因此，闡明新突變株逃逸人群抗體的機制，對下一代疫苗及抗體藥物的設計與開(kāi)發(fā)具有重要意義。
圍繞上述問(wèn)題，本項研究運用多種技術(shù)手段，研究了從SARS-CoV-2早期感染者外周血B細胞中篩選獲得的一株靶向RBD、非血管緊張素轉化酶2（ACE2）競爭的高親和力中和抗體R1-32。小鼠實(shí)驗顯示針對新冠病毒原始株感染，R1-32具有良好的保護效果。研究團隊通過(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合物的高分辨率結構。結果顯示，R1-32雖不阻礙ACE2受體結合，但通過(guò)靶向一個(gè)半隱藏表位破壞刺突蛋白結構，使刺突蛋白無(wú)法介導膜融合從而抑制病毒入侵細胞。進(jìn)一步的結構分析顯示，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形成的疏水作用對于抗體識別抗原具有重要作用（圖1）。 研究注意到L452，F490是新冠病毒刺突蛋白的突變熱點(diǎn)，點(diǎn)突變實(shí)驗進(jìn)一步證實(shí)了L452和F490位點(diǎn)突變會(huì )顯著(zhù)影響R1-32與RBD的結合。病毒中和實(shí)驗也證明R1-32能夠被攜帶L452R的Delta突變株逃逸，最早涌現的高度突變的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，并在當下流行。
鑒于R1-32是利用IGHV1-69編碼的胚系殘基識別RBD，且關(guān)鍵識別部位為突變熱點(diǎn)，研究團隊運用了高通量抗體組庫測序技術(shù)對類(lèi)R1-32抗體在人群的分布情況進(jìn)行了分析（圖2）。結果發(fā)現，該類(lèi)抗體在健康人群中的抗體組庫中存在并可以IgM形式檢測到，但是類(lèi)R1-32抗體在新冠病毒感染后顯著(zhù)富集并主要以類(lèi)別轉換后的IgG形式存在。通過(guò)與新冠刺突蛋白特異性抗體數據庫中的序列比對，研究發(fā)現類(lèi)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，提示IGHV1-69編碼的類(lèi)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出現突變的主要免疫壓力。
該研究鑒定了由IGHV1-69編碼的一類(lèi)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獨特的表位特征與中和機制，并闡釋了其對突變株的免疫選擇壓力，對下一代新冠疫苗及抗體藥物的設計與評估具有重要意義。
本研究合作單位為生物島實(shí)驗室、廣州醫科大學(xué)、中國科學(xué)院武漢病毒研究所、廣州國家實(shí)驗室。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。廣州醫科大學(xué)的趙金存教授團隊對該研究中的動(dòng)物實(shí)驗提供了鼎力支持。
本研究得到國家自然科學(xué)基金項目、中國科學(xué)院戰略性先導科技專(zhuān)項、廣州市科學(xué)計劃重點(diǎn)項目、廣東省自然科學(xué)基金、呼吸疾病國家重點(diǎn)實(shí)驗室自主項目、粵港澳呼吸系統傳染病聯(lián)合實(shí)驗室項目、廣東省鐘南山醫學(xué)基金的支持。
圖1：R1-32與SARS-CoV-2刺突蛋白及R1-32表位結構圖
圖2：R1-32類(lèi)抗體在人群的廣泛存在并COVID-19患者中快速誘導產(chǎn)生
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