近日，中國科學(xué)院廣州生物醫(yī)藥與健康研究院呼吸疾病全國重點實驗室、廣州醫(yī)科大學(xué)、廣州國家實驗室等單位合作在Emerging Microbes & Infections發(fā)表題為Deep immunoglobulin repertoire sequencing depicts a comprehensive atlas of spike-specific antibody lineages shared among COVID-19 convalescents的研究論文。該研究基于深度抗體組庫測序、抗體組學(xué)和結(jié)構(gòu)分析，繪制了迄今為止最為全面的新冠康復(fù)者刺突蛋白特異性共享抗體圖譜。
靶向新冠病毒（SARS-CoV-2）刺突蛋白（Spike）的中和抗體是保護性體液免疫的關(guān)鍵組成部分，全面剖析SARS-CoV-2感染誘導(dǎo)的中和抗體庫的組成對于疫苗設(shè)計和評價具有重要科學(xué)意義。此前該領(lǐng)域的研究主要基于傳統(tǒng)的血清學(xué)和細胞生物學(xué)方法，為疫苗的設(shè)計和改進提供了重要理論基礎(chǔ)。而在Spike整體水平或在亞結(jié)構(gòu)域（RBD、NTD 或 S2）水平上分析特異性抗體反應(yīng)，無法區(qū)分靶向特定表位的抗體組成。雖然此前有研究嘗試使用優(yōu)化的血清學(xué)方法利用線性肽來繪制SARS-CoV-2刺突蛋白不同表位抗體譜，然而這些方法僅適用于研究線性表位，無法表征靶向構(gòu)象表位的抗體。為了克服上述障礙，我們使用高通量免疫球蛋白測序（IR-seq）來分析抗體組庫，為SARS-CoV-2感染后的系統(tǒng)B細胞反應(yīng)應(yīng)答機理提供獨特的視角（http://gibh.cas.cn/xwdt/kydt/202202/t20220224_6372075.html）。在本研究中，團隊通過將IR-seq與結(jié)構(gòu)生物學(xué)和生物信息學(xué)相結(jié)合，建立了一種分析IR-seq抗體助學(xué)分析方法。分析了靶向SARS-CoV-2刺突蛋白上特定中和表位的抗體譜系的豐度和人群共享度的 定量關(guān)系（圖1）。基于該方法，研究人員首先利用252個已解析結(jié)構(gòu)的Spike特異性人源單克隆抗體，繪制了識別Spike的中和表位譜。研究發(fā)現(xiàn)中和抗體的識別位點與刺突蛋白受體結(jié)合域（RBD）上的突變熱點之間高度重疊，提示中和抗體對RBD的強選擇壓力。
研究團隊通過對33名新冠早期感染康復(fù)者和24名健康個體的抗體重鏈庫進行深度測序，獲得3.6億條抗體重鏈序列。通過將2677個刺突蛋白特異性抗體與測序的3.6億條序列進行抗體譜系聚類，鑒定出329個人群共享的Spike特異性抗體克隆型。進一步對這些共享抗體的表位進行表征，發(fā)現(xiàn)共享抗體不僅靶向RBD和NTD上的優(yōu)勢中和表位，還靶向S2上的非中和表位。值得注意的是，研究發(fā)現(xiàn)靶向Spike的共享抗體譜系具有胚系基因偏好性。靶向RBD上的ACE2受體結(jié)合區(qū)域的抗體譜系如IGHV3-53/3-66、IGHV1-58和IGHV1-69等表現(xiàn)出顯著的免疫應(yīng)答優(yōu)勢，在新冠感染人群中分布最廣、豐度最高。與健康個體的抗體組庫比較，發(fā)現(xiàn)中和抗體反應(yīng)的免疫優(yōu)勢是由Na？ve B細胞庫中Spike特異性前體B細胞的頻率和豐度所決定。提示評估免疫前抗體組庫的組成可以預(yù)測接種疫苗后抗體應(yīng)答水平的強弱。對新冠康復(fù)者的抗體組庫進行長達一年的追蹤，發(fā)現(xiàn)在329個Spike特異性抗體共享克隆型中，只有28個克隆型能在外周血中持續(xù)存在至少12個月，表明感染早期誘導(dǎo)的特異性抗體譜系只有10%左右能夠形成長期的免疫記憶。另一個重要發(fā)現(xiàn)是長期存在的IGHV3-53抗體譜系經(jīng)過累積體細胞超突變與奧密克戎（Omicron）變異株產(chǎn)生交叉反應(yīng)性。
綜上，團隊通過整合深度測序、生物信息和結(jié)構(gòu)分析優(yōu)化了特異性抗體組庫的分析方法，繪制了高分辨率的新冠康復(fù)者Spike特異性抗體的人群共享圖譜，該圖譜促進了對新冠Spike特異性抗體應(yīng)答機制的理解，能夠為未來的疫苗設(shè)計和評估提供重要參考。
廣州健康院陳凌研究員、熊曉犁研究員，南華大學(xué)李松教授，廣州醫(yī)科大學(xué)趙金存教授和牛學(xué)鋒副研究員為本論文共同通訊作者。廣州健康院畢業(yè)生顏奇鴻博士、張雨迪博士、侯瑞田，南華大學(xué)潘文京博士，廣州醫(yī)科大學(xué)博士研究生梁歡為本論文共同第一作者。該研究得到了國家自然科學(xué)基金、中國博士后科學(xué)基金、廣州市基礎(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)研究專題項目等的資助。
圖1 新冠刺突蛋白特異性抗體圖譜分析流程
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