导语：新冠疫苗接种激发的抗体可有效预防感染，但接种三个月后抗体水平的直线下降也是不争的事实。为了应对不断变异的病毒和不断下降的防护效力，疫苗研发需要不断迭代，跟上病毒变异速度，而民众也需要不断进行加强针疫苗接种。且不说疫苗可能带来的不良反应，仅仅是病毒的变异已经让我们疲于应对。那么有没有一种直接抗体，能中和所有新冠变体甚至是未来变体？本文将为您解答这个问题。
最近，中国、美国和以色列的联合研究团队对感染新冠病毒并恢复的患者血液中的所有免疫系统B细胞进行测序，并分离出患者产生的九种抗体。在对9种抗体测试后发现2种抗体可中和所有已知的新冠毒株。研究人员表示这两种抗体可以达到不用接种新冠疫苗也可中和新冠未来变体的效果。
2022年8月5日，清华大学医学院、加利福尼亚大学医学系和以色列特拉维夫大学医学院研究团队联合在Nature子刊Communications Biology发表题为“Conformational flexibility in neutralization of SARS-CoV-2 by naturally elicited anti-SARS-CoV-2 antibodies”的研究成果（图1）[1]。研究结果表明TAU-1109和TAU-2310抗体在实验室环境中中和了所有已知的新冠病毒毒株：两种抗体可与新冠病毒刺突蛋白的不同部分结合，其中中和Omicron毒株的有效性分别为92%和84%，中和Delta毒株的有效性分别为90%和97%；在新冠新变体出现时，这两种抗体可以提供强大的保护作用，人们可以不用再接种新冠疫苗。
图1 研究成果（图源：[1]）
在新冠治疗方面，通过克隆和表征来自武汉-Hu-1感染的恢复期患者的单克隆抗体（monoclonal antibodies，mAb），在序列、结构和机制水平上对新冠病毒抗体反应进行了研究，并用于治疗新冠肺炎患者。然而，随着新冠病毒变体的出现，这些mAb中的许多已经无效，而另一些则仍有效果。这表明感染引发的一些抗体比其他抗体对变异更敏感，应该考虑抗体特异性的广度，而不仅仅是效力。因此，需要对新冠病毒抗体中和的机制和功能基础进行更精细的研究，以预测病毒修饰对抗体活性的影响，并估计对新冠病毒再感染和突破性感染的保护程度。此外，在异源病毒的背景下研究自然引发的中和抗体的分子识别可以揭示变异趋势较低的位点。
先前的研究表明单克隆抗体TAU-1145、TAU-2189、TAU-2230和TAU-2303与血管紧张素转化酶2（Angiotensin-converting enzyme 2，ACE2）竞争，因此被定义为ACE2bs单克隆抗体，而单克隆抗体TAU-1109、TAU-1115、TAU-2220、TAU-2310不与ACE2竞争，因此被定义为非ACE2bs。TAU-2212是一种中和mAb，ELISA发现其不结合可溶性新冠病毒抗原（RBD或尖峰）并识别未知表位。本研究旨在调查先前分离的mAb的中和活性特异性广度和结构基础。
研究发现：
01 与ACE2b结合的抗体对病毒突变更敏感
为了鉴定之前分离的mAb对新冠病毒的RBD识别，研究生成了已在Alpha、Beta、Gamma、Delta和Omicron中鉴定的RBD蛋白并测试了最初表现出与野生型毒株RBD强结合的八种mAb。研究发现除了Alpha，ACE2bs mAb与所有新冠病毒的结合效率均降低。在ACE2bs mAb中，只有TAU-2303保持其对Delta毒株的原始效力。为了研究每个突变的个体贡献，研究生成了包含对应于变体Beta、Gamma和Delta的单氨基酸或双氨基酸取代的RBD。在测试的八个单突变RBD中，L452R（存在于Delta)和E484K（存在于Beta和Gamma中）替代对抗体结合有重大影响。然而，其他单一取代对mAb结合没有影响。mAb TAU-2303减少了与双突变体K417N/N501Y的结合（图2）。
图2 通过ELISA检测的与野生型RBD和新冠病毒变体的抗体结合（图源：[1]）
02 新冠病毒变体对大多数单克隆抗体都有抗性，但TAU-1109和TAU-2310一直有效
研究采用假病毒中和试验并用新冠病毒感染Vero-TMPRSS2细胞来测试九种mAb对新冠病毒的效力。根据ELISA和流式细胞术结果，抗体对Alpha与野生型毒株效力相似，而Beta和Omicron变体的抗性最强，其次是Gamma和Delta。与ELISA和流式细胞术结果一致，mAb TAU-2303是唯一能够中和Delta的ACE2bs mAb，且与野生型毒株相比具有更高的效力。非ACE2bs mAbs TAU-1109和TAU-2310保留了对所有新冠病毒的功效。与野生型相比，TAU-2310对Delta变体表现出更高的效力。这些结果表明，在存在抑制ACE2bs mAb中和作用的病毒突变的情况下，非ACE2bs mAb具有关键支持作用。此外，TAU-2310和TAU-2303 mAb的活性提高也证明了新冠病毒中的遗传变异增加某些类别mAb的中和作用（图3）。
图3 新冠病毒的抗体中和（图源：[1]）
03 中和ACE2bs mAb TAU-2303的结构基础
病毒进化主要集中在ACE2bs超位点上，这与受体阻断mAb抑制新冠病毒的整体超强效力一致。mAb TAU-2303是唯一对Delta有活性的ACE2bs mAb，mAb TAU-2212可通过识别构象表面阻断受体结合。TAU-2303对Delta保持活性，这可能是由于ACE2和TAU-2303在表位和接近RBD的角度上具有类似的结合模式。然而，与大多数阻断受体结合的mAb一样，TAU-2303对Beta的效果较差，对Omicron变体完全无效。通过对TAU-2303与新冠病毒刺突三聚体和RBD复合物结构分析确定了TAU-2303可通过阻断受体结合来中和病毒。
04 mAb TAU-2212通过构象动力学阻断ACE2结合
TAU-2212是最有效的单抗之一，虽然ELISA检测其不能结合可溶性RBD，但流式细胞仪检测其抑制了ACE2的结合，这表明受体结合是通过与TAU-2303不同的机制被阻断的。为了研究TAU-2212的中和机理，研究用木瓜蛋白酶切割单抗TAU-2212制备了Fab2212。对提纯的Fab2212进行了晶化处理，并对晶体进行了衍射谱分析（图4）。数据分析表明Fab2212不能与融合前稳定的新冠病毒刺突胞外域形成稳定的复合物，但与细胞表面的刺突三聚体相互作用。TAU-2212以五种不同的构象与尖峰复合体结合，这表明中和的灵活性也是通过稳定尖峰三聚体实现的。大量TAU-2212单抗的存在表明TAU-2212可以有效地交联和聚集病毒颗粒，从而减少肺内病毒数量。
图4 TAU-2212与新冠病毒刺突三聚体复合物的结构分析（图源：[1]）
此项研究提供了有关自然引发的抗体和新冠病毒变体之间相互作用的功能和原子级结构数据。TAU-1109和TAU-2310可有效中和所有新冠变体，TAU-2212可中和除E484K外的大多数突变。因此，将可以结合E484K的mAb如TAU-1109、TAU-2310与TAU-2212组合可有助于广谱中和新冠病毒。
图5 特拉维夫大学Natalia Freund博士（图源：特拉维夫大学官网）
此项研究的主要作者Natalia Freund博士表示：“新冠感染会导致严重疾病，但在感染后的头几天提供抗体可以阻止病毒的传播，因此，通过使用有效的抗体治疗，我们不必在每次出现新变体时向整个人群提供加强剂量疫苗。根据我们的研究结果，第一种抗体TAU-1109中和Omicron变体的有效性为92%，中和Delta变体的有效性为90%；第二种抗体TAU-2310中和Omicron变体的效力为84%，中和Delta变体的效力为97%。在技术层面上，这两种抗体的成功归因于它们与冠状病毒刺突蛋白的不同部分结合。我们已经鉴定出在中和新冠病毒方面非常强大的抗体，这可以消除对更多疫苗增强剂的需求。”
为了证实Natalia Freund博士的发现，TAU-1109和TAU-2310抗体已被送至美国加州大学圣地亚哥分校的实验室培养物中检查其对抗活病毒的有效性，并在Galilee巴伊兰大学医学院进行了进一步测试，而测试结果均证实了上述发现。新冠抗体研发的推进，让我们再次看到战胜疫情的曙光，希望这抹星星之火，能够以燎原之势清除新冠病毒带来的阴霾，归还人类丢失的健康时光，恢复世界的岁月静好。
撰文|文竞择
排版|乔维钧
参考资料：
[1]Li R, Mor M, Ma B, et al. Conformational flexibility in neutralization of SARS-CoV-2 by naturally elicited anti-SARS-CoV-2 antibodies. Commun Biol. 2022 Aug 5;5(1):789. doi: 10.1038/s42003-022-03739-5. PMID: 35931732; PMCID: PMC9355996.
