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Science揭示羊驼体内纳米抗体中和新冠病毒机制 0 394

楼主：阿里2022-02-25 11:46:28 只看楼主

至SARS-CoV-2大流行至今，尚无任何预防及治疗方法获批，而针对SARS-CoV-2的有效和普适性的疫苗上市时间仍悬而未定。因此，开发新的治疗和预防方法仍然至关重要。

9月，我们曾对发表于《Naturenature Communications》杂志的一篇文章做了报道，该文章描述，来自瑞典的科学家在一只名为“泰森（Tyson）”的羊驼（alpaca）体内成功提取出可中和新冠病毒的纳米抗体（单域抗体）Ty1。研究者发现Ty1会附着在与ACE2受体结合的刺突蛋白上，从而有效中和病毒。表明Ty1纳米抗体可阻止病毒进入细胞，因此可以预防感染。

事实上，这已经不是首次关于羊驼纳米抗体可中和新冠病毒的报道，今年5月，《Cell》杂志同样介绍了比利时根特大学及德克萨斯大学奥斯汀分校等机构科学家发现的来自大羊驼（也叫美洲驼，Llama）的新冠中和抗体。

近日，在一项发表于《Science》的新研究中，来自美国加州大学旧金山分校等研究机构的研究人员通过筛选酵母表面展示文库（含有大于2×109种合成纳米抗体序列）中与S蛋白胞外结构结构域（ectodomain）结合的纳米抗体序列，分离出中和SARS-CoV-2的纳米抗体。

在这项研究中，研究团队往大羊驼体内注射了新冠病毒S蛋白的一种突变形式SpikeS2P作为抗原。SpikeS2P缺乏S1和S2结构域之间的两个蛋白裂解位点之一，并引入两个突变和一个三聚化结构域（trimerization domain）来稳定S蛋白的融合前构象。他们用生物素或用荧光染料标记SpikeS2P，并通过磁珠结合和荧光活化细胞分选，来选择展示纳米抗体的酵母（图1A）。

图1.发现两种不同类别的抗S蛋白纳米抗体。图片来源：Science,doi:10.1126/science.abe3255

三轮筛选产生了21个独特的结合SpikeS2P的纳米抗体，而且ACE2胞外结构域（ACE2-Fc）的二聚体构造体可降低这种结合。这些纳米抗体分为两类。第I类纳米抗体结合RBD并直接与ACE2-Fc竞争（图1B）。这一类的典型例子是纳米抗体Nb6，它可与SpikeS2P和RBD单独结合时，结合常数KD分别为210nM和41nM（图1C）。第II类纳米抗体，以纳米抗体Nb3为例，它结合SpikeS2P(KD=61nM)，但不显示与RBD单独结合。在存在过量ACE2-Fc的情况下，Nb6和其他I类纳米抗体的结合完全被阻断，而Nb3和其他II类纳米抗体的结合则适度下降（图1B）。

这些结果表明，I类纳米抗体以RBD为靶点阻断ACE2结合，而II类纳米抗体以其他表位为靶点。事实上，表面等离子共振（SPR）实验表明I类和II类纳米抗体可以同时结合SpikeS2P（图1D）。与SpikeS2P相比，I类纳米体与分离的RBD的结合呈现出一致更快的结合速率常数(ka)，这表明RBD可及性（accessibility）影响了KD。接下来，这些作者测试了I类和II类纳米抗体抑制荧光标记的SpikeS2P与表达ACE2的HEK293细胞结合的效率（图1E）。

I类纳米抗体Nb6和Nb11作为两个最有效的克隆出现，IC50值分别为370和540nM。II类纳米抗体在该试验中几乎没有表现出活性。他们优先选择了两种I类纳米抗体：Nb6和Nb11，它们强劲地结合SpikeS2P，与SpikeS2P或RBD结合之间的ka差异相对较小。对于II类纳米抗体，他们优先考虑Nb3，这是基于它在纯化过程中较高的相对产量。

阻止SARS-CoV-2进入宿主细胞的策略旨在阻断ACE2-RBD的相互作用。虽然高亲和力的单克隆抗体作为潜在的治疗方法处于领先地位，但是它们通过哺乳动物细胞表达产生的成本很高，并且需要由医疗保健专业人员进行静脉注射。预防性使用需要大剂量，这是因为只有一小部分抗体能穿过气道内的上皮细胞层。相比之下，纳米抗体可以廉价地在细菌或酵母中产生，且纳米抗体固有的稳定性使得它们能够直接雾化递送到鼻腔和肺部上皮（图2）。

图2mNb6和mNb6-tri在雾化，冻干和热处理后仍保持活性。图片来源：Science,doi:10.1126/science.abe3255

事实上，靶向呼吸道合胞病毒的三聚体纳米抗体（ALX-0171）的气溶胶递送最近被证明可以有效地降低住院婴儿的可测量病毒载量。另外，骆驼类衍生纳米抗体的潜在免疫原性可以通过既定的人源化策略来降低。

纳米抗体多聚体化已被证明可以提高靶标亲和力（affinity）。针对Nb6和mNb6而言，同时参与所有三个RBD的多聚体结构的结构引导设计，可显著提高他们的效力。此外，鉴于RBDs必须处于向上构象才能与ACE2结合，因此对RBD可访问性的构象控制可作为一种附加的中和机制发挥作用。事实上，当mNb6三聚体（mNb6-tri）与S蛋白结合时，它通过直接封闭结合位点和将RBD锁定在非活性构象来阻止ACE2结合。

总的来说，研究者发现的II类中和纳米抗体展示了一种破坏S蛋白功能的潜在新机制。在预防或治疗性鸡尾酒疗法中配对使用I类和II类纳米抗体或可中和和阻止SARS-CoV-2的逃逸变体。因此，这些作者发筛选出的抗S蛋白纳米抗体的组合稳定性、有效性和多样化的表位参结合为限制COVID-19大流行造成的持续死亡提供了一种独特的潜在预防和治疗策略。

参考资料：

1.An ultrapotent synthetic nanobody neutralizes SARS-CoV-2 by stabilizing inactive Spike

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抗体

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