牛津大學:源自大羊駝的兩種小而穩定納米抗體可中和新冠病毒

源自大羊駝(llama)的兩種小而穩定的納米抗體(nanobodies),被證明可以中和新冠病毒SARS-CoV-2,并且以一種與其他抗體不同的新方式與刺突蛋白(S蛋白)結合。該結論來自英國羅莎琳德·富蘭克林研究所(Rosalind Franklin Institute)、牛津大學、DIAMOND光源有限公司等團隊的一項最新研究。

當地時間7月13日,該研究發表于《自然-結構和分子生物學》(nature structural&molecular biology)。論文通訊作者為牛津大學領導納米抗體項目的Raymond J. Owens教授,以及牛津大學結構生物學教授、羅莎琳德·富蘭克林研究所主任James H. Naismith 教授。

Naismith教授說,“這些納米抗體有可能以類似康復血清的方式被利用,有效地阻止患者體內病毒的發展。我們能夠將其中一種納米抗與人源抗體結合,并證明這種結合比單獨使用兩種抗體更有效。聯合使用特別有用,因為病毒必須同時改變很多才能逃脫;病毒很難做到這一點。納米抗體也有潛力成為一種強大的診斷工具?!?/span>

COVID-19目前尚沒有特效治愈方法或疫苗。然而,臨床已有案例證明,向危重病人輸含有人體抗病毒抗體的恢復期患者血清可大大改善臨床結果。這種方法即被稱為被動免疫。

被動免疫這一傳統的方法實際上已經使用了100多年。放在新冠病毒治療之下,它需要給患者使用能中和病毒的制劑,可以利用SARS-CoV-2感染康復者的血清,也可以利用純化抗體。目前已知的是,SARS-CoV-1的抗體能通過阻斷該病毒刺突蛋白與ACE2相結合來中和病毒,但許多都不和SARS-CoV-2發生交叉反應。

另外還有一個關鍵的問題是,要確定具有正確抗體的合適供體,并安全提供這種血液產品并不容易。研究團隊認為,一種可根據需要生產的實驗室產品將具有相當大的優勢,并可在該病早期使用,可能更有效。

人源抗體和大部分哺乳動物的抗體一樣,有重鏈和輕鏈兩個鏈,而大羊駝一類的駱駝科動物,還有一種只有單個重鏈的抗體變體。這種單鏈抗體的抗原特異性可變部分稱為VHH結構域,通常被稱為納米抗體。

研究指出,納米抗體體積小且穩定,制備簡單,因此常被用來替代診斷和成像用的傳統抗體。目前正在開發能作為SARS-CoV-2研究工具和潛在治療藥物的納米抗體。

利用天然的大羊駝單域抗體庫和基于PCR技術,研究團隊制備了兩個密切相關的納米抗體,即H11-D4和H11-H4,它們能結合RBD(KD分別為39 nM和12nM),并阻斷其與ACE2的相互作用。

單顆粒冷凍電鏡成像顯示,這兩個納米抗體都與S蛋白三聚體中的三個RBDs結合。每個納米抗體-RBD復合物的晶體結構揭示了兩個納米體如何識別相同的表位,該表位ACE2結合區域緊密相鄰且有少量重疊,解釋了RBD-ACE2相互作用的阻斷。

納米抗體-Fc融合顯示對SARS-CoV-2具有中和活性(對H11-H4為4-6nM,對H11-D4為18nM),與人源抗體CR302216聯用還能增強中和能力。

CR3022抗體來自于一名恢復期SARS-CoV-1患者,對SARS-CoV-1和SARS-CoV-2 RBD均有交叉反應。此前有兩項研究報道了CR3022與SARS-CoV-2 RBD結合的晶體結構,并顯示其靶表位距離ACE2結合區較遠,這與CR3022不阻礙RBD與ACE2結合的觀察結果一致。

另一項關于CR3022的研究則報道了高效的SARS-CoV-2中和活性,這似乎來自于S蛋白三聚體的不穩定性,這是中和SARS-CoV-2的新機制。研究團隊指出,在流感和人體免疫缺陷病毒中,已觀察到抗體對病毒蛋白的去穩定作用。

這項研究工作表明,納米抗體成熟技術可以用于生產一種高中和劑,實時對抗一種新出現的病毒威脅。研究團隊認為,H11-H4和H11-D4納米抗體可應用于實驗室合成的中和抗體“雞尾酒”,用于重癥COVID-19患者的被動免疫。

這項研究工作還在繼續,Owens教授提到,“我們希望能將這項突破推進到臨床前試驗階段。


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