从α到Epsilon:SARS-CoV-2刺突蛋白Spike抗体哪个更有效？全球370多种S抗体平行研究

La Jolla免疫研究所公布了一份人类抗体与SARS-CoV-2结合的详细图谱——由全球合作绘制，对几乎所有领先的临床候选药物进行了比较。发表在《科学》杂志上。将有助于指导开发更有效的COVID-19抗体疗法，开发有效的疫苗，以应对新出现的病毒变体。

　　

   

   

图片:这张图显示了SARS-CoV-2表面的一系列刺突蛋白。每种颜色的抗体代表每个RBD社区可能的IgG-Spike结合模式。

出处: 经Hastie等人许可转载，来自《科学》(2021)

有些人认为疫情最糟糕的日子早就过去了，但新的病毒变异不断出现，疫苗标兵以色列破防，美国COVID-19病例再次升高，世界各地许多人将多年得不到COVID-19疫苗——SARS-CoV-2，想说再见不容易，还有待好好研究。

 LA JOLLA免疫研究所(LJI)的科学家们公布了一份人类抗体与SARS-CoV-2 结合的详细图谱，这张图是由全球合作绘制的，对几乎所有领先的临床候选药物进行了比较。这项发表在《科学》杂志上的新研究将指导开发更有效的COVID-19抗体疗法，有助于开发有效的疫苗以应对新出现的病毒变异。

这些发现在三个关键方面推动了COVID-19研究:

• 世界各地50多个不同组织提供的数百种抗体被分类并绘制图谱。这项研究准确地显示了每个抗体与SARS-CoV-2的Spike蛋白结合的位置。

• 研究人员描述了每种抗体的中和强度或效力，以及每种抗体对病毒变异提供保护的可能性。

• 在Spike上结合位点相似的抗体被归类为“群体”。研究人员展示了来自不同“群体”的抗体如何被组合成一种强大的抗体“鸡尾酒”来对付病毒。

“我们能够绘制S刺突蛋白的图谱，并了解哪些抗体与哪些位点结合。这张图提供了一个参考，帮助预测哪些抗体对SARS-CoV-2变异仍然有效，比如目前激增的Delta变异，”LJI教授Erica Ollmann Saphire博士说，他领导了这项被称为冠状病毒免疫治疗联盟(CoVIC)的全球合作研究。

事实上，研究人员发现了三组不同的抗体，可以抵抗SARS-CoV-2刺突蛋白的突变。这些抗体可以针对Spike蛋白上的脆弱部位，即使它发生了变异。

“我们现在有一个为COVID-19治疗选择持久抗体鸡尾酒的框架，”Sapphire说。

收集强大的抗体

CoVIC包括来自59个不同开发项目的370种抗体，涵盖范围很广：从学术实验室、小型生物技术公司到大型国际制药公司。这些抗体疗法正在由七个不同的合作实验室在标准化实验室进行平行分析评估。LJI的Saphire团队正在分析这些抗体的高分辨率结构，从而能快速生成工具来检查Spike突变对抗体效价的影响。

“建立CoVIC是为了在平等的基础上分析大量的单克隆抗体队列，”该研究的共同第一作者、LJI的讲师Kathryn Hastie博士说。“最初的目标是研究对抗SARS-CoV-2原始毒株的抗体，但很快就认识到病毒的刺突蛋白在不断进化。当你谈论用单克隆抗体治疗某人时，Spike的改变能力有严重的影响。”

该研究的共同第一作者、LJI博士后李浩阳（音译）博士补充说:“CoVIC的贡献者使用了不同的策略来发现这些抗体。”“抗体的广度使我们的研究比之前的研究更全面，之前的研究可能只关注了康复患者的一小部分抗体。”

对数量庞大的抗体库进行系统性研究是一项艰巨的任务。这项研究提供了一个框架，来理解“在全球范围内，哪些抗体对哪些变异有效(或无效)”。这些信息将是缩小抗体库以推进进一步研究的关键。

这项全球合作由项目负责人Sharon Schendel博士协调，包括对一系列临床候选药物进行盲测，以便在一个平等的竞争环境中评估所有疗法。同样在LJI, Bjoern Peters博士领导的团队正在建立CoVIC数据库，该数据库是CoVIC合作实验室收集的所有数据的公开资源库。其他希望比较和对比SARS-CoV-2 Spike抗体的研究人员可以免费获得这些数据。综合的信息将有助于确定哪些抗体将被推向临床应用。

寻找抗体“全明星”

在Spike上有一个被称为受体结合域(RBD)的关键位点，它就像一块突出的岩石，Sapphire实验室的科学家们用登山术语来描述它的结构。RBD的内立面和外立面由一个中央“山谷”连接。旁边是一座“山峰”和一座“平顶山”塔。头越过平顶山，俯视下面的“悬崖”。

通过观察抗体与RBD结合的位置，研究人员将潜力抗体划分为不同的“群体”。

“群体是一组具有相同行为的抗体，这代表它们可以/不能与其他抗体同时结合在Spike蛋白上，”Schendel说。

抗体知道如何识别特定的病毒结构，它们看到目标并抓住它阻止病毒感染细胞。但如果它们的目标发生突变，抗体识别的环境突然看起来有点不同呢?

“变异可能会在出现几周后被发现——这是一场没完没了的追赶游戏，”Sapphire说。“我们需要知道我们的抗体库中哪些抗体能够在未来的几个月和几年里持续存在。”

研究人员需要找到针对RBD“保守”位点的抗体。这些保守位点对病毒的生命周期非常重要，如果它们发生突变，病毒可能就无法发挥作用。最有效的抗体是针对这些保守位点的抗体。

为了找到持久的抗体，Hastie生成了一系列具有不同点突变的Spike蛋白。这些结构反映了在Alpha、Gamma和Delta等变异中看到的那些结构。

对于一些抗体来说，Spike中的一两个突变就足以让它们忽略目标。“我们可以看到哪一种抗体被哪一种突变所逃逸，”Hastie说。“知道这一点真的很有用，因为我们可以在现实世界担忧的变异株中看到这些突变。”

例如，科学家们知道Beta变种有一个叫做K417N的突变位点。“我们现在可以识别受该位点突变影响的抗体，但我们也可以识别仍然对Beta变体的Spike蛋白的其他位点起作用的抗体，”Hastie说。

Schendel和Hastie与盐湖城生物技术公司Carterra的Daniel Bedinger博士密切合作，该公司开发了LSA仪器和表位分类分析软件，这对该分析至关重要。Bedinger创建了网络图，使科学家们能够比较250多种抗体如何与SARS-CoV-2结合。这些网络图显示了哪些抗体会在彼此存在的情况下结合——换句话说，哪些抗体会与其他抗体“友好相处”。研究人员的目标是从不同的群体中找到最好的抗体，并将它们组合成一个全明星团队来消灭病毒。

“Carterra自愿在无偿的基础上做这项工作，”Hastie说。“我想向Daniel 和 Carterra致敬。”

同时，李领导了结构研究。该团队使用LJI的低温电子显微镜设备来对结合了RBD的抗体结构进行成像。通过他的工作，李汇集了一份抗体针对病毒的“命中地图”。这张图显示，有7个抗体群体针对Spike上的可变或保守区域。此外，与传统研究使用Fab版本的结构不同，这项工作使用完整的IgG来模拟和揭示这些抗体如何保护细胞免受感染。一些IgGs以双价结合（ bivalent-binding）的方式靶向SARS-CoV-2的S刺突蛋白，这增加了抗体的亲和力和效力，而另一些则倾向于通过交联（ cross-linking）S刺突蛋白来灭活病毒粒子。“这对科学界来说是一个新的信息，也是一个很好的例子，说明为什么我们需要更详细的抗体分析，”李说。

李不仅领导了结构生物学的工作，他还确保这些结构图是可访问的——无论是在论文中，还是在公共数据库中存储结构信息，以便其他科学家可以访问数据。Schendel说:“昊阳是获得这些结构图背后的驱动力。”“他的努力是真正的英雄。”

最后，研究人员组装了一个迷人的彩色编码抗体库。这项工作显示了哪些抗体可以在单克隆抗体治疗中联合使用。这项研究还展示：未来的疫苗需要产生哪些抗体，以最大限度地保护人们免受SARS-CoV-2变异感染。

具有全球影响的科学

其中三个群体被证明对RBD的各种突变都能识别，特别有用。“这些抗体确实是用于单克隆抗体治疗的很好的候选者，”Hastie说。“如果你在制作抗体鸡尾酒，你会希望至少有一种抗体在里面，因为它们可能会保持对大多数变体的效力。”

一些COVID-19患者已经可以获得单克隆抗体鸡尾酒。正如Schendel所解释的，目前的鸡尾酒有局限性:在出现严重症状之前使用效果最好，而且必须在临床情况下通过静脉注射。

通过这项新研究，CoVIC离开发更有效的抗体疗法更近了一步，可能防御SARS-CoV-2变异。Schendel说，更有效的抗体疗法在较低剂量时也可能有效，这使它们有望成为在医疗保健较难获得的国家的一种选择。她希望有一天，单克隆抗体疗法可以作为简单的注射。:“在美国和世界各地，有大量人口没有接种疫苗。”“如果我们能设计出更好的单克隆抗体疗法，就会有可供他们使用的疗法。”

CoVIC团队目前正在与合作伙伴开展动物保护研究。其他CoVIC研究人员正在努力了解中和抗体如何与免疫系统反应协调。

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