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为解决疟疾传播阻断干预难题，研究人员针对疟原虫配子表面蛋白 Pfs48/45 展开研究。通过冷冻电镜解析其与靶向三结构域的人源单克隆抗体复合物结构，发现结构域间构象灵活性，揭示保守表位，为下一代疟疾疫苗设计提供依据。
论文解读
疟疾是严重威胁全球公共卫生的重大传染病，2023 年全球约 59.7 万人死于疟疾，其中撒哈拉以南非洲五岁以下儿童占比极高。疟原虫通过蚊子传播的复杂生命周期使其疫苗研发面临巨大挑战，现有疫苗多靶向无性血液阶段或 pre-erythrocytic 阶段，而靶向性阶段抗原以阻断传播的策略（如传播阻断疫苗 TBVs）成为重要补充。Pfs48/45 是疟原虫配子表面关键蛋白，对疟原虫在蚊子中肠发育至关重要，是 TBVs 和单克隆抗体（mAbs）的核心靶点。然而，该蛋白结构不稳定、表位信息有限，尤其是除结构域 3（D3）外的抑制性表位认知不足，严重制约了高效免疫原的设计。
为填补这一空白，加拿大病童医院研究中心（The Hospital for Sick Children Research Institute）等机构的研究人员开展了深入研究。他们通过蛋白质工程构建稳定的全长 Pfs48/45 融合蛋白，结合冷冻电镜（cryo-EM）技术，首次解析了 Pfs48/45 与靶向三个结构域（D1、D2、D3）的人源 mAbs（如 RUPA-58、RUPA-154、TB31F 等）复合物的高分辨率结构，相关成果发表在《Nature Structural & Molecular Biology》。
主要技术方法
研究采用了多项关键技术：①冷冻电镜（cryo-EM）：用于解析 Pfs48/45 与 mAbs 复合物的三维结构，通过倾斜样品台收集多视角数据，结合局部精炼获得 3.3? 分辨率的 D1-D2 区域结构；②生物层干涉术（BLI）：测定 mAbs 与 Pfs48/45 的结合动力学参数（如 KD 值），验证表位结合特异性；③标准膜饲喂实验（SMFA）：评估 mAbs 的传播阻断活性（TRA），计算 IC80 值；④氢 - 氘交换质谱（HDX-MS）：定位 mAbs 在 Pfs48/45 上的结合表位，分析构象动态变化；⑤点突变与单核苷酸多态性（SNP）分析：研究 Pfs48/45 表位保守性及突变对 mAbs 结合的影响。
研究结果
Pfs48/45 全长结构与构象动态
通过 cryo-EM 揭示 Pfs48/45 呈延伸构象，D1 与 D2 通过刚性界面紧密连接，而 D2 与 D3 间通过 5 氨基酸柔性 linker（aa290-294）连接，存在显著构象灵活性（旋转角度达 7°）。不同构象中 D3 位置差异达 40?，提示其在天然状态下可能通过构象变化调控表位暴露。
D1 与 D2 表位的分子特征
- D1 表位：强效 mAb RUPA-58 靶向 D1 的 loop 区（aa86-115、aa130-140），通过重链互补决定区 3（HCDR3）的酪氨酸残基与 D1 形成广泛相互作用（BSA=975?2）。该表位在疟原虫野外分离株中高度保守，仅 3 个低频 SNP（如 p.N138I）影响结合动力学，但未完全消除活性。
- D2 表位：RUPA-154 结合 D2 的 β 链（aa212-217、aa271-275 等）及 loop 区（aa226-247），其轻链互补决定区（LCDR1/2）和 HCDR3 介导主要相互作用（BSA=894?2）。尽管结合亲和力高（EC50=0.14μg/ml），但其传播阻断活性中等（IC80=103.1μg/ml），可能与 D3 对表位的空间位阻或天然配体（如 Pfs230）竞争有关。
D3 表位的已知与新见解
TB31F 等靶向 D3 的 mAbs 通过结合保守表位展现强效 TRA（IC80=0.86μg/ml），结构显示 D3 表面电负性较强，可能与疟原虫细胞膜相互作用相关。研究还发现 D3 稳定突变（如 mAgE2-G397L 等）可显著提升蛋白表达量与折叠效率，为免疫原优化提供关键策略。
表位保守性与跨物种交叉反应
D1 表位在恶性疟原虫（Pf）中保守性极高，且部分 mAbs（如 RUPA-71）可交叉结合间日疟原虫（Pv）同源蛋白 Pvs48/45 的 D1D2 区域，提示其在跨物种传播阻断中的潜在价值。
结论与意义
本研究首次系统解析了 Pfs48/45 全长蛋白与多结构域靶向 mAbs 的相互作用机制，揭示了 D1-D2 刚性界面、D2-D3 柔性铰链的结构特征，以及各结构域表位的分子细节与保守性。关键发现包括：①D1 存在强效、保守的构象表位，可作为下一代 TBVs 的核心靶点；②D2 表位活性受构象动态调控，需结合结构优化提升免疫原效力；③Pfs48/45 的柔性特征提示免疫原设计需模拟天然构象动态。这些成果为开发覆盖多表位、高稳定性的疟疾传播阻断干预工具（如多价疫苗、联合 mAb 疗法）提供了直接结构依据，同时为解析疟原虫 - 蚊子互作机制奠定了基础。未来研究可进一步结合天然感染队列的多克隆抗体分析，推动基于结构的免疫原理性设计，加速疟疾消除目标的实现。
