组合与计算双轨策略开发靶向ACE2的广谱冠状病毒通用疗法

为解决新冠病毒变异导致的抗体逃逸问题，新加坡科技研究局等团队通过计算机模拟与实验筛选相结合的策略，开发出高亲和力ACE2诱饵受体ACE2-YHA。该分子可广谱中和SARS-CoV、SARS-CoV-2及其40余种变异株（包括Delta/Omicron），在人气道模型中展现强效抑制作用，为应对未来冠状病毒跨物种传播提供通用治疗新方案。

　　

研究背景与意义
21世纪以来，SARS和COVID-19疫情的暴发揭示了冠状病毒跨物种传播的巨大威胁。尽管针对刺突蛋白的抗体和疫苗是主要防治手段，但病毒通过受体结合域(RBD)突变产生的免疫逃逸使现有疗法效果大打折扣。更棘手的是，包括SARS-CoV、SARS-CoV-2和多种蝙蝠SARS样冠状病毒在内的病原体均利用人血管紧张素转换酶2(ACE2)作为入侵受体，而野生型ACE2(sACE2)与病毒亲和力有限且易被体内清除。如何开发能同时应对多种冠状病毒且不受突变影响的通用疗法，成为全球科研人员的攻坚目标。

新加坡科技研究局免疫学研究所的王成义(Cheng-I Wang)团队联合法国里昂大学等机构，创新性地采用"计算预测+实验验证"的双轨策略，对ACE2关键结合位点进行系统性改造。研究成果发表于《iScience》，报道了能广谱中和ACE2依赖性冠状病毒的三联突变体ACE2-YHA，其抑制效果较野生型提升数十倍，尤其对Delta和Omicron等关切变异株(VOC)表现出卓越的阻断能力。

关键技术方法
研究团队首先通过SWISS-MODEL构建ACE2-SARS-CoV/SARS-CoV-2 RBD复合物模型，利用FoldX 5.0进行位点饱和突变(SSM)计算预测；采用ExpiCHO瞬时表达系统高通量生产ACE2-Fc突变体；通过生物层干涉技术(BLI)定量分析结合动力学；建立假病毒中和实验评估40余种变异株抑制效果；最后在人气道上皮(HAE)模型中进行活病毒验证。

主要研究结果

ACE2-RBD复合物结构与相互作用界面
通过解析ACE2与SARS-CoV/SARS-CoV-2 RBD的复合物结构，发现N端螺旋区存在不均衡的氢键网络。关键残基T27与冠状病毒RBD的疏水口袋(F456/Y473/Y489 in SARS-CoV-2)形成弱相互作用，这为亲和力优化提供了明确靶点。

计算指导的ACE2诱饵设计
计算机模拟筛选出6个关键残基(T27/F28/K31/H34/Y41/Q42)，其中T27Y突变预测能显著提升复合物稳定性。实验验证发现F28/Y41突变会导致蛋白表达异常，最终锁定T27、K31、H34三个可操作位点。

ACE2单点突变体的生成与分析
BLI检测显示T27Y对两种冠状病毒RBD的结合均有显著增强，K31H更利于SARS-CoV结合，而H34突变则特异性提升SARS-CoV-2亲和力。这提示需平衡不同冠状病毒的结合特性进行组合优化。

三重突变体ACE2-YHA的广谱特性
最优组合T27Y-K31H-H34A(ACE2-YHA)使SARS-CoV RBD结合KD从41.3 nM提升至0.754 nM，SARS-CoV-2 RBD结合KD从24.4 nM提升至1.65 nM。该突变体对蝙蝠冠状病毒LYRa11等5种毒株的亲和力也提高1.9-2.7倍。

假病毒中和效果验证
在CHO-ACE2细胞模型中，ACE2-YHA对SARS-CoV的IC₅₀为24 pM（野生型422 pM），对SARS-CoV-2原始株IC₅₀为128 pM（野生型454 pM）。值得注意的是，其对E406W/D614G等逃逸突变株的抑制效果提升近10倍，且完全覆盖BA.1/BA.5等Omicron亚系。

人气道上皮模型的活病毒中和
在MucilAir鼻腔上皮模型中，250 ng/mL ACE2-YHA处理使Delta(B.1.617.2)和Omicron(BA.5)的病毒载量分别降低>2.5 log₁₀和>3.5 log₁₀，72小时后部分样本病毒量低于检测限，同时维持了上皮屏障完整性（TEER值稳定）。

结论与展望
该研究通过计算机辅助设计结合高通量筛选，成功开发出具有"一石多鸟"效应的ACE2-YHA诱饵受体。其核心优势体现在：1)结构上通过Y27增加疏水接触面积，H31优化电荷互补，A34减少空间位阻；2)功能上突破传统抗体株特异性限制，实现对抗原差异显著的冠状病毒广谱覆盖；3)临床转化潜力显著，IgG1-Fc融合形式延长半衰期，R273Q/H505L突变则消除对肾素-血管紧张素系统(RAS)的潜在干扰。

这项研究为应对未来可能出现的冠状病毒跨物种传播提供了预先储备方案。研究者特别指出，该平台技术可扩展至其他ACE2依赖性病毒如人冠状病毒NL63，甚至改造为IgM样多聚体形式（类似HH-120）进一步提升中和效能。这种"以宿主受体为武器"的策略，为开发抗病毒疗法提供了新范式。