SARS-CoV-2单点突变对抗体中和效能的分子动力学机制研究

为应对SARS-CoV-2变异株对单克隆抗体疗法的免疫逃逸问题，研究人员通过分子动力学(MD)模拟和MM/GBSA计算，系统评估了Amubarvimab与Romlusevimab对K417N等6种RBD单点突变的中和机制。研究发现Amubarvimab对所有突变均保持稳定中和活性，而Romlusevimab对Q498Y/N501Y突变敏感性升高，为抗体改良提供了关键理论依据。

　　

新冠病毒(SARS-CoV-2)的持续变异给全球疫情防控带来严峻挑战。随着Alpha、Beta等关切变异株(VOC)的出现，刺突蛋白(Spike)上的K417N、E484K等突变不仅增强病毒传染性，更导致单克隆抗体(mAb)疗效显著下降。尤其令人担忧的是，当前临床使用的抗体药物中，约83%靶向受体结合域(RBD)，而RBD恰是突变高发区。如何预测抗体对变异株的中和效能、阐明其分子机制，成为抗体药物研发的卡脖子问题。

针对这一难题，由山东自然科学基金支持的研究团队在《International Journal of Biological Macromolecules》发表重要成果。研究采用全原子分子动力学(MD)模拟结合MM/GBSA(分子力学/广义玻恩表面积)能量计算，首次系统解析了双抗体组合Amubarvimab/Romlusevimab对野生型及6种RBD单点突变(K417N、L452R、E484K、F486L、Q498Y、N501Y)的结合特性。技术路线包含三个关键环节：从PDB数据库获取RBD-抗体复合物晶体结构(8GX9)，通过ZDock进行分子对接优化构象，最后进行150ns的MD模拟分析相互作用网络。

【Amubarvimab和Romlusevimab能有效中和野生型SARS-CoV-2】
研究发现两种抗体通过非竞争性结合靶向RBD不同表位。Romlusevimab表现出更强中和活性，其结合依赖由氢键、静电作用和范德华力构成的立体网络，以及关键盐桥(如Asp₃₁
-Arg₄₀₃
)；而Amubarvimab主要依靠Tyr₁₀₂
-Glu₄₀₆
等氢键网络。

【单点突变对抗体结合的影响】
面对6种突变，Amubarvimab均保持稳定结合(ΔG<-50kcal/mol)，而Romlusevimab对Q498Y/N501Y突变结合能上升约15%。结构分析揭示：Q498Y突变导致RBD的β-折叠构象扭曲，破坏与抗体轻链Tyr₄₉
的π-π堆叠；N501Y则使RBD的CDR-H3环区位移3.2?，导致6个氢键断裂。相比之下，K417N仅减少2个静电相互作用，E484K通过重构氢键网络维持结合。

结论部分指出，这项研究首次从原子尺度阐明Amubarvimab广谱中和性的结构基础——其结合界面包含12个保守氢键供体/受体，且不依赖易受突变影响的盐桥。对于Romlusevimab，建议通过改造CDR-H3环的Gly₁₁₁
-Ser₁₁₃
区增强对Y498/Y501的空间适应性。该成果不仅为临床抗体选择提供直接依据，更建立了预测抗体耐药突变的计算生物学范式。正如通讯作者Hongwei Gao强调的，这种"计算指导-实验验证"策略将显著加速下一代广谱抗体的研发进程。