冠状病毒RBD-TMPRSS2复合物晶体结构解析为治疗性抗体发现奠定基础

本研究解析了HCoV-HKU1病毒RBD与宿主蛋白酶TMPRSS2的复合物晶体结构（2.75 ?），揭示了两者相互作用的关键表位。基于结构指导，成功开发出两类治疗性抗体：R7抗体通过靶向RBD阻断病毒结合，T22和VHH77抗体通过占据TMPRSS2底物结合口袋抑制其酶活。特别是VHH77具有双重功能，既能阻断RBD结合又能抑制酶活，经亲和力成熟优化后展现出广谱抗冠状病毒潜力，为HKU1及其他依赖TMPRSS2的病毒感染提供了新型治疗策略。

　　

在全球健康面临冠状病毒持续威胁的背景下，人类冠状病毒HKU1（HCoV-HKU1）作为引起普通感冒和严重呼吸道疾病的重要病原体，长期以来缺乏有效的抗病毒治疗手段。更令人担忧的是，近年研究发现宿主跨膜丝氨酸蛋白酶TMPRSS2不仅是多种冠状病毒（包括SARS-CoV-2）感染的关键辅助因子，更被意外发现是HCoV-HKU1刺突蛋白的直接功能受体，这使其成为抗病毒药物开发的"双重靶点"。然而，TMPRSS2如何被HCoV-HKU1识别、两者相互作用的精确分子机制尚不明确，严重制约了靶向干预策略的开发。

针对这一科学难题，来自复旦大学和广州实验室的研究团队在《Nature Communications》发表了突破性研究成果。通过高分辨率晶体结构解析和抗体工程技术，不仅阐明了TMPRSS2作为病毒受体的结构基础，更开发出具有双重作用机制的治疗性抗体，为抗击冠状病毒感染提供了全新武器。

研究采用多项关键技术：通过生物层干涉术（BLI）测定蛋白互作亲和力；利用X射线晶体学解析RBD-TMPRSS2复合物结构（分辨率2.75 ?）；采用噬菌体展示技术从人源scFv库和合成纳米抗体库中筛选抗体；基于荧光共振能量转移（FRET）的酶活抑制分析评估抗体效果；建立GFP-split细胞融合系统和假病毒实验验证抗体抗病毒活性。

分子机制解析
研究首先通过BLI证实HCoV-HKU1 RBD与TMPRSS2具有高亲和力（K_D=8.70±0.08 nM），且酶活突变体S441A保持相同结合能力，表明两者结合不依赖TMPRSS2催化活性。2.75 ?分辨率的晶体结构显示，RBD通过"U"形受体结合基序（RBM,残基504-530）与TMPRSS2相互作用，形成770 ?²的接触面，包含中央亲水区和两侧疏水区。关键残基R517^RBD与Y414^TMPRSS2形成氢键网络，而疏水残基L521^RBD和W515^RBD分别嵌入TMPRSS2的疏水口袋。

R7抗体开发
通过噬菌体展示筛选获得17个scFv-Fc抗体，其中R7能有效阻断RBD-TMPRSS2互作（IC₅₀=29.3 nM）。1.8 ?结构显示R7的CDRH3插入RBM区域，其Y528^RBD与抗体形成π-π堆积和氢键网络，直接竞争性占据TMPRSS2结合位点。

T22抗体特性
靶向TMPRSS2的T22抗体（K_D=0.20 nM）通过CDRH3的R107模拟底物占据S1口袋，抑制酶活（IC₅₀=29.3 nM）。1.9 ?结构显示其结合位点邻近但不重叠于RBD结合区，能同时抑制SARS-CoV-2（EC₅₀=54.7 nM）和HKU1假病毒感染。

纳米抗体突破
合成的纳米抗体库筛选获得VHH77，其独特之处在于CDR3既插入TMPRSS2底物口袋（抑制酶活），又通过Q108与RBD产生空间位阻（阻断结合），形成"双功能"抑制。经亲和力成熟获得的VHH77-10（V107R/Q108D突变）结合亲和力提升10倍，通过诱导TMPRSS2的K342构象变化增强RBD阻断效果。

这项研究的意义在于：结构上首次阐明TMPRSS2作为病毒受体的识别机制；治疗策略上开发出三类抗体——靶向病毒RBD的R7、靶向宿主TMPRSS2酶活的T22、以及具有双重功能的VHH77；应用前景上，VHH77及其优化变体不仅对HCoV-HKU1有效，更可能对抗其他依赖TMPRSS2的冠状病毒（如SARS-CoV-2）和流感病毒，甚至对TMPRSS2相关的癌症转移具有潜在干预价值。研究为应对冠状病毒感染提供了从"单一靶点"到"双重阻断"的创新思路，展现了结构生物学指导抗体开发的强大潜力。