广谱中和抗体3D1揭示冠状病毒保守融合肽表位特征及其跨病毒家族中和机制

本研究针对冠状病毒快速抗原进化及变异株逃逸问题，通过组合抗体库技术筛选出靶向HR1结构域的广谱中和抗体3D1。该抗体通过识别融合前过渡态中保守的β-turn折叠表位（DVVNQN/Q），实现对SARS-CoV-2野生株及多种冠状病毒的有效中和（除Omicron Q954H突变株）。冷冻电镜结构解析揭示其通过结合HR1域特征性基序，阻断病毒膜融合过程。研究为开发泛冠状病毒治疗策略提供新靶点，相关成果发表于《Nature Communications》。

　　

冠状病毒的持续变异对全球公共卫生构成严峻挑战，特别是SARS-CoV-2变异株的免疫逃逸能力使现有疫苗和抗体疗法效果受限。尽管针对刺突蛋白受体结合域（RBD）的抗体已取得进展，但该区域高度突变特性限制了广谱保护效果。在此背景下，病毒融合机制中高度保守的七肽重复区1（HR1）成为理想靶点，但其仅在膜融合过程中短暂暴露的特征使得抗体开发面临巨大挑战。

上海科技大学与牛津大学联合团队通过预疫情组合抗体库筛选，发现靶向HR1结构域的广谱中和抗体3D1。该抗体独特识别融合前过渡态中由6个氨基酸（950DVVNQN955）形成的β-turn折叠结构，该表位在冠状病毒中具有"XΨXQQ(N)"特征性基序。研究显示3D1对SARS-CoV-2野生株及Alpha至Delta变异株（除Omicron Q954H突变外）具有皮摩尔级中和活性，并能交叉中和SARS-CoV-1、HCoV-229E等7种人类冠状病毒。

关键技术包括：（1）利用组合抗体库筛选技术获得高亲和力scFv抗体；（2）生物层干涉技术（BLI）测定抗体-表位结合动力学；（3）X射线晶体学解析抗体-表位复合物结构（分辨率达1.08?）；（4）假病毒中和实验评估跨物种保护效果；（5）天然PAGE分析膜融合抑制机制。

Selection of monoclonal antibodies that neutralize a broad spectrum of coronaviruses

通过序列比对发现19种SARS相关冠状病毒HR1区高度保守，将其分为7个进化簇（HR1a-g）。使用SARS-CoV-2的32肽HR1融合核心（HR1FC）筛选获得3个抗体（3A1、3D1、3E2），其中3D1源自罕见胚系IGHV7-4-1 * 02，对SARS-CoV-1/2假病毒均具中和活性。

Autoreactivity vs. polyreactivity of 3D1

HEp-2细胞实验显示3D1无显著自身反应性。表位定位发现6肽（DVVNQN）为最小功能单元，Q954突变完全消除结合活性。该表位在α、β、γ、δ冠状病毒中保守存在，但MERS-CoV等因序列差异不结合。

Crystal structure of 3D1-scFv complex with the cognate epitope HR1C of SARS-CoV-2

1.08?分辨率晶体结构显示，3D1以"斜椅状"构象结合β-turn表位，重链贡献70%结合界面。关键残基N35^HFW2和W105^H3通过氢键和π-π堆叠稳定Q954侧链，突变实验证实这些相互作用对中和活性至关重要。

Mode-of-action of 3D1 in coronavirus neutralization

细胞融合实验证明3D1剂量依赖性抑制Spike-hACE2膜融合（IC₅₀=1.7nM）。Western blot显示其通过阻断HR1-HR2形成六螺旋束（6-HB）来干扰融合过程，该作用依赖于可溶性hACE2诱导的构象变化。

Broad neutralization of 3D1 against all coronavirus genera

假病毒中和实验显示3D1对7/9人类冠状病毒有效，包括SARS相关病毒（WIV1、Rs3367）和穿山甲冠状病毒（GX/P2V/2017）。对真实病毒的中和实验证实其对Alpha-Delta变异株有效，但Omicron因Q954H逃逸。

Cross-reactivity towards other RNA viruses by 3D1

序列分析发现HIV gp41（GIVQQQ）和马尔堡病毒（LIKNQN）存在类似表位，BLI证实3D1能以纳摩尔级亲和力结合这些病毒蛋白，提示其潜在泛病毒家族应用价值。

该研究首次揭示冠状病毒融合过程中短暂暴露的β-turn表位特征，阐明3D1通过"分子钳"机制阻断膜融合的结构基础。组合抗体库技术成功捕获到这种天然免疫系统中罕见的广谱中和抗体，为应对未来人畜共患病溢出提供新策略。特别值得注意的是，3D1识别的特征基序在HIV、马尔堡病毒等RNA病毒中保守存在，这种跨病毒家族的靶向性为开发"通用型"抗病毒药物开辟了新途径。研究同时提示，针对病毒生存必需且保守的瞬态表位，可能是克服抗原漂移问题的有效策略。