靶向TMPRSS2的单克隆抗体可广谱阻断所有SARS-CoV-2变异株感染

本研究针对新冠病毒变异株逃逸现有疫苗和抗体的难题，开发了靶向宿主蛋白TMPRSS2（跨膜丝氨酸蛋白酶2）的单克隆抗体（mAbs）。通过体外实验和动物模型验证，这些抗体能有效抑制包括Omicron在内的所有变异株感染，且不干扰TMPRSS2蛋白酶活性，为COVID-19治疗提供了全新策略。该成果发表于《iScience》，为应对病毒变异提供了宿主靶向治疗新思路。

　　

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、Delta到Omicron等变异株的不断涌现，病毒表面的刺突蛋白（Spike）发生大量突变，导致现有疫苗和靶向Spike的单克隆抗体（mAbs）疗效显著下降。尤其Omicron变异株因其刺突蛋白的异常高频突变，已成为最具免疫逃逸能力的毒株。面对这一困境，科学家开始将目光转向病毒入侵过程中不可或缺的宿主因子——跨膜丝氨酸蛋白酶2（TMPRSS2）。该蛋白酶在病毒与宿主细胞膜融合过程中起关键作用，且作为人体自身蛋白不易产生突变，理论上可规避病毒变异带来的治疗失效风险。

为验证这一理论，来自日本理化研究所等机构的Michishige Harada、Takashi Saito等研究团队在《iScience》发表突破性成果。研究人员利用TMPRSS2基因敲除（KO）小鼠，成功制备出靶向人源TMPRSS2的单克隆抗体。通过冷冻电镜（cryo-EM）等技术解析发现，这些抗体通过独特机制阻断Spike-ACE2/TMPRSS2三元复合物的形成，而非抑制TMPRSS2的蛋白酶活性。

关键技术包括：1）采用TMPRSS2-KO小鼠免疫策略制备杂交瘤；2）建立基于DSP（双分裂蛋白）报告系统的细胞融合高通量筛选平台；3）运用冷冻电镜解析抗体-TMPRSS2复合物三维结构；4）构建人源化ACE2/TMPRSS2双基因敲入小鼠模型；5）使用食蟹猴进行临床前药效评估。

研究结果

TMPRSS2 mAbs的体外广谱抑制效果

通过假病毒和真病毒实验证实，代表性抗体（752、1864、2020和2228克隆）对武汉原始株及Alpha、Beta、Delta、Omicron等变异株均显示纳摩尔级抑制活性（IC₉₀ <0.5 μg/mL）。在人肺类器官模型中，这些抗体对Delta和Omicron变异株的抑制效果与原始株相当。

抗体作用机制解析

冷冻电镜结构显示，2228抗体结合TMPRSS2蛋白酶结构域（R316/F319/F321），752抗体靶向SRCR结构域（N177-Y180区域）。竞争实验证实这两类抗体识别不同表位，但均不干扰TMPRSS2的蛋白酶活性，这与传统小分子抑制剂（如萘莫司他）的作用机制截然不同。

动物模型验证

在人源化ACE2/TMPRSS2双基因敲入小鼠中，预防性给予2228抗体使肺部病毒载量降低10倍以上，显著减轻肺泡炎症。在食蟹猴治疗模型中，感染后注射752抗体（100mg/次）使口腔拭子病毒载量下降18倍，体温异常和肺部病理损伤明显改善。

这项研究开创性地证明：靶向宿主蛋白TMPRSS2的单克隆抗体可突破病毒变异限制，对当前所有关切变异株（VOCs）均保持高效抑制作用。其独特的作用机制——通过空间位阻阻断Spike蛋白与TMPRSS2的相互作用而非抑制酶活性，既保证了疗效又避免了传统蛋白酶抑制剂（如萘莫司他）的毒副作用。更重要的是，由于TMPRSS2同时也是流感病毒入侵的关键宿主因子，该研究为开发广谱抗呼吸道病毒药物提供了全新范式。研究团队已着手将2228抗体人源化改造，为后续临床试验奠定基础。