新冠肺炎（COVID-19）在全球范围内引发一场前所未有的公共卫生危机。根据世界卫生组织统计，迄今为止，全世界已有超过5000万例COVID-19确诊病例，超过130万人死亡。2020年12月1日，国际学术期刊《细胞研究》（Cell Research）以"背靠背"的形式在线刊发了由中国科学院生物物理研究所王祥喜研究员、浙江大学第一附属医院李兰娟院士、军事医学科学院微生物流行病研究所秦成峰研究员、江苏省疾病预防控制中心朱凤才研究员、四川大学华西医院李为民教授以及三优生物医药有限公司等联合研究团队合作完成的两篇论文，题目分别为《Rational Development of a Human Antibody Cocktail that Deploys Multiple Functions to Confer Pan-SARS-CoVs Protection》和《Structure-based development of human antibody cocktails against SARS-CoV-2》。研究人员成功筛选到针对SARS-CoV-2 和 SARS-CoV具有高效中和能力的抗体鸡尾酒组合，并揭示了其组合抗体潜在的协同机制。

　　随着这种大流行病继续在人群中传播，有可能出现具有逃避单个抗体中和能力的病毒突变体。结合不同表位的两种及两种以上强效中和抗体的组合，可以确保对这些突变体的保护。本研究在团队前期筛选到的一株对冠状病毒β家族有广谱中和作用的人源化单克隆抗体H014（Lv, Z. et al., Science, 2020）的基础上，应用合理的NAb筛选策略，发现了一种高效的新冠病毒特异性的中和抗体P17，该抗体可在动物模型中发挥有效的保护作用。

　　功能数据表明，P17可阻碍SARS-CoV-2 RBD与受体ACE2之间的相互作用并能阻断病毒的膜融合过程。进一步研究发现，H014以及P17的抗体组合能有效提高对SARS-CoV-2的中和能力且能有效中和SARS假病毒，同时低浓度H014抗体的加入即可提升P17抗体抑制膜融合的能力，而单独的H014抗体不能抑制膜融合过程。此外，在已建立的基于SARS-CoV-2的小鼠模型中，P17和H014的鸡尾酒组合可将单一抗体的保护效力提高3至10倍。

　　为进一步揭示P17抗体的中和机制以及双抗体鸡尾酒协同效应的分子基础，研究人员对SASR-CoV-2 S三聚体与P17 Fabs以及H014和P17 Fabs复合物进行了冷冻电镜结构解析。S-H014-P17三元复合物结构表明，P17 Fabs结合在每个RBD的顶部，重叠并覆盖SARS-CoV-2 RBD与ACE2的接触区域，形成一个"防御层" (shield-1)；而3个H014 Fabs结合在每个RBD的侧面，填充在RBD与其相邻的NTD之间的空间，构建了一个在shield-1下面交错排列的shield-2。这两种抗体的同时结合形成了有效的防护盾，掩盖了Spike蛋白S1的大部分区域，大大降低了SARS-CoV-2 RBD与宿主细胞受体和细胞表面蛋白酶相互作用的可能性。此外，6个Fabs协同工作，可有效防止RBD转换为"关闭"构象，抑制S1中任何进一步的构象变化，阻碍病毒的膜融合过程。以上研究揭示了该抗体鸡尾酒协同中和SARS-CoV-2的分子基础，并为进一步开发新冠多抗体鸡尾酒治疗提供了理论依据。

　　研究团队还筛选了获得针对NTD的中和性抗体FC05，并将FC05与3种RBD中和性抗体H014、P17、HB27进行组合，通过低温冷冻电镜成像单颗粒三维重构技术解析了SARS-CoV-2 S三聚体与三种鸡尾酒抗体组合高分辨率三维结构，从结构生物学的角度对组合抗体的协同作用进行了合理解释。同时，基于两两抗体的结合模式，该研究也提出了双价抗体的设计，该种双价抗体可以进一步阻止新冠病毒S蛋白在结合ACE2产生的构象变化，从而更好地阻断病毒入侵。

　　研究最后总结了两种抗体联合做抗体鸡尾酒疗法的优势，并对当前结构解析的中和抗体表位进行了分析，筛选出表位非竞争的三种抗体乃至四种抗体同时联用做抗体鸡尾酒疗法的可能组合，为基于结构信息设计抗体鸡尾酒疗法，增强抗体协同作用提供了更多理论基础。

　　王祥喜研究员、李兰娟院士、秦成峰研究员、郎国竣博士为第一篇论文的共同通讯作者；王祥喜研究员、秦成峰研究员、朱凤才研究员和李为民教授为第二篇论文的共同通讯作者。本研究工作得到国家重点研发计划、中科院战略性先导科技专项、国家自然科学基金、北京市科技攻关项目、浙江省基础公益研究计划项目等的资助和支持。

P17在动物模型中的保护效力及其与H014抗体组合协同中和的结构基础

双价抗体的结合模式

　　文章链接： https://www.nature.com/articles/s41422-020-00444-y

　　                   https://www.nature.com/articles/s41422-020-00446-w

（供稿：王祥喜研究组）