生物物理所合作揭示新冠多抗体鸡尾酒协同作用的结构基础

　　人源化单克隆抗体(mAbs)可用于预防或治疗病毒性传染病，而多种抗体组合的鸡尾酒疗法不仅提供了超高效的中和活性，而且对克服病毒快速变异所产生的突变逃逸等问题具有明显优势。随着新冠病毒大流行，已在英国、南非等地区出现并迅速传播着SARS-CoV-2变种病毒株，如英国株变种B.1.1.7和南非株变种B.1.351。这些突变病毒在其抗原蛋白Spike中含有多个突变位点，而其中一些位点是NAbs的关键表位。

　　中国科学院生物物理研究所王祥喜研究员、四川大学华西医院李为民教授、浙江省疾病预防控制中心张严峻研究员等带领的研究团队前期已筛选出三株针对新冠RBD的人源化高效NAbs：H014、HB27以及P17，均可在动物模型中表现出有效的保护，并揭示了以上抗体的中和机制（Science，2020；National Science Review，2020；Cell Research，2020a）。同时，本研究团队也筛选到了FC05，一个靶向NTD的新冠NAb （National Science Review，2021）。

　　在前期双抗体鸡尾酒研究的基础上（Cell Research，2020b），为了探索含有三种或四种NAbs组合的鸡尾酒的可能性，该团队通过竞争性表面等离子共振（SPR）技术验证了由FC05、H014和P17组成三抗体鸡尾酒的理论可行性，并且发现在RBD与H014或P17部分饱和的条件下，HB27很可能作为第四个组分构成四抗体鸡尾酒。有趣的是，研究团队发现了H014抗体对HB27抗体的协同促进机制，即在H014结合的前提下，HB27对S三聚体的亲和能力提高了100倍以上。

　　为进一步揭示三抗体及四抗体鸡尾酒协同效应的分子基础，研究团队分别对SARS-CoV-2 S三聚体与两组多抗体鸡尾酒（FC05-H014-P17；FC05-H014-P17-HB27）复合物的冷冻电镜结构进行解析。结构表明，在三抗体鸡尾酒中，共有9个Fabs与一个S三聚体结合，其中3个FC05 Fabs结合在每个NTD的侧面，而3个H014和3个P17 Fabs分别结合在每个RBD的侧面和顶部，完全阻断了与受体和细胞表面蛋白酶的任何可能的接触。在四抗体鸡尾酒的结构中，S三聚体共结合8个Fabs分子，包括3个FC05、2个H014、2个P17和1个HB27。区别于三抗体鸡尾酒，两个同时结合H014和P17的RBD采用开放构象，而另一个单独与HB27相互作用的RBD处于关闭构象。进一步结构分析发现，H014的部分占据可诱导RBD从关闭到开放构象的转变，并介导未结合的RBD及其周围微环境的构象变化，进一步促进HB27与未占据的RBD结合，这也从分子水平上解释了H014对HB27抗体的协同作用机制。

　　为了探索目前的突变病毒株对这种多抗体鸡尾酒中和的影响，该研究还对B.1.1.7和B.1.351两种变体的S三聚体与以上NAbs的结合亲和力进行了评估。

　　以上研究结果揭示了鸡尾酒抗体通过多种机制协同中和保护的分子基础，强调了基于多NAbs的鸡尾酒组合在对抗病毒突变株免疫逃逸中的突出优势。

　　该研究成果于2021年4月2日在Cell Research发表，题目为"Structure-based development of three- and four-antibody cocktails against SARS-CoV-2 via multiple mechanisms"。王祥喜研究员、李为民教授、张严峻研究员为该论文的共同通讯作者。这是王祥喜课题组继在新冠病毒免疫机制、治疗性抗体、疫苗领域连续发表论文后，在新冠治疗性抗体研发领域又一系统性工作。

　　该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、国家科技重大专项传染病基金、国家自然科学基金、北京市科技攻关项目等的资助和支持。

新冠多抗体鸡尾酒协同中和的结构基础

　　文章链接：https://www.nature.com/articles/s41422-021-00497-7

（供稿：王祥喜研究组）