清华大学张林琦/王新泉团队合作开发广谱高效新冠病毒纳米抗体

2022年12月27日，清华大学医学院张林琦教授/生命科学学院王新泉教授研究团队在Nature Communications杂志在线发表题为“Broadly neutralizing and protective nanobodies against SARS-CoV-2 Omicron subvariants BA.1, BA.2, and BA.4/5 and diverse sarbecoviruses”（针对新冠病毒奥密克戎变异株及多种冠状病毒具有广谱中和能力和保护能力的纳米抗体）研究论文。该研究从免疫羊驼体内分离鉴定纳米抗体，对SARS-CoV-2多种变异株、SARS-CoV-1和其他主要sarbecovirus病毒具有广谱高效中和活性。其中代表性抗体3-2A2-4识别刺突蛋白受体结合域RBD高度保守的表位，在K18-hACE2转基因小鼠中发挥保护作用，免受Omicron和Delta活病毒感染，并对目前国内外出现的BF.7，BQ.1.1和XBB等突变株仍保持高效的中和活性，为研发新一代SARS-CoV-2纳米抗体药物提供了理想的候选。

新冠疫情爆发以来，全球范围内已研发出多款针对SARS-CoV-2的中和抗体药物，通过严格的随机双盲对照临床试验，FDA已经授权多款治疗COVID-19的中和抗体药物的紧急使用。我国国家药品监督管理局也批准了由清华大学、深圳市第三人民医院和腾盛华创共同研发的Amubarvimab与Romlusevimab抗体鸡尾酒疗法，用于治疗轻型和普通型且伴有进展为重型高风险因素的成人和青少年，并在当前的临床救治过程中发挥着积极的作用。但随着COVID-19在全球范围内的大流行，新的变异株不断出现，尤其是传播性较原始株显著增强的Omicron多种突变株，对人民的健康和正常生活造成了很大影响。变异株在刺突蛋白（S）上所产生的重要突变位点导致疫苗和中和抗体活性降低或消失，对新一代疫苗和抗体药物的研发提出了更高和更迫切的要求。

纳米抗体是羊驼等动物体内存在的一种特殊形式的抗体，仅由两条重链组成，缺少轻链。相较于传统抗体，纳米抗体分子量小、生物相容性好、适合高通量表达筛选与工艺生产、识别范围更加广泛，成为新一代抗体研发的前沿，具有广泛的临床应用前景。

研究者用野生型RBD、AdC68-19S疫苗、S-2P版本的RBD蛋白多次免疫羊驼，将外周血淋巴细胞重链可变区cDNA序列构建酵母展示文库。通过多轮迭代筛选对SARS-CoV-2、SARS-CoV-1具有交叉反应活性的抗体，最终获得593个对SARS-CoV-2病毒具有结合能力的纳米抗体，其中124个对SARS-CoV-2病毒具中和活性，91个对SARS-CoV-1病毒具有交叉中和活性。研究者选取了32个交叉活性纳米抗体和6个SARS-CoV-2特异抗体进行深入分析，通过表位竞争实验发现可以分为三组，G2、G3组的抗体表现最广的中和活性范围，对包括奥密克戎突变株在内的19株沙贝病毒属病毒都能发挥作用。G3组的3- 2A2-4抗体活性最为突出，对奥密克戎BA.1的IC50可达到0.106 μg/mL。

研究者利用X射线衍射解析了这三组抗体与SARS-CoV-2、SARS-CoV-1结合的分子机制，阐明了抗体识别表位。3-2A2-4结合位点独特，位于RBD 核心区的outer face和inner face交界底部，识别的表位氨基酸大多高度保守。其CDR3上F102和F103深入到了RBD N343糖链下的一个高度保守的疏水口袋中，形成了疏水相互作用，奠定了其广谱中和活性的结构基础。研究者结合生化实验、冷冻电镜等方法进一步分析了抗体对蛋白酶K抗性核心形成（病毒-细胞融合中间结构）的影响，G2组抗体Nb70通过别构调节刺突蛋白三聚体的开放，而G3组抗体3-2A2-4通过阻断刺突蛋白“向下”到“向上”构象的转变，阻断病毒与ACE2受体结合。