上海巴斯德所成功研发针对新冠病毒的中和抗体鸡尾酒疗法

  

  1月11日,国际著名学术期刊Nature Communications在线发表了中国科学院上海巴斯德研究所黄忠课题组的合作研究论文“Development and structural basis of a two-MAb cocktail for treating SARS-CoV-2 infections”。

  

 

  新冠病毒(SARS-CoV-2)引起的新冠肺炎在全球大流行,截止2021年1月11日,新冠肺炎累计感染人数超过9026万,累计死亡人数超过193万,对全球公共卫生造成严重威胁,并对全球经济造成严重破坏。针对病毒的中和性抗体具有靶点明确、药效显著等优点,基于单克隆抗体组合的埃博拉病毒治疗药物已获批上市。因此,开发新冠病毒中和抗体作为对抗新冠肺炎的潜在疗法被寄予厚望。

  研究团队前期工作发现,SARS-CoV-2刺突(S)蛋白上的受体结合域(RBD)重组蛋白免疫小鼠能够诱导产生高效价的中和抗体(Zang et al. Cell Discovery 2020, doi: 10.1038/s41421-020-00199-1)。在本项研究中,科研人员从RBD免疫的小鼠中分离出5个中和性单抗,通过抗体竞争实验和基于突变体的表位鉴定实验,将5个单抗分成2组。两个抗体组的代表性单抗2H2和3C1识别RBD上不同的表位,可组合成非竞争性抗体对。人源化改造的2H2/3C1抗体组合在体外中和SARS-CoV-2活病毒的半数抑制浓度(IC50)为12 ng/mL。更重要的是,2H2/3C1抗体组合在新冠病毒小鼠感染模型中具有极强的抗病毒活性,即使在小鼠感染新冠病毒24小时后注射2H2/3C1组成的抗体鸡尾酒,仍然能够显著降低病毒载量,起到治疗作用。

  研究人员还解析了2H2或3C1单抗的抗原结合片段(Fab)分别与新冠病毒S三聚体结合形成复合体的系列冷冻电镜结构,分辨率达到3.8 。上述结构研究明确了2H2及3C1单抗的结合表位,首次捕捉到抗体触发的新冠病毒S三聚体的构象变化空间,及其通过逐步变构重排进而协同结合抗体的动态过程,揭示了2H2/3C1抗体鸡尾酒协同中和新冠病毒的潜在分子机制。综上,该项研究开发了一种可用于治疗新冠病毒感染的双抗体鸡尾酒疗法,并从结构和生化上阐明了2H2/3C1抗体的中和作用机制,具有重要的理论意义和临床转化价值。

 

  

 

  图例:

  A. 人鼠嵌合化单抗c3C1、c2H2及其组合对SARS-CoV-2活毒的中和。

  B-C. 嵌合化单抗组合在Ad5-ACE2转导的小鼠感染模型上的治疗效果。B图为感染小鼠肺部的病毒RNA的相对定量(RT-QPCR法)。C图为肺部的病理切片。

  D. 抗体2H2与新冠病毒S蛋白受体结合域RBD的结合界面分析。可以看出2H2与该病毒受体ACE2在RDB上的占位有明显的空间冲突。

  E.抗体3C1与新冠病毒S蛋白RBD的结合界面分析。3C1的重链与新冠受体ACE2有明显的空间冲突。

  上海巴斯德所副研究员张超,中国科学院分子细胞科学卓越创新中心博士研究生汪一帆、刘彩璇,复旦大学医学院博士后朱园飞、谷陈建,上海巴斯德所博士研究生徐诗奇为本文并列第一作者。上海巴斯德所黄忠研究员、中国科学院分子细胞科学卓越创新中心(生物化学与细胞生物学研究所)丛尧研究员、复旦大学医学院谢幼华研究员、邓强研究员为本文共同通讯作者。上海巴斯德所唐宏、Dimitri Lavillette、王海坤课题组也参与了本项研究。该研究得到了中国科学院战略性先导科技专项(先导B)、国家科技部重点研发计划、传染病国家重大专项、国家自然科学基金、上海市科技重大专项及上海市优秀学术带头人等项目的资金支持。此外,该研究还得到国家蛋白质科学研究(上海)设施的冷冻电镜系统和复旦大学医学院生物安全三级实验室的大力协助。

  全文链接:https://www.nature.com/articles/s41467-020-20465-w