近日，南方科技大学冷冻电镜中心刘铮团队联合广州医科大学/广州国家实验室赵金存团队、博安生物、中国食品药品检定研究院等多家单位合作解析新冠变异株抗原保守表位，开发高效超广谱中和抗体，相关成果以“Identification of a highly conserved neutralizing epitope within the RBD region of diverse SARS-CoV-2 variants”为题，发表在国际学术期刊Nature Communications上。

中和抗体是新冠病毒预防和病人治疗的重要手段，但由于新冠病毒的持续变异和血清学特性转变，早期研发的中和抗体往往在临床试验完成前就被新发变异株逃逸，引发保护效果降低或失效，抗体药物的研发速度往往赶不上新冠病毒的变异速度。前期国内外已上市的大部分商业化中和抗体目前已基本被淘汰，寻找超保守框架抗原表位，筛选其特异性中和抗体，或进行不同靶向抗体多聚化改造等是降低或避免免疫逃逸的重要方向。此外，保守表位的发现和改构也有助于冠状病毒广谱疫苗的开发，有助于理解冠状病毒不同表位区域免疫原性转变与不变的规律。

前期刘铮团队已成功构建并获得多种特异性或广谱中和抗体，包括研发新冠变异株双特异性抗体BA7208/7125(Cell discovery, 2023)。为进一步应对新冠持续变异的未知变异毒株，解析尚未突变的保守表位，团队开发具有于商业化潜力的高效超广谱新冠变异株中和抗体备选药物。研究过程中，利用抗体人源化小鼠和噬菌体展示平台获得多株超广谱中和抗体。其中BA7535抗体可广泛高效中和目前已发现的大部分变异毒株及亚型分支，包括早期参考毒株至最新流行株，结构分析表明其结合表位位于RBD区的保守位点，且避免了大部分毒株的变异热点，体内研究显示该表位特异性抗体单独使用或与其他抗体联合使用均可以实现高效保护。

本项目研究利用抗体人源化小鼠结合噬菌体展示技术以及中和实验，利用阻断实验和假病毒中和实验初筛，从大规模免疫库中筛选到多个广谱备选抗体（图1），分析其IC50、亲和力KD以及其他效应功能（ADCC和ADCP），确定抗体的基本特性和中和范围，其中BA7535抗体表现出优越的中和效率，与同期被逃逸的其他商业化抗体相比，效果显著，需要进一步探索其基于结构的保护作用机制（图2）。

图1 广谱抗体筛选策略

图2 高效广谱抗体BA7535与其他抗体活性比较

抗原-抗体复合物的冷冻电镜结构解析发现BA7535抗体靶向表位在新冠变异株群体中相对保守，涉及关键位点7个，包括T415、D420、Y421、A475、N487、Y489和R493；期间形成多个盐桥和氢键，识别位点位于RBD的顶部，且有部分与ACE2结合面重合，只结合处于“up”状态的RBD （图3）。结构模拟预测分析实验表明BA7535抗体针对新冠病毒的多种变异毒株不存在明显的免疫逃逸现象，BA7535抗体在RBD上的关键结合位点在病毒突变监测分析中也显示出极低的突变频率；与已收集的221个新冠状病毒中和抗体相比，BA7535的关键结合位点更为分散，且单一位点的突变对逃逸BA7535影响有限。综合分析近期流行的42个Omicron亚型分支对BA7535抗体的氢键、盐桥及接触表面积影响，发现BA7535对42个变异株仍有高效的结合和中和潜力（图4）；BA7535的广谱特性对于药物和疫苗开发有指导和借鉴意义。

图3 BA7535抗体识别的关键表位分析

图4 Omicron变异株主要突变位点及对BA7535的影响

小鼠体内保护实验表明BA7535抗体可有效预防和治疗新冠不同变异毒株在小鼠上的感染，包括BA.5、XBB.1等毒株；此外不同的给药方式包括腹腔注射（i.p）滴鼻给药（i.n）和雾化吸入给药（a.i）均可以高效保护。可明显降低K18等hACE2受体转基因小鼠的肺部和脑部病毒滴度（图5）。

图5 BA7535抗体体内保护研究

抗体逃逸实验发现BA7535和BA7208（前期开发的广谱中和抗体, 2023 Cell Discovery）在极限抗体逃逸试验中均出现微弱的逃逸现象，但BA7535和BA7208的cocktail组则没有逃逸趋势，多表位抗体的联用对于降低免疫逃逸效果仍然明显（图6）。

图6 BA7535和BA7208极限抗体逃逸实验

南方科技大学冷冻电镜中心研究助理闫安、广州医科大学附属第一医院王延群教授、山东博安生物部门高级总监宋德勇博士、中国食品药品检定研究院段茂琴博士为论文共同第一作者。南方科技大学冷冻电镜中心刘铮教授、广州医科大学/广州国家实验室赵金存教授、山东博安生物研发总裁窦昌林博士、中国食品药物检定研究院王兰研究员为文章共同通讯作者。此项研究中冷冻电镜数据收集处理、结构解析和分析工作均在南方科技大学冷冻电镜中心完成，研究工作得到了高级工程师高远瞩、马晓旻和研究助理教授齐汝西的大力协助。此研究得到了国家重点研发计划和国家自然科学基金等多个项目的支持。

原文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-024-45050-3

供稿：冷冻电镜中心

通讯员：和思淼

主图：丘妍

编辑：曾昱雯