【重大突破】中和抗体B38和H4阻断COVID-19的Spike蛋白与宿主的AEC2蛋白结合

新型冠状病毒COVID-19已经成为一种大流行，并在全世界传播，该病毒能够引起发烧、严重呼吸道疾病和肺炎等症状【1】【2】。系统发育分析表明，COVID-19与严重急性呼吸综合征冠状病毒（SARS-CoV）密切相关【3】【4】【5】，但似乎比SARS-CoV更容易在人与人之间传播。到目前为止，还没有找到特定的药物或疫苗去治疗COVID-19。

2020年6月12日，中国科学院微生物研究所病原微生物与免疫学重点实验室的高福院士联合深圳市第三人民医院病原与免疫重点实验室的刘磊院长、中国科学院天津工业生物技术研究所蛋白质工程与疫苗实验室的高峰副研究员在国际顶尖期刊Science上在线发表题为“A noncompeting pair of human neutralizing antibodies block COVID-19 virus binding to its receptor ACE2”的科研论文。该研究通过筛选获得中和抗体B38和H4，并探究其能有效的中和COVID-19病毒，进一步的通过结构生物学研究发现RBD-B38复合物表位上的大部分残基与RBD-ACE2结合界面重合，因此解释了抗体B38的封闭作用和中和能力。

以COVID-19病毒的RBD蛋白为诱饵，从COVID-19患者的外周血单核细胞中分离特异性记忆细胞，组装表达后获得单克隆抗体。进一步通过生物层干涉法筛选上清液与RBD的结合，找到了四种不同的抗体（B5、B38、H2和H4）的上清液与COVID-19病毒RBD结合，但与SARS-CoV的RBD不结合。通过测定抗体B5、B38、H2和H4的IC₅₀，四种抗体均表现出中和活性，其中B38和H4不仅中和活性最高，同时表现出协同中和能力（见图1）。

图2 肺组织病理学研究

为了进一步探究抗体中和能力的分子机制，该研究团队解析了分辨率为1.9-Å的RBD domain和B38的Fab domain的晶体结构，结构显示B38的Fab domain重链上的三个CDR（complementarity determining regions）和轻链上的两个CDR与SARS-CoV-2的RBD domain形成相互作用界面，RBD中有36个残基参与了与B38的相互作用，其中21个残基参与了重链的相互作用、15个残基参与了轻链的相互作用。通过进一步的序列分析表明，表位中36个残基中只有15个在COVID-19和SARS-CoV之间是保守的。更加值得关注的是，B38和RBD界面上大多是亲水性相互作用，因此表明水分子在COVID-19的RBD domain和B38之间的结合起着关键作用。为了探究B38阻断COVID-19的RBD与ACE2相互作用的结构基础，将RBD-B38 Fab和RBD-hAEC2两复合物结构进行叠加，结果显示B38的V_H和V_L都会在空间上阻碍AEC2的结合。更加有意思的是B38结合态和hAEC2结合态的RBDs没有明显的构象差异，进一步分析表明RBD上的21个氨基酸中有18个与B38和AEC2结合。

图3 B38和COVID-19的RBD复合物结构及B38和hACE2表位比较

该研究主要解释了B38阻碍COVID-19的RBD和受体之间的结合的分子机制。同时，COVID-19病毒RBD表位的鉴定将为疫苗的研制提供有价值的信息。此外，中和抗体靶向表位的分子特性有助于小分子或多肽药物及抑制剂的开发。中和抗体本身也是预防和治疗COVID-19病毒的候选药物。

参考文献：

1. N. Zhu et al., N. Engl. J. Med. 382, 727–733 (2020).

2. C. Wang, P. W. Horby, F. G. Hayden, G. F. Gao, Lancet 395,470–473 (2020).

3. P. Zhou et al., Nature 579, 270–273 (2020).

4. W. Tan et al., China CDC Weekly 2, 6 1–62 (2020).

5. R. Lu et al., Lancet 395, 565–574 (2020).