不结合RBD的抗体也能中和SARS-CoV-2 学术资讯

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撰文 | Leon责编 | 雪月
SARS-CoV-2通过S蛋白（spike）三聚体识别受体ACE2来感染细胞。在这个过程中，S蛋白会被宿主的蛋白酶（如TMPRSS2）切割为S1和S2两部分，分别介导受体结合和膜融合过程。S1由N-terminaldomain（NTD）和receptor binding domain（RBD）组成。RBD负责与ACE2结合，而NTD的功能尚不清楚。先前的研究已经指出，MERS-CoV的S蛋白的NTD可作为抗原表位被中和抗体识别【1】。近日，军事医学科学院的陈薇、李建民联合西湖大学的周强团队在Science杂志上发表了题为A neutralizing human antibody binds to the N-terminal domain of the Spike protein of SARS-CoV-2 的论文。研究者从COVID-19康复者身上找到结合NTD而不是RBD的抗体，测定了它们的中和能力，并用冷冻电镜分析了抗体与NTD间的相互作用。

实验人员从10位COVID-19康复者身上收集了血浆和外周血单核细胞（peripheral blood mononuclear cells，PBMCs），分离出单克隆抗体，并且用酶联免疫吸附（ELISA）的方法测定了这些抗体与S蛋白的结合（图1）。

图1. 单克隆抗体的结合曲线。CR3022是已报道的抗体，可结合SARS-CoV/SARS-CoV-2的RBD（ECD即胞外结构域，extracellular domain）紧接着，作者用Vero-E6细胞的真病毒检测了这些抗体的中和能力，其中三株抗体展现出中和活性，1M-1D2、4A8和0304-3H3的EC50分别是28，0.61和0.04 μg/mL。CR3022并不能中和真病毒，而另一株抗体2M-10B11结合RBD的EC50为5ng/mL，但是也不能中和真病毒。这表明单克隆抗体对RBD的亲和力与中和能力并不完全相关。用qRT-PCR检测Vero-E6细胞的病毒RNA后发现，0304-3H3和4A8对病毒的抑制能力强于1M-1D2。然后，实验者用生物膜层干涉（bio-layerinterferometry，BLI）量化了抗体与S蛋白的结合。4A8和1M-1D2结合S1的KD值为92.7 nM和108 nM，0304-3H3和9A1结合S2的KD值为4.52 nM和< 0.001nM，2M-10B11结合RBD的KD为24.3 nM。与预期一致，在这些抗体中，只有2M-10B11能够阻止S蛋白与ACE2的结合。接下来，作者分别表达纯化了抗体4A8和S蛋白的胞外结构域，两者混合后用冷冻电镜解析了复合体结构，整体分辨率3.1 Å（图2）。尽管三个S蛋白单体的构象不同，但4A8和每个NTD的结合模式是相同的。

图2. 4A8的重链和轻链分别为蓝色和品红表示。S蛋白三聚体的NTD为橙色，一个RBD处于“up”的状态，两个RBD为“down”，分别用绿色和青色表示。 NTD的两个loop区域与4A8有相互作用，分别是N3（141-156位氨基酸）和N5（246-260位氨基酸）。作者还在NTD鉴定出三个新的糖基化位点（Asn17，Asn61，Asn149）。4A8的重链主要通过三个complementarity-determiningregions（CDRs）与NTD结合，分别为CDR1（25-32位氨基酸）、CDR2（51-58位氨基酸）和CDR3（100-116位氨基酸）（图3）。此外，NTD的Asn149的糖基化位点靠近4A8-NTD界面，提示N-聚糖可能参与了蛋白间相互作用。

图3. NTD和4A8之间的相互作用这项工作中，作者发现的许多抗体并不结合RBD，但也可以起到中和作用，说明病毒感染并不仅仅依赖于S蛋白和ACE2的结合。针对SARS-CoV-2的S蛋白的单克隆抗体是治疗COVID-19的重要手段，许多靶向RBD的抗体已经被鉴定出来【2-5】。单独使用靶向RBD的抗体可能会诱导病毒的抗性突变【1】，而抗体的“鸡尾酒疗法”可能避免这个问题，联用多种针对不同抗原表位的抗体可能更有治疗的潜力。

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