Cell背靠背 | A型流感病毒新型广谱中和性抗体——靶向血凝素蛋白HA头部结构域三聚体接触面

撰文 | 宁

责编 | 兮

流感病毒（Influenza Virus）是有囊膜的、分节段的单股负链RNA病毒，属于正粘病毒科，可引起人畜共患病。根据流感病毒核蛋白（Nucleoprotein，NP）和基质蛋白（Matrix，M）的差异，可将其分为A、B、C和D四种类型，其中A型流感病毒（Influenza A virus，IAV）宿主范围最广，危害最大。IAV具有种属特异性，通常禽流感病毒（Avian influenza virus，AIV）仅结合禽源受体，人流感病毒仅结合人源受体。由于RNA病毒的聚合酶缺乏校读机制以及宿主抗体的选择压力等因素，流感病毒的变异极快。流感病毒可通过基因重排和点突变这两种机制形成新的流感病毒，引起流感病毒跨种传播，甚至流感大流行【1】。

流感病毒表面有两个主要的糖蛋白——血凝素蛋白（Hemagglutinin，HA）和神经氨酸酶（Neuraminidase，NA）。HA负责识别并结合宿主细胞表面的受体，在流感病毒的入侵中发挥关键作用。基于其结构和抗原性的不同，HA又可分为18个亚型（H1-H18）。HA是流感病毒中和抗体的关键作用靶点，从结构上看可将其分为两个结构域：一是含有受体结合位点（Receptor binding site，RBS）的球状头部结构域，负责病毒的吸附，其抗原性变异极大；二是抗原性较为稳定的颈部结构域，负责介导病毒与细胞膜的融合【2】。HA的头部结构域是其免疫优势结构域，也是由IAV疫苗或感染诱导的抗体应答的主要靶点。然而，为了逃逸免疫识别，HA头部区的序列和抗原性易发生变异，偶尔伴有糖基化位点的引入，因此大部分HA头部结构域特异性的抗体的保护范围通常较窄，仅对一种或少数几种亚型的HA产生保护作用【3】。

根据其靶向位点的差异，可将目前发现的流感病毒广谱性中和抗体（Broadly neutralizing Abs，bnAbs）分为两类，即靶向颈部结构域的bnAbs和靶向头部区结构域的bnAbs（图1）。颈部区bnAbs通常针对多个亚型HA起作用，这类bnAbs识别高度保守的颈部区，阻止病毒的膜融合过程，如CR9114， FI6V3，CR6261等。颈部区bnAbs可与效应细胞上的FcγR相互作用，通过引发补体依赖的细胞毒性作用（Complement-dependent cellular cytotoxicity, CDC）、抗体依赖的细胞毒性作用（Ab-dependent cellular cytotoxicity, ADCC）或抗体依赖的细胞吞噬作用（Ab-dependent cellular phagocytosis, ADCP）等效应从而在体内发挥保护作用。而头部区的bnAbs大多结合在RBS上，阻止病毒的吸附和入侵。它们往往只能对一种或几种特定亚型的HA起作用，并且它们的有效结合（~nM KD）很大程度上依赖于二价免疫球蛋白IgG与HA的亲和力【3-4】。目前尚未发现对多种HA亚型均发挥保护作用的头部区bnAbs。

图1 流感病毒的广谱中和抗体【3-4】

2019年5月16日，Cell杂志背靠背发表了美国Scripps研究所的Ian A. Wilson和范德堡大学的James E. Crowe，Jr. 合作团队的研究成果A Site of Vulnerability on the Influenza Virus

Hemagglutinin Head Domain Trimer Interface。

和哈佛医学院的Stephen C. Harrison和杜克大学的Garnett Kelsoe合作团队的研究成果Antibodies to a Conserved Influenza Head Interface Epitope Protect by an IgG Subtype-Dependent Mechanism。

他们发现了一种新型广谱性人源IAV抗体，并通过生化实验、结构生物学细胞实验、以及动物实验等方法阐明了这些抗体（FluA-20, S5V2-29和H2214 Abs）在HA上的抗原表位、与不同亚型HA结合的亲和力、与HA结合的结构基础、发挥保护作用的机制以及在小鼠攻毒保护实验中的效应等。这是人们首次发现作用于HA三聚体接触面的广谱性抗体，它们几乎可以作用于所有亚型的HA，可用于流感病毒感染个体的抗病毒治疗，另外HA三聚体接触面的保守的抗原表位也可以和颈部区序列拼接在一起作为免疫原，用于筛选通用流感疫苗【3,4】。下文将对FluA-20 mAb进行详细解读。

研究人员从接种过数次季节性灭活疫苗、H5N1亚单位疫苗、H7N9亚单位疫苗和2014-2015年的季节性三价灭活流感疫苗的捐赠者的外周血样本中分离到FluA-20、FluA-45和FluA-55三株抗体，其中仅FluA-20具有广谱性保护作用。

他们在体外结合实验中发现FluA-20的全抗和Fab片段均可与多种亚型的HA结合，且具有极高的亲和力。另外，在小鼠攻毒保护实验中（包括预防性实验和治疗性实验），他们也发现FluA-20对H1N1，H3N2，H5N1和H7N9亚型流感病毒的感染均具有很强的保护效应。随后他们又用生化实验和结构生物学手段证实FluA-20结合于HA头部结构域的三聚体接触面上（图2），这些位点在不同亚型HA分子上高度保守。FluA-20特异性结合未切割的三聚体HA，而不结合切割后的HA。最后，他们发现FluA-20结合在HA三聚体界面，可快速（≤20 sec）使三聚体发生解离。这一抗体可能通过干扰子代病毒的有效组装，进而阻止病毒在细胞间的传播。另外，FluA-20也可在体外活化NK细胞，诱导ADCC活性，但这一活性对其在体内的保护作用并不是必要的。而S5V2-29尽管也是结合在HA的三聚体接触面上,但是其保护作用主要依靠抗体的IgG2c介导的ADCC、ADCP和CDC应答机制。

图2  FluA-20靶向H1头部结构域三聚体接触面的220-loop和90-loop

这两篇文章表明三聚体形式的HA处于动态中，具有类似“呼吸”（Breathing）运动的特征。这种”呼吸”现象也曾在登革热、HIV以及西尼罗河等病毒的囊膜蛋白中观测到。HA三聚体构象的小幅度波动可使位于其头部结构域接触面的表位暴露暂时性或部分暴露，这些表位同时具有免疫原性和保护性，可被细胞表面的BCR识别，诱发初级应答，因此这些表位可作为疫苗的备选成分，以筛选流感通用疫苗。

原文链接：

https://doi.org/10.1016/j.cell.2019.04.011

https://doi.org/10.1016/j.cell.2019.03.048

制版人：珂

1. Jason S. Long, Bhakti Mistry. Host and viral determinants of influenza A virus species specificity. Nature Reviews Microbiology, 2019, 17, 67-81.

2. Shi, Y. Enabling the 'host jump': structural determinants of receptor-binding specificity in influenza A viruses. Nature Reviews Microbiology，2014, 12(12): 822-831.

3. Sandhya Bangaru, Shanshan Lang. A Site of Vulnerability on the Influenza Virus Hemagglutinin Head Domain Trimer Interface. Cell, 2019, 177, 1-17.

4. Akiko Watanabe, Kevin R. McCarthy. Antibodies to a Conserved Influenza Head Interface Epitope Protect by an IgG Subtype-Dependent Mechanism. Cell, 2019, 177, 1-12.

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