上海科技大学杨光/梁爱斌团队发现广谱中和抗体可识别冠状病毒中常见的独特表位和特征基序

近日，上海科技大学杨光和同济大学梁爱斌共同通讯在Nature Communications在线发表题为“A broadly neutralizing antibody recognizes a unique epitope with a signature motif common across coronaviruses”的研究论文。该研究从人源组合抗体库中分离出一种广谱中和抗体3D1（bnAb），该抗体靶向保守的HR1结构域。3D1能够特异性识别由6肽（pepDVVNQN/Q）组成的β转角折叠，该折叠在病毒感染期间的膜融合前形成。3D1能够有效中和多种活体SARS-CoV-2野生型毒株，但Omicron株除外，Omicron株由于存在有害的点突变（Q954H）而无法被中和。值得注意的是，该隐蔽表位揭示了一个特征基序，该基序遍布冠状病毒的核心区，并且也存在于包括HIV和马尔堡病毒在内的多种RNA病毒中。 3D1 可作为天然抗体或背景抗体，与多种非自身抗原结合。3D1 的交叉反应性凸显了涵盖所有抗体库的抗体库方法的有效性。

鉴于RNA病毒抗原进化迅速且致病变异体不断涌现，开发具有广谱中和能力的强效治疗性单克隆抗体（mAb）已成为对抗RNA病毒的关键优先事项。人体产生的抗体是自然免疫反应，由感染或疫苗接种触发。广谱中和抗体（bnAb）能够识别交叉反应表位（CRE），并耐受HIV或流感病毒核心表位的多样性，这一发现引发了人们对探索常见表位和脆弱性的兴趣。多项研究表明，CRE存在于针对各属冠状病毒的自然免疫反应中。

利用组合抗体库技术构建的合成免疫系统包含10^11个不同的人类抗体序列，并涵盖了来自群体的适应性和自发性体液免疫反应的全面“化石记录”。合成免疫系统的多样性至少比个体的自然B细胞库高出三个数量级。该合成系统的化学性质和巨大的多样性使其能够在几分钟到几小时内快速筛选（或进化），而抗体在天然免疫系统中适应则需要几天到几年的时间。此外，合成免疫系统继承的群体“化石记录”确保了对稀有和特异抗体（包括交叉反应抗体）的全面覆盖，并提供对免疫印迹的追溯追踪。
致病性人类冠状病毒 (HCoV)，包括 SARS-CoV-1、MERS-CoV 和 SARS-CoV-2，以及艾滋病毒 (HIV) 和马尔堡病毒，都属于编码 I 类包膜糖蛋白的病毒超家族。这些病毒对全球公共卫生构成严重威胁。I 类病毒融合机制的一个显著特征是三聚体糖蛋白呈现在病毒体表面，这与冠状病毒、逆转录病毒、丝状病毒、正粘病毒和副粘病毒的相似之处类似。这种三聚体结构对于膜融合至关重要，膜融合形成一个中间结构，暴露出三个七肽重复 1 结构域 (HR1)，这是受体结合后进展为六螺旋束 (6-HB) 所必需的。随后，七肽重复 2 结构域 (HR2) 的三个 α 螺旋反向平行地堆积到三聚体 HR1 卷曲螺旋的凹槽中。这种功能和结构上保守的中间体，通常被称为“前发夹中间体”，是肽模拟物或小分子抑制剂以及各种抗体的靶点。

冠状病毒α、β、γ和δ属刺突蛋白S2亚基内的HR1高度保守，并作为促进融合的六聚体螺旋支架。多种抗SARS-CoV-2抗体（例如S2P6、B6、28D9和CC40.8）靶向S1亚基的外部，识别刺突蛋白S2亚基中相对保守的主螺旋区域，从而抑制膜融合。然而，这些抗体的交叉免疫反应性仅限于β冠状病毒属。在寻找广谱中和抗体的其他靶向表位的过程中，我们分析了高度保守且在病毒入侵过程中暴露的病毒序列。我们假设这些保守的表位仅在需要时暴露，是病毒存活最脆弱的序列。冠状病毒α、β、γ和δ属刺突蛋白S2亚基内的七肽重复结构域1（HR1，对应于HIV中的NHR）高度保守，与HR2结构域（对应于HIV中的CHR）一起，作为促进融合的六聚体螺旋支架，从而触发膜融合。

在此，研究者基于HR1中一个保守的连续基序设计了一种肽抗原，用于筛选高亲和力单克隆抗体的天然组合库。其中一种候选抗原3D1能够有效中和除Omicron之外的SARS-CoV-2及其关注变异株（VOC），并表现出对假病毒入侵的泛冠状病毒抑制活性。结构分析表明，3D1靶向一个保守的受体结合表位（CRE），该表位具有一致的氨基酸序列和保守的二级结构。通过识别这一特征折叠，3D1表现出对不同病毒家族表位变异的显著耐受性。

图1 人类冠状病毒出现和Sarbecovirus HR1序列比对的比较分析（图源自Nature Communications）

参考消息：https://www.nature.com/articles/s41467-025-63101-1