新冠病毒(SARS-CoV-2)在流行过程中不断发生变异。世界卫生组织(WHO)前后定义了5种受关注的变异株(VOCs)，分别为Alpha(B.1.1.7)，Beta(B.1.351)，Gamma(P.1)，Delta(B.1.617.2)和Omicron(B.1.1.529)。面对这些突变株，众多研发抗体药物均呈现出中和活性下降，甚至完全失去了中和活性。尤其是Omicron突变株及目前主要流行的Omicron亚变体，其刺突(Spike)蛋白上存在大量的突变位点，对疫苗接种、既往感染后建立的免疫屏障及中和抗体药物带来极大挑战。大量的实验数据已经表明，体液免疫在新冠病毒的防治过程中发挥了重要作用，接种疫苗或新冠病毒感染后，病毒抗原蛋白持续刺激生发中心的B细胞，诱导抗体基因发生体细胞高频突变(SHM)，从而促进B细胞编码的抗体分子产生更强的亲和力，最终生成具有多种基因型的高效中和抗体。

  近日，上海市重大传染病和生物安全研究院双聘PI、复旦大学基础医学院王乔及复旦大学生物医学研究院王宾团队、孙蕾团队联合复旦大学生物医学研究院陈振国团队，与艾棣维欣生物制药组成的科研团队，共同在Cell Reports杂志在线发表了题为“Fortuitous Somatic Mutations during Antibody Evolution Endow Broad Neutralization against SARS-CoV-2 Omicron Variants”的研究论文。该研究发现XG005单克隆抗体(而不是其家族成员)具有高效广谱的中和活性和强效的小鼠体内治疗效果，并通过结构分析确定了其关键残基位点，阐明了体细胞高频突变对个体产生针对新冠病毒具有高效广谱中和活性抗体的重要性。

  科研团队从一位感染野生型新冠病毒后康复的志愿者体内分离出的45株针对新冠病毒S蛋白的单克隆抗体中，筛选出了对各新冠突变株均高度有效的广谱中和抗体XG005。XG005抗体与礼来制药的Bebtelovimab(Ly-CoV1404)抗体药物具有相同的抗体编码基因以及相似的抗体序列。同时，研究团队进一步从同一位志愿者中，克隆了三株XG005同家族抗体，它们具有与XG005相同的抗体编码基因以及高度相似的CDR3序列。然而，研究团队发现：虽然XG005与Ly-CoV1404具有较为相似的中和活性及广谱性，但是三株XG005同家族单克隆抗体的中和活性和广谱性都明显下降。这些数据表明，抗体进化过程中的体细胞高频突变(SHM)对其广谱、高效中和活性尤为重要。

  图1、XG005单克隆抗体(而不是其家族成员)具有高效广谱的中和活性。

  冷冻电镜结构解析显示，XG005和野生型RBD的结合表位与Omicron突变株RBD的结合表位具有非常相似的结合特点。XG005与Omicron突变株RBD的结合表位上，存在三个比较重要的突变位点，分别为N440K、G446S和N501Y。虽然N501Y突变使原本野生型N501与XG005的CDRL1之间的两个氢键丢失，但是G446S突变使Omicron刺突蛋白S的S446位点与XG005 CDRL3的T96位点之间又添加了两个氢键。N440K突变也有类似的情况，此突变使野生型RBD的N440/L441位点与XG005 CDRL1/CDRL2的Y34/G33位点间的氢键丢失，但是在Omicron抗原结合区域的K440位点与XG005 CDRH3的A103位点间形成了新的氢键。除此之外，Omicron抗原结合区域的N450位点与XG005 CDRH2的D58位点间还形成了一个氢键。因此，非常有趣地发现，即使Omicron在抗原结合区域存在三个突变(N440K，G446S和N501Y)，但这些突变并不影响其与XG005的结合活性。综上所述，XG005巧妙弥补了突变逃逸所造成的结合力下降，从而保持了其结合活性。

  图2、新冠病毒Omicron刺突蛋白S-XG005抗体的结构分析

  联合科研团队通过进一步工程化改造，开发了XG005-CYLK(C109S / YTE / LALA / Kdel)联合突变抗体，消除了XG005所诱导的抗体依赖性增强(ADE)效应可能带来的副作用，大幅延长了抗体的体内半衰期，提高了抗体产品的稳定性。团队最终验证了XG005-CYLK对新冠真病毒(BA.2和BA.5)的体外中和效力以及在小鼠体内的治疗效果，充分证明了XG005-CYLK的高效抗病毒活性。

  图3、XG005的工程改造及其小鼠体内治疗作用

  综上所述，联合团队关注到一个天然形成的人源抗体家族(XG005及其家族成员)，通过研究其针对新冠病毒各个突变株的中和效力，揭示了抗体亲和力成熟过程中体细胞高频突变对广谱、高效的中和活性尤为重要，为进一步促进体液免疫广谱性提供了参考范例。