SARS-CoV-2感染可引起新型冠状病毒肺炎，给人类公共卫生安全带来巨大威胁。迄今为止，全球100多个国家共报告超过5亿感染者和近6百万例死亡病例。伴随着新冠疫情在世界范围内的持续蔓延，不断有新的变异株出现。目前，Omicron变异株为主要流行毒株，其主要抗原分子刺突蛋白（Spike）上存在多达37处突变，导致已上市疫苗及治疗性中和抗体的保护效力显著降低。因此，亟需研制具有广谱治疗效果的抗体类药物和新一代广谱保护性疫苗以应对新冠病毒的持续变异和流行。我院夏宁邵教授团队结合高分辨率复合物冷冻电镜结构解析，首次发现三株人源广谱中和抗体协同增强对Omicron变异株的中和能力及其分子机制，并在仓鼠模型上证明了相关抗体鸡尾酒疗法对Beta及Omicron变异株感染的高效治疗效果。
该研究通过人源单克隆抗体筛选技术，从新冠感染恢复者外周血记忆B细胞中筛选获得多株中和抗体。根据识别表位的不同将中和抗体分为5类（Class 1-5）。其中，中和抗体XMA01（Class 1）和XMA04（Class 3）表现出对受关注变异株（VOCs）-Alpha、Beta、Gamma、Delta和Omicron的广谱中和能力，对于Omicron变异株依然保持强中和能力（半抑制浓度IC50 ~20 ng/mL），显著优于获得紧急使用授权的广谱中和抗体S309（IC50 >200 ng/mL）。另一株抗体XMA09（Class 5）不仅能有效中和SARS-CoV-2及VOCs，对SARS-CoV也有交叉中和能力。与研究团队此前报道的中和抗体6D6/7D6类似（Nat Commun. 2021,27;12(1):5652），XMA09通过直接诱导Spike三聚体解聚进而发挥中和作用。研究团队进一步通过冷冻电镜技术获得了三株抗体Fab分别同时结合野生型Spike和Omicron Spike的高分辨率结构（3.42 Å和3.82 Å）。复合物结构显示XMA01能够模拟ACE2受体形成疏水口袋与S蛋白受体结合域（RBD）上的关键氨基酸位点F486形成强相互作用，并可巧妙避开环区Loop 470-490上的多个VOCs突变位点，从而表现出广谱强中和能力。XMA04和XMA09识别RBD上另外两个保守表位且后者的表位在SARS-CoV和SARS-CoV-2之间高度保守。此外，研究团队发现了XMA04的“桥梁作用”，在结构上分别与XMA01和XMA09相互靠近而形成互作网络，进而稳固抗原-抗体间的相互作用。因此，三株抗体能够协同增强对Omicron变异株的中和能力，其中XMA01和XMA04的协同中和效果最为显著，IC50仅为8.5 ng/mL。在基于仓鼠模型的真病毒感染治疗效果评估中，XMA01/XMA04鸡尾酒疗法对Beta和Omicron变异株感染均展示出良好的降低呼吸道组织病毒滴度和显著减轻肺部炎症损伤的能力，提示XMA01/XMA04鸡尾酒有望成为治疗新冠感染的新一代广谱抗体类药物。
夏宁邵教授团队在新冠疫情暴发后快速投入到新冠中和抗体及其广谱中和表位鉴定的科研攻关中。在疫情初期，研究团队基于小鼠序贯免疫策略，筛选获得两株能够抵御新冠病毒变异株的广谱中和抗体，并鉴定了其识别的冠状病毒Sarbe亚属隐匿性广谱中和表位（Nat Commun. 2021,12(1):5652）。随后，研究团队和深圳三院合作，证实疫苗能够诱导出有效对抗Omicron变异株的广谱中和抗体，并且靶向了一类受体结合基序（RBM）附近的公共的保守表位（Cell Res. 2022,32(5):491-494）。在前期研究的基础上，研究团队开始探索如何进一步发挥中和抗体的保护或治疗作用。相较于单一抗体，抗体组合的鸡尾酒疗法具有更强的中和效力及突变耐受能力。在该研究中，研究团队首次发现RBD上存在的三个广谱中和表位能够同时被三株中和抗体（XMA01、XMA04及XMA09）所识别，并且在动物模型上验证了相关抗体鸡尾酒疗法的高效治疗效果。该抗体组合的发现与鉴定对应对未来潜在的新变异株以及其他冠状病毒大流行方面具有重要的储备价值，同时有助于指导新一代通用新冠疫苗的研发。
近日，该研究成果以题为“Three SARS-CoV-2 antibodies provide broad and synergistic neutralization against variants of concern, including Omicron”的研究论文在线发表于《细胞》子刊Cell Reports。我院博士后王思令、博士生孙辉、博士后张雅丽、博士后袁伦志、博士生汪毅祯和张天英助理教授为该论文共同第一作者。我院夏宁邵教授、郑子峥副教授、郑清炳高级工程师、李少伟教授、程通教授、张军教授和香港大学管轶教授为该论文共同通讯作者。该研究获得了国家自然科学基金、中国医学科学院创新单元以及厦门市科技重大专项的资助。
论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211124722006350
（图/文 国家传染病诊断试剂与疫苗工程技术研究中心）
