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转载:羊驼抗体有助于消灭新冠病毒

2020-05-18 阅读(19)

冠状病毒是在自然界中广泛存在的一类病毒,可引起包括呼吸道、消化道及神经系统在内的多系统疾病。201912月底,湖北武汉发生了新型冠状病毒肺炎(Corona Virus Diseas 2019, COVID-19),而后在全国接连出现新冠肺炎感染的病例。随后疫情迅速蔓延至全球,美国在短短几个月内,确诊病例高达百万,死亡人数超过8万。新型冠状病毒对人们的正常生活造成了巨大影响,相关治疗药物的研究及疫苗的研制迫在眉睫。至今尚没有研制成功的冠状病毒疫苗,包括SARS-CoVMERS-CoV的疫苗。目前各个国家的科学家针对有关2019n-CoV的各种疫苗均在火热研究中。

 

近日,据《纽约时报》报道,比利时科学家发现羊驼的抗体可以消灭新冠病毒,有望为治疗新冠肺炎(COVID-19)带来有效的方法。研究人员在当地时间5日在美国的《Cell》杂志上发表了相关研究结果。

 

研究报告称,比利时一只名为Winter的普通羊驼参与了一系列有关非典病毒(SARS)和中东呼吸综合征冠状病毒(MERS)的研究,科学家从中发现羊驼体内产生了两种分别用来对抗MERSSARS的有效抗体,其中针对SARS的抗体偶联成为双价抗体后具有中和新冠病毒的潜力。

 

该研究的作者,比利时根特大学(Ghent University)分子病毒学家Xavier Saelens 博士指出,由于羊驼的抗体很容易得到控制并加以提取,因而这些羊驼的抗体可以与其他抗体(包括人类产生的新冠抗体)连接或融合,同时这些混合的抗体在上述操作过程中仍可保持稳定。同时研究指出,人类只产生一种类型的新冠抗体,而羊驼产生两种类型的新冠抗体,其中之一在大小和组成上与人类抗体相似,不过另一个抗体则要小得多,正是这种更小的抗体在消灭新冠病毒方面更加有效。该研究的发现为新冠病毒的研究以及疫苗的研制提供了一种新的思路。 

 

抗体是成熟的B淋巴细胞分泌的一种蛋白分子,也就是人们常说的免疫球蛋白。分子量小的抗体可以更方便地传递到病原体,但人血液中的抗体IgG比较大,要运送到特定组织发挥作用就比较困难。然而,从骆驼科动物体内的抗体中,能够获得分子量更小的单域抗体,也就是纳米抗体。这种抗体分子量小且非常稳定,适合体外表达大量获得,以及进行人源化改造。

 

1. 驼源抗体的特点

 

1993年,比利时学者Hamers-Casterman及其团队在骆驼的血液中发现其中有一部分抗体是缺失轻链的重链抗体,这种抗体只有两条重链,重链也只有恒定区CH2CH3,没有CH1,只有一个单一重链的可变区(VHH)。这种重链抗体与普通抗体相比,即使缺少相应的轻链部分,也具有很好的抗原识别以及结合能力。它是目前发现最小的能够结合目的抗原的单位,被称为单域抗体(Single-domain antibodies),也就是大名鼎鼎的纳米抗体Nanobody)。

 

 

 

 

 

 1 纳米抗体和传统抗体的对比图

 

因为纳米抗体很小,所以适合体外表达,以及进行人源化改造。普通的IgG有两条轻链和两条重链,在体外表达时就需要轻重链分别表达,再自行组装。而纳米抗体因为只有一个很小的片段,故体外表达十分方便,利用噬菌体展示技术可以获得大量的抗体。

 

2. 羊驼单域抗体在中和新冠病毒中展现潜力

 

如文章开头所提到的,来自比利时的科研团队发现,属于骆驼科的羊驼,其体内的单域抗体在中和新冠病毒中也展现了潜力。在该项研究中,科学家们发现,羊驼体内产生了两类分别用来对抗MERSSARS的有效抗体,为了增强与新冠病毒S蛋白的结合力,同时将两个针对SARS的抗体——VHH-72偶联后,得到了一种新抗体。然后,在培养的细胞中加入这种新抗体。实验结果表明,它们可以作为中和抗体,成功阻止表达新冠病毒S蛋白的假病毒感染细胞,有消灭新冠病毒的潜力。

中和在化学上指酸碱中和,使得溶液成为中性。对于病毒学来说,抗体可以中和病毒,意思是使得病毒失去感染性。病毒外面包绕了一圈抗体,这样新冠病毒的S蛋白就不能接触到细胞表面的受体ACE2,也就被所谓的中和了,这种被抗体包围的病毒后续会被免疫细胞清除掉。

该项研究原本只是为了获得针对SARSMERS冠状病毒的中和抗体VHH。所以,免疫策略是用两种病毒变构后的S蛋白作为抗原对美洲羊驼进行注射。总共免疫了6次,每次间隔一周,最后一剂次是两种病毒的S蛋白同时注射的。最终羊驼体内确实产生了分别用来对抗MERSSARS的有效抗体。

 

 

 

 

 

对免疫之后的美洲羊驼进行取血,提取抗体基因,对表达出来的VHH首先进行验证。结果发现了很多可以结合MERS-RBDVHH,其中MERS VHH-55效果最好。而筛选针对SARS-RBD的只有SARS VHH-72效果比较好。推测SARS VHH-72可以中和新冠病毒,但最终发现它虽然可以中和SARS-CoV却不能中和新冠病毒(2所示)。然而如果利用人IgGFc段将两个VHH联合起来,就能够起到对新冠病毒假病毒的中和作用。为了解决这个问题,研究人员开发出了二价的纳米抗体,成功实现了对新冠病毒假病毒的中和,IC50大约为0.2 μg/mL

 

 

 

2 SARS VHH-72SARS-CoV-1SARS-CoV-2假病毒的中和结果

 

这个研究表明,从SARSMERSS蛋白免疫的美洲羊驼中,可以分离得到结合新冠病毒S蛋白的单域抗体,但是单域抗体本身并不能中和新冠病毒的假病毒,而是将两个VHH偶联之后才可以起到中和新冠病毒假病毒的作用,这也说明其他冠状病毒抗原免疫过程中也可能会产生交叉保护的抗体。

 

3. 总结与展望

 

该项研究里获得的单域抗体是一种潜在的治疗用抗体,目前没有通过活病毒验证,只是假病毒的结果,并且尚不清楚这种偶联后的VHH是不是在动物中也有保护作用。这些内容都需要后续实验来证实,距离应用还有一定距离。但这项研究成果无疑也是评估和预防疫苗有效性的一个有用工具。

研究人员希望羊驼产生的抗体最终能用于预防性治疗,即向尚未感染新冠病毒的人注射羊驼的新冠抗体,以保护他们免受新冠病毒感染。抗体疗法是直接给予保护性抗体,因此在治疗后可以立即产生保护作用。这种抗体还可以用来减轻患者的疾病严重程度。像这样的中和抗体,尤其可以为老年人等对疫苗反应不大的人群,还有医护人员等接触病毒风险较大的人群带来帮助。