1. 分子細胞科學卓越創新中心發現一種獨特的流感病毒廣譜中和抗體識別抗原的模式

        文章來源:分子細胞科學卓越創新中心  |  發布時間:2022-05-09  |  【打印】 【關閉

          

          5月2日,國際學術期刊Nature Communications在線發表了中國科學院分子細胞科學卓越創新中心(生物化學與細胞生物學研究所)孫兵研究組與叢堯研究組及中國疾病預防控制中心國家流感中心王大燕研究組的合作研究成果“Unique binding pattern for a lineage of human antibodies with broad reactivity against influenza A virus”. 該研究發現了一類新的胚系基因編碼的流感病毒廣譜中和抗體,其可以中和Group1及Group2流感病毒,利用冷凍電鏡和生化分析揭示了該類抗體通過不同的抗原識別模式結合不同亞型的HA蛋白,并闡釋了這類抗體獲得廣譜中和活性的進化路徑,提升了人們對流感抗體廣譜中和表位和分子機制的理解,并為廣譜流感疫苗和抗病毒藥物的開發提供新思路。

          流感病毒一直是人類健康的重大威脅,世界范圍內每年約有 5%-15%的人口受季節性流感病毒感染,其中有 25-50 萬人死亡。不可預測的大流行以及不斷爆發的禽流感疫情嚴重威脅人類健康及社會穩定。突變毒株、新型重組毒株和耐藥性毒株的不斷出現對現有疫苗和小分子藥物的應用造成重大威脅。因此,開發有效的廣譜抗流感病毒的疫苗和藥物是我國乃至全球的重要需求。單克隆抗體在預防和治療病毒感染方面有成功的應用。流感病毒表面血凝素蛋白(hemagglutinin,HA)是介導病毒感染宿主細胞的關鍵蛋白,也是中和抗體和疫苗作用的關鍵靶點。HA莖稈部相對于HA頭部更加保守,是廣譜流感抗體和疫苗的主要靶點,但其在不同HA亞型中也表現出一定的差異性,這在一定程度上限制了廣譜疫苗和抗體的研發。深入研究廣譜流感抗體如何克服不同HA亞型差異化的抗原決定簇,以廣泛中和不同亞型流感病毒的分子機制,將有助于開發通用流感疫苗和廣譜流感抗體藥物。

          研究人員從一名接種過季節性流感疫苗的志愿者體內分離出多株針對流感病毒HA的中和抗體,發現了一類來自相同胚系基因 (VH3-48/DH2-2/JH6 and VK1-12/JK5)的廣譜中和抗體。親和力實驗表明該類抗體可廣譜結合流感病毒Group1 H1、H6、H8、H9以及Group2 H3、H4、H7、H14等多種亞型的HA蛋白。中和實驗進一步驗證了該類抗體具有對H1,H3,H4,H7等亞型流感病毒的廣譜中和能力。其中28-12表現出較優的結合及中和活性,被用來進行進一步的體內保護活性及表位研究。在小鼠模型上的攻毒實驗表明28-12在較低的劑量下能夠有效地預防和治療H1N1和H3N2亞型流感病毒的感染,提示該抗體有潛在的臨床應用價值。有趣的是,28-12對異型抗原的識別模式比較獨特。研究人員通過冷凍電鏡、丙氨酸突變及ELISA實驗發現28-12主要結合H3 HA蛋白上helix A的連續性線性表位。而對于H1,28-12的表位涉及一級序列上相距較遠的HA1、融合肽和helix A,這導致其在H1上的表位更加依賴于HA高級構象。N49HA2 是決定28-12識別H3 HA連續性線性表位特性的關鍵位點,而該位點在H1上是T49HA2,其作用顯著弱化。28-12的另一特點是具有較長的HCDR3,賦予其較高的靈活性,使其能夠采用不同的構象來適應結構不同的HA抗原。與其他已報道抗體不同的是,28-12特別依賴于HCDR3與HA形成更多更重要的相互作用,因此28-12的HCDR3,是開發抗流感病毒小蛋白或多肽藥物的潛在蛋白質設計模板。進一步的研究發現,28-12的胚系抗體最初是由Group2 H3亞型流感病毒選擇而來,并通過體細胞超頻突變不斷進化,從而增強了對H3的中和性,并同時獲得對Group1 H1病毒的交叉中和活性,該研究提示通用流感疫苗開發過程中應深入評估不同流感病毒亞型之間的表位特征差異。

          分子細胞卓越中心孫曉玉博士后、劉彩璇博士、盧曉博士后、凌志洋副研究員和伊春艷副研究員為該論文的共同第一作者。孫兵研究員、叢堯研究員、王大燕研究員以及凌志洋副研究員為本文共同通訊作者。該項研究得到了國家自然科學基金委、科技部、中科院等經費支持。感謝國家蛋白質科學研究(上海)設施冷凍電鏡系統的支持。

          文章鏈接https://www.nature.com/articles/s41467-022-29950-w

         

          a,流感病毒特異性抗體篩選策略 b,VH3-48/VK1-12類抗體對不同HA亞型蛋白的親和力檢測 c, VH3-48/VK1-12類抗體結合變性的H3 HA 蛋白,但不結合變性的H1 HA 蛋白 d, 28-12不同形式的胚系抗體對H3及H1亞型HA蛋白結合活性e, 28-12抗體在H3 HA上的表位展示 f-g,28-12抗體與H3 HA的相互作用 h, 28-12抗體在H1 HA上的表位展示 i-j,28-12抗體與H1 HA的相互作用

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