《Cell Reports:新冠病毒奥密克戎的突变阻断了大部分现有中和性抗体的抗原结合域与受体结合域的结合》

  • 来源专题:新发突发疾病(新型冠状病毒肺炎)
  • 编译者: 蒋君
  • 发布时间:2022-11-28
  • 2022年4月15日,南京大学、上海科技大学等机构的研究人员发表了一项新冠病毒奥密克戎变异株免疫逃逸分子机制的研究。研究人员首先获得了分辨率为2.8?的奥密克戎刺突蛋白-ACE2(血管紧张素转换酶2)复合物冷冻电镜结构。与野生型(WT)刺突蛋白相比,奥密克戎刺突蛋白仍能紧密结合ACE2。研究团队分析了目前已用做新冠肺炎单药或联用治疗的抗体药物结构信息,通过结构比对,发现奥密克戎的RBD(受体结合域)上氨基酸突变位点明显集中在大部分中和性抗体的表位区域。这些突变会阻断和/或破坏抗体与奥密克戎的RBD氨基酸残基之间特定的相互作用。结构分析揭示了奥密克戎RBD突变有效地阻断了大部分现有中和性抗体的Fab(抗原结合域)与RBD的结合,而没有破坏ACE2与RBD的结合,表明RBD上的突变对受体和抗体具有双重作用。研究人员进一步解析了中和性抗体510A5分别与WT、德尔塔和奥密克戎三种变异株的刺突蛋白的复合物冷冻电镜结构。生化水平结合实验显示,相比WT和德尔塔,510A5对奥密克戎刺突蛋白的结合能力有所降低;假病毒中和实验证明了奥密克戎变异株对510A5的免疫逃逸。该研究揭示了奥密克戎变异株与ACE2的相互作用以及逃逸中和抗体的分子机制,为奥密克戎免疫逃逸的机制研究提供了新的思路,也为疫苗研发奠定了基础。
  • 原文来源:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211124722005344?via%3Dihub
相关报告
  • 《Nature:重磅!科学家识别出有望中和新冠病毒奥密克戎变异毒株的新型抗体!》

    • 来源专题:生物安全知识资源中心—领域情报网
    • 编译者:hujm
    • 发布时间:2022-01-05
    • 近日,一篇发表在国际杂志Nature上的一篇题为“Broadly neutralizing antibodies overcome SARS-CoV-2 Omicron antigenic shift”的研究简报中,来自华盛顿大学医学院等机构的科学家们通过研究识别出了能有效中和新冠病毒奥密克戎变异毒株和其它SARS-CoV-2突变体的抗体,这些抗体或能靶向作用病毒的刺突蛋白区域,该区域会随着病毒的突变而基本保持不变。 研究者David Veesler说道,通过识别出这些广谱中和性抗体在刺突蛋白上的靶点,我们或许就能设计出疫苗和抗体疗法来有效抵御奥密克戎变异毒株以及未来可能出现的其它突变毒株;本文研究发现告诉我们,通过重点关注针对刺突蛋白上高度保守位点的抗体,未来或许有望开发出一种克服病毒持续进化的新方法。 奥密克戎变异毒株在刺突蛋白上有37个突变位点,其能利用这些突变位点锁定并入侵宿主细胞,这一突变是一个异常高的突变数量;科学家们认为,这种改变或许就能部分解释为何变异毒株能如此迅速地扩散,并感染已经接种疫苗的人群,以及重新感染那些此前并未被感染的人群。如今研究人员试图回答的主要问题是,奥密克戎变异毒株的刺突蛋白所发生的这些突变组合是如何影响其结合细胞并逃避免疫系统抗体反应的能力的。 研究者Veesler及其同事推测,奥密克戎变异毒株所产生的大量突变或许会在一个免疫系统功能较弱的患者的长期感染中不断积累,或者是病毒从人类跳跃到动物物种而后再回到人类机体中来。为了评估这些突变所产生的影响,研究人员设计出了一种丧失功能且无法复制的病毒,即假病毒(pseudovirus),以此来在其表面产生刺突蛋白,就像冠状病毒那样;随后他们制造出了刺突蛋白上携带奥密克戎突变的假病毒,以及在大流行病中最早发现的变异毒株上的突变。 研究人员首先观察了不同版本的刺突蛋白是如何结合细胞表面蛋白的以及其所结合的程度,病毒能利用刺突蛋白来锁定并入侵宿主细胞,这种蛋白质称之为血管紧张素转换酶-2(ACE-2)受体。研究者发现,相比新冠大流行初期速所分离的病毒而言,奥密克戎变异毒株的刺突蛋白结合宿主细胞的能力是前者的2.4倍,这或许并不是一个巨大的增长。研究者指出,但在2002-2003年爆发的SARS疫情中,能增加亲和力的刺突蛋白突变或许与病毒更高的传播性和感染性有关,此外,奥密克戎变异毒株能更加有效地结合小鼠细胞的ACE2受体,这就表明,奥密克戎变异毒株或许能在人类和其它哺乳动物之间互相传播。 随后研究人员分析了针对该病毒早期分离物的抗体抵御奥密克戎变异毒株的水平,他们利用此前感染过该病毒早期版本的患者或接种过抵御早期病毒版本的个体机体的抗体来进行相关研究。结果发现,曾被早期病毒感染过的个体或接种过目前最常用的6种疫苗之一的个体机体的抗体都能降低阻断奥密克戎变异毒株感染的能力。此前被感染过的患者、那些接种过中国医药集团新冠疫苗以及单剂量强生公司疫苗的人机体所产生的抗体几乎无法或不能阻断/中和奥密克戎变异毒株进入宿主体内的细胞;而接受过两剂Moderna、辉瑞/BioNTech和AstraZeneca疫苗的个体机体的抗体或能保留一部分中和活性,尽管其活性减少了20-40倍,这要比抵御其它新冠病毒变异毒株的效用都要多。 已经感染过、已经恢复且已经接种过两剂疫苗的个体机体的抗体或许活性发生了下降,但降低的幅度较小,大约为5倍,这就清楚揭示了感染后接种疫苗所产生的保护效力。研究者表示,肾脏透析患者在接受第三剂Moderna和辉瑞/BioNTech生产的mRNA疫苗加强针后,其机体所产生的抗体的中和活性仅降低了4倍,这就表明,接种第三针疫苗对于抵御奥密克戎变异毒株是非常有用的。除了一种目前被授权或批准的用于接触过该病毒的抗体疗法外,目前其它所有的抗体疗法在实验室检测中都对奥密克戎变异毒株没有活性或活性明显下降;而研究发现,sotrovimab抗体或许就是一个例外,其所产生的中和活性降低了2-3倍。 但当研究人员测试了针对该病毒早期版本的一个更大规模组的抗体时,研究者发现,有4类抗体能保留中和奥密克戎变异毒株的能力,这些类别中的抗体都能靶向作用奥密克戎变异毒株四钟刺突蛋白特定区域中的一种,而这些区域不仅存在于SARS-CoV-2毒株中,还存在与一组相关的冠状病毒(sarbecoviruses)中。蛋白质上的这些位点能持续存在,因为其发挥着非常重要的作用,如果其发生突变的话,蛋白质就会失去响应的功能,诸如此类区域就被认为是功能保守的区域。 综上,本文研究结果表明,在如此多的病毒突变株中,研究人员发现了能通过识别保守区域中和变异毒株的抗体,这或许就表明,设计出新型疫苗或抗体疗法来靶向作用变异毒株刺突蛋白的保守区域,或能有效抵御能通过突变来出现的广谱新冠变异毒株。
  • 《Science:揭示一些中和抗体仍可有效中和包括奥密克戎在内的新冠病毒变体》

    • 来源专题:生物安全知识资源中心—领域情报网
    • 编译者:hujm
    • 发布时间:2022-04-24
    • 作为令人关注的SARS-CoV-2变体,B.1.1.529(Omicron,奥密克戎)的出现和快速传播引起了人们的警惕。特别麻烦的是Omicron受体结合结构域(RBD)中的15个氨基酸替换,因为靶向RBD的抗体(即RBD靶向抗体)是唯一被发现对其他变体保持足够效力的抗体。为了确定能有效中和Omicron的抗体,来自美国国家过敏与传染病研究所的研究人员在一项新的研究中评估了RBD靶向抗体结合和中和Omicron的能力,并利用功能试验和低温电镜(cryo-EM)结构确定了它们的识别模式。相关研究结果发表在2022年4月22的Science期刊上,论文标题为“Structural basis for potent antibody neutralization of SARS-CoV-2 variants including B.1.1.529”。 令人关注的Omicron变体对大多数单克隆抗体以及疫苗接种者和康复者血清的中和有很大的抵抗力。识别对这种变体保持中和效力的单克隆抗体,并了解它们识别的结构机制,应有助于开发保持有效性的疫苗和抗体治疗剂。 Omicron刺突蛋白位于它的融合前构象下的低温电镜结构显示了单个RBD向上构象,RBD替换突变定位在刺突蛋白的外表面。尽管有这种定位,但RBD替换突变直接位于或相邻于所有先前确定的RBD靶向中和抗体的表位。这项新的研究显示,抗体A23-58.1、B1-182.1、COV2-2196、S2E12、A19-46.1、S309和LY-CoV1404仍然对这种新出现的变体保持了大量的中和作用。为了提供结构和功能上的解释,这些作者确定了抗体-刺突蛋白复合物的低温电镜结构,并使用代表15个RBD氨基酸替换中每个的病毒颗粒来描述其功能影响。 对于与受体ACE2竞争结合的I类和II类抗体,比如VH1-58衍生性的抗体B1-182.1和S2E12,这些分析显示有效的中和需要较小的抗体侧链以适应S477N突变。对于其他抗体,比如LY-CoV555和A19-46.1,这些抗体的表位相邻于多个RBD氨基酸替换。E484A或Q493R大大降低了LY-CoV555的结合,然而对于A19-46.1来说,这些替换通常是可以容忍的,A19-46.1与刺突蛋白的低温电镜结构显示了两个RBD向上构象,A19-46.1只与向上构象的RBD结合。对于在ACE2结合表面之外结合的III类和IV类抗体---比如A19-61.1、COV2-2130、S309和LY-CoV1404---来说,个别的RBD氨基酸替换一般都是可以容忍的。 然而,A19-61.1的中和作用被G446S消除了;COV2-2130显示对Omicron的中和作用大大降低,但没有一个突变表现出实质性影响;S309保留了对Omicron的效力,尽管对Omicron的BA.2亚型的效力不大(半最大抑制浓度降至1374 ng/ml);LY-CoV1404保留了有效的中和作用(对BA.1和BA.2亚型分别为5.1和0.6 ng/ml)。 最后,这些作者评估了单克隆抗体的组合,发现有几个组合,包括B1-182.1和A19-46.1的组合,显示出中和的协同作用。Omicron刺突蛋白与B1-182.1和A19-46.1的三元复合物的结构表明,B1-182.1诱导首选的向上RBD结合构象以促进A19-46.1的协同结合,这是它们协同作用的基础。 综上所述,尽管Omicron突变簇集在一起,但它们几乎影响了所有已知的RBD靶向中和抗体。这项新的研究揭示了选定的RBD导向的抗体---比如S2E12和LY-CoV1404---保持对Omicron有效中和的结构基础。这些作者进一步确定了可用于治疗的抗体组合,并证实了这些组合如何克服广泛的刺突蛋白突变。 参考资料: Tongqing Zhou et al. Structural basis for potent antibody neutralization of SARS-CoV-2 variants including B.1.1.529. Science, 2022, doi:10.1126/science.abn8897.