 今天介绍美国Scripps研究所Ian A. Wilson团队和中国香港大学Chris K. P. Mok团队合作在Science上发表的论文，该工作发现此前报道的针对SARS-CoV病毒具有中和活性的抗体CR3022, 其同样可以与导致COVID-19的SARS-CoV-2病毒发生交叉反应，这意味着具有相似基因组序列和结构的两种病毒可能在S蛋白受体结构(RBD)与上具有保守的抗原表位并被同一种抗体识别，，该研究对COVID-19冠状病毒抗体研究具有指导意义。 表面刺突糖蛋白（S蛋白）是冠状病毒的主要抗原，是病毒与宿主受体结合，介导病毒与宿主膜融合而进入宿主体内的关键蛋白；SARS-CoV-2和SARS-CoV的S蛋白在种系上密切相关，两者基因组序列一致性达到77%，如此高的序列相似性增加了SARS-CoV-2和SARS-CoV之间的引起交叉反应（两种来源不同的抗原，彼此之间可以有相同的抗原决定簇，由此决定簇产生的抗体不仅可分别与其自身表明的相应抗原表位结合，而且还能与另一种抗原的相同表位结合发生反应）的抗原表位存在的可能性。CR3022，这是一种靶向SARS病毒受体结合区域（RBD）的中和抗体，以前从一名康复的SARS患者身上分离得到；最近的研究表明CR3022也可以结合SARS-CoV-2的RBD，该发现为揭示交叉反应抗原表位提供了契机；CR3022同时使用重链和轻链上所有六个互补决定区(CDRs)与SARS-CoV-2的RBD作用(图1)，在抗原表位上的28个残基（CR3022所覆盖的残基）中，有24个（86%）在SARS-CoV-2和SARS-CoV中都保留了，表位位点的高保守性解释了CR3022的交叉反应，尽管如此，CR3022结合SARS-CoV RBD的能力高于其结合SARS-CoV-2的RBD，这种差异可能是由于两者抗原表位上的非保守的氨基酸位点，其中最主要的差异是在SARS-CoV中的N370位点存在N-glycosylation位点，N-glycan sequon(NxS/T)使得在残基372中出现不同的氨基酸，SARS-CoV中是苏氨酸而SARS-CoV-2中是丙氨酸（图2），质谱分析表明在SARS-CoV的N-glycosylation位点中确实存在复合多糖，N370处的N-glycan将与在重链和轻链之间形成的凹槽相匹配，这可以增加与CR3022的接触，从而增强CR3022的结合亲和力；该结果也表明SARS-CoV-2和SARS-CoV的RBDs的抗原性差异至少可以归因于370残基上的N-glycosylation位点。  图1. CR3022与SARS-CoV-2的RBD复合的结构，其中橙色链为CR3022重链，黄色链为CR3022轻链，浅灰色为SARS-CoV-2的RBD。  图 2.（A）是SARS-CoV-2的RBD和SARS-CoV的RBD序列对比，蓝绿色的是CR3022表位残基，品红色的是ACE2结合残基，星号的是非保守表位残基。（B-E）为非保守表位残基和CR3022的相互作用，带有括号的就是SARS-CoV的氨基酸突变，蓝绿色为SARS-CoV-2的RBD，橙色为CR3022的重链，黄色为轻链，残基标号是根据在SARS-CoV-2的S蛋白序列，其中（B）展示了SARS-CoV-2在372残基有丙氨酸，而SARS-CoV有苏氨酸；（C）SARS-CoV的RBD重的N370多糖潜在位置位于虚线框内，CR3022显示为静电势表面；（D）P384与CR3022重链的T31、S96、T100相互作用，SARS-CoV中的丙氨酸当与CR3022结合时其主干采用不同的构象；（E）T340与CR3022轻链的S27f氢键结合，SARS-CoV的蛋氨酸可能会将其侧链插入CR3022轻链的Y27d,I28,Y32,W50形成的疏水囊中。 作者测试CR3022在体外微量中和试验中是否可以中和SARS-CoV-2和SARS-CoV，发现CR3022在最高浓度400 条件下无法中和SARS-CoV-2,该结果可以解释CR3022对SARS-CoV-2表现低的结合亲和力。SARS-CoV-2与SARS-CoV具有相同的宿主受体ACE2，CR3022的抗原表位与ACE2结合位点不重叠（图3），这意味着CR3022中和SARS-CoV的机制不依赖于直接阻断受体结合；事实上，已经证实CR3022可以增强其他以RBD为靶点的抗体中和SARS-CoV能力，尽管在体外试验中CR3022本身不能中和SARS-CoV-2，但是CR3022是否可以增强以SARS-CoV-2的RBD为靶标的单克隆抗体中和能力尚待确定。SARS-CoV-2 S蛋白的RBD和其他冠状病毒一样会进行铰链式移动，在“向上”或“向下”的状态之间转换，而ACE2宿主受体仅在RBD表现“向上”状态下才可与其结合，这和CR3022和RBD结合情况一样。；CR3022：SARS-CoV-2 RBD复合物与SARS-CoV-2的S蛋白结构对比表明，若CR3022的可变区采用“向下”状态，则会和相邻的RBD发生冲突；此外，CR3022可变区将与RBD下的S2冲突，CR3022恒定区将与N-terminal区冲突；当三聚体上的RBD标靶和相邻的RBD标靶都处于“向上”状态时候，与CR3022可变区的冲突可以得到部分缓解，进一步的结构建模表明再对RBD标靶进行轻微旋转可以避免所有冲突；作者的ELISA实验表明CR3022可以与SARS-CoV-2进行反应，和一个SARS-CoV的特异性抗体m396相比，CR3022与SARS-CoV-2病毒具有更高的结合信号。  图 3.CR3022-SARS-CoV-2 RBD复合物和ACE2-SARS-CoV-2 RBD复合物基于SARS-CoV-2 RBD结构对比，浅灰色的是RBD，黄色的是CR3022，绿色的是ACE2。 总之，论文分析了SARS-CoV-2如何被体液免疫反应靶向，并发现了SARS-CoV-2和SARS-CoV之间的共同保留的抗原表位，虽然CR3022在体外试验中不能中和SARS-CoV-2，但在体外试管中无中和活性且在生物体内可以起到辅助作用的病毒抗体例子有很多，已经报道的就有流感病毒、疱疹病毒、登革热病毒等，故CR3022抗原表位有可能在生物体内具有辅助效果；抗原表位的可用性不仅可以用于SARS-CoV-2的疫苗设计，还可以用于应对未来冠状病毒流行病和传染病对应的交叉保护抗体的设计。 参考资料 Meng Yuan et al., (2020) A highly conserved cryptic epitope in the receptor-binding domains of SARS-CoV-2 and SARS-CoV. Science. DOI: 10.1126/science.abb7269 |
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