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应天雷团队《Cell》发文报道可雾化吸入的广谱抗新冠全人源纳米双抗

作者:应天雷    来源自:中国免疫学会    点击数:6463   发布时间:2022-06-13
       2022年4月14日,复旦大学基础医学院、上海市重大传染病和生物安全研究院应天雷课题组与复旦大学生物医学研究院孙蕾、复旦大学基础医学院吴艳玲团队,在国际期刊Cell杂志报道了可雾化吸入的广谱抗新冠全人源纳米双抗bn03,揭示了该双抗靶向的两个高度保守表位。bn03能有效中和奥米克戎在内的所有流行突变株,并能通过雾化给药在新冠感染的轻、重症小鼠模型中显示出显著的抗病毒效果。
       自新冠疫情爆发以来,已累积感染确诊病例5.33亿,死亡病例630万。除了高度的传染性,新冠病毒的高度变异率使其屡屡冲破免疫的防线,给疫苗和抗体的研发带来了挑战。其中最新爆发的奥密克戎突变株及其亚种,受体结合域(RBD)上携带有超过15个突变位点,远远超过前期的流行突变株(不超过3个突变位点)。研究发现大量早期针对野生型毒株开发的抗体已经失效,FDA前期批准紧急使用授权的抗体因为奥密克戎的出现几乎已全部停止使用。疫苗接种者的血清对奥密克戎毒株的中和效力也明显下降。为对抗新冠突变体的威胁,广谱抗体和疫苗的研发迫在眉睫。
       在对奥密克戎的突变位点和抗体逃逸情况进行分析时,团队发现更多的突变发生在RBM区,进一步对抗体中和奥密克戎的效果检测发现,奥密克戎对靶向RBM区的抗体逃逸最明显。对疫苗接种者的血清分析发现非RBM抗体水平更高的血清,对奥密克戎的中和效力保留的更多。提示RBM区域的抗体可能对于奥密克戎病毒突变更敏感。尽管如此,奥密克戎毒株RBD上有两个位于非RBM区的表位仍然保守,分别在三聚体的内表面和外侧面。
       应天雷课题组前期利用团队首创的全人源纳米抗体快速筛选平台技术得到了一系列针对RBD不同表位的全人源纳米抗体,利用抗体的组合筛选,最终开发出了一个性质好,产量高,且广谱的全人源纳米双抗bn03。该双抗由靶向RBD的两个非ACE2竞争全人源纳米抗体组成,其中一端靶向三聚体内部高度保守的隐藏表位(n3130v),另一端靶向RBD的外侧面(n3113v),通过连接子将两个抗体串联形成双抗。根据冷冻电镜结果分析,该双抗的两臂可以同时结合在一个RBD上,并且两个抗体之间能够发挥协同作用。具体来说,n3130v的结合能够把临近的“倒下”状态的RBD向中轴拉近,使该RBD的外侧面远离N端结构域(NTD)而更充分的被暴露,利于n3113v的进一步结合。



       bn03双抗靶向的两个保守表位使得其能广谱的强中和包括奥密克戎在内的所有流行突变株,根据已报道的新冠突变位点的深度分析,n3130v靶向的三聚体隐藏表位高度保守,没有高频突变位点累积出现在该表位。目前少有针对n3130v表位的抗体报道,提示三聚体隐藏表位在体内处于较低的免疫攻击的压力,突变频率极低,不易出现抗原漂移,是开发广谱抗体和疫苗的潜在靶点。
       考虑到新冠病毒的感染主要集中在肺部,为了提高药物递送至肺部的效率,减小系统性给药的副作用,bn03全人源纳米双抗采用了雾化给药的方式。根据体内药代、药效分析,全人源纳米抗体雾化给药能显著提高药物在肺内的分布,增强在新冠感染小鼠体内的治疗效果。根据新一代药用撞击器的检测,bn03的优良性质使其能够很好的被雾化为5微米以下的颗粒,并且相较于传统的单抗(150kDa), 全人源纳米双抗(27kDa)具有更高的雾化效率,显示出了全人源纳米抗体雾化给药治疗呼吸道感染疾病的优势。在新冠感染的轻、重症ACE2人源化小鼠模型中,bn03表现出了显著的抗病毒的效果。通过bn03的雾化治疗,轻重症小鼠肺内病毒拷贝数都显著降低,肺病理症状也明显减轻,无典型的出血,炎性浸润等。其中轻症组肺病毒拷贝数已接近最低检测限水平,重症治疗组小鼠肺内的活病毒已检测不到。
       总的来说,文章报道了一个广谱的抗新冠病毒全人源纳米双抗,该双抗具有优良的理化性质,能有效雾化成可吸入的液滴,在新冠感染的小鼠中显示出了显著抗病毒效果。目前该双抗已进入中试生产阶段,正在加快向临床试验推进。同时,本文还揭示了一个高度保守的位于三聚体内部的隐藏表位,为广谱抗体和疫苗的设计提供了参考依据。
       复旦大学基础医学院应天雷研究员、复旦大学生物医学研究院孙蕾研究员,复旦大学基础医学院吴艳玲副研究员为该研究的共同通讯作者,复旦大学基础医学院博士生李澄,生物医学研究院博士生詹屋强,复旦大学附属中山医院杨振霖研究员,上海博奥明赛生物科技有限公司涂超博士及复旦大学三级生物安全防护实验室胡高维博士为该研究的共同第一作者。该项目得到了国家重点研发计划与国自然基金等项目的支持。
       复旦大学应天雷教授研究团队近年来在全人源胚系单抗研发理论体系、抗体片段全新设计、抗体组库研究等方面开展了系统性研究,揭示了人体免疫系统抗体组库的分子特征与功能,也为探索更安全、经济、特效的抗体药物与免疫治疗策略提供了重要理论依据(https://csi.fudan.edu.cn)。团队现面向海内外招聘博士后,研究方向为生物信息学、合成免疫学或抗体组学,提供优厚待遇和一流的科研条件,欢迎广大青年才俊发送简历联系(kongyu@fudan.edu.cn)。

       文章链接:https://doi.org/10.1016/j.cell.2022.03.009

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