王新泉/譚文傑合作在中東呼吸綜合征冠狀病毒單克隆中和抗體研究中取得新進展

7月11日，清華大學生命科學學院王新泉課題組與中國疾病控制中心病毒病研究所譚文傑課題組合作在《自然·通訊》（Nature Communications）發表題為「中東呼吸綜合征冠狀病毒刺突蛋白N端結構域上抗體中和表位的結構解析」（Structural definition of a neutralization epitope on the N-terminal domain of MERS-CoV spike glycoprotein）的研究論文。通過研究一株中東呼吸綜合征冠狀病毒（Middle East respiratory syndrome coronavirus, MERS-CoV）的新型中和抗體7D10的結構與功能，該論文首次詳細報道了位於MERS-CoV刺突蛋白N端結構域（N-terminal Domain, NTD）上的抗體中和表位，並揭示了7D10獨特的抗病毒機制。

MERS-CoV是2012年在中東地區首先發現的一種新型冠狀病毒，與嚴重急性呼吸綜合征冠狀病毒（SARS-CoV）同屬於β冠狀病毒，能夠引發嚴重的人類呼吸系統疾病。世界衛生組織最新統計表明MERS-CoV已造成全球27個國家2428例感染，致死率高達35%，是全球公共健康面臨的嚴重威脅。針對MERS-CoV的高活性中和抗體研究是疫苗研發和抗病毒藥物開發的重要基礎，目前絕大多數報道的MERS-CoV中和抗體都是靶向病毒刺突蛋白的受體結合域（RBD），並阻斷其與細胞受體二肽基肽酶4（DPP4）的結合。例如王新泉課題組與清華大學張林琦課題組前期報道的兩株中和抗體MERS-4與MERS-27都是通過靶向RBD抑制MERS-CoV與受體DPP4的結合（發表在《科學轉化醫學》、《科學報告》和《細胞報告》）。考慮到RNA病毒基因組的快速變異特性，預計RBD區域的突變可能會使新產生的毒株逃脫已知的靶向RBD抗體的中和作用。

7D10與NTD結構以及7D10中和機制

此次研究首先鑒定了MERS-CoV單克隆中和抗體7D10，這株抗體結合刺突蛋白的NTD，能夠高效中和MERS-CoV假病毒、活病毒對細胞的感染以及高滴度假病毒對小鼠模型的感染。對NTD與7D10複合物的晶體結構測定以及位點突變研究揭示了一個位於刺突蛋白NTD上的全新表位。進一步研究表明，7D10的中和作用不只依賴於對DPP4結合的抑制，而且在病毒細胞附著後起作用，抑制膜融合前到膜融合後刺突蛋白的構象變化。這些特性使7D10對含有不同自然突變的MERS-CoV毒株具有廣泛的中和能力，並與不同靶向RBD的中和抗體表現出協同作用或加和作用，為抗體藥物與疫苗研發、防止MERS-CoV感染提供了新的理論依據和思路。

該研究由清華大學生命學院王新泉課題組和中國疾病控制中心病毒病研究所譚文傑課題組共同完成，清華大學醫學院張林琦課題組也為本項研究作出了重要貢獻。清華大學生命科學學院博士生周海霞和中國疾病控制中心病毒病研究所陳迎珠為共同第一作者，王新泉教授與譚文傑研究員為本論文的共同通訊作者。該研究得到了科技部國家重點研發計劃項目（2016YFD0500307和2016YFD0500301）、國家自然科學基金委、北京市結構生物學高精尖創新中心和北京市生物結構前沿研究中心的資助。

Abstract

Most neutralizing antibodies against Middle East respiratory syndrome coronavirus (MERS-CoV) target the receptor-binding domain (RBD) of the spike glycoprotein and block its binding to the cellular receptor dipeptidyl peptidase 4 (DPP4). The epitopes and mechanisms of mAbs targeting non-RBD regions have not been well characterized yet. Here we report the monoclonal antibody 7D10 that binds to the N-terminal domain (NTD) of the spike glycoprotein and inhibits the cell entry of MERS-CoV with high potency. Structure determination and mutagenesis experiments reveal the epitope and critical residues on the NTD for 7D10 binding and neutralization. Further experiments indicate that the neutralization by 7D10 is not solely dependent on the inhibition of DPP4 binding, but also acts after viral cell attachment, inhibiting the pre-fusion to post-fusion conformational change of the spike. These properties give 7D10 a wide neutralization breadth and help explain its synergistic effects with several RBD-targeting antibodies.

來源：清華大學

本期編輯：Tony

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