对多种奥密克戎变异株广谱有效 新冠病毒广谱单克隆抗体为防治带来新希望
2022-12-15

2022年11月30日,北京大学谢晓亮/曹云龙课题组正式在《细胞报告》(Cell Reports)发表名为《从SARS康复者中合理识别强效和广谱沙贝病毒中和抗体组合》(Rational identification of potent and broad sarbecovirus-neutralizing antibody cocktails from SARS convalescents)的研究。

 

研究中提到,两种分别被命名为“SA58(BD55-5840)”和“SA55(BD55-5514)”的单克隆抗体(mAb)组合能够有效识别和中和包括新冠病毒奥密克戎变异株(包括BA.1、BA.2、BA.2.12.1、BA.4/BA.5和最新的变异株)在内的各类沙贝病毒的血转紧张素转化酶2(ACE2)。

 

体外中和试验和动物模型研究显示,SA58和SA55无论单独使用或同时使用均具有作为针对新冠病毒的广谱性治疗或预防用药的潜在价值。

 

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自2019年初新冠病毒被报告以来,单克隆抗体制品在防治新冠病毒感染所致疾病的防治两端发挥着关键作用。

 

然而,随着新冠病毒变异株的不断出现,多种单抗已经出现中和活性降低的情况,甚至一些新变异株让既有单抗被新冠病毒变异株逃逸而彻底失去中和活性,无法起到预防或治疗新冠病毒感染的作用。


尽管现阶段仍有多种单克隆抗体药物仍被使用,但大多无法兼顾中和效力和中和广度。

 

面对这种情况,一种被称为SA58/SA55的广谱中和抗体组合为单克隆抗体的预防和治疗领域带来的新的希望。


单克隆抗体是由单一种类的B细胞克隆产生的高度均一、只靶向某一特定抗原表位的抗体。

 

SARS-CoV-2 病毒中和抗体药物的作用原理是通过特异性结合新冠病毒S蛋白(即与病毒结合),阻断病毒与人体细胞受体ACE2 蛋白的结合,从而抑制病毒感染正常细胞。单克隆抗体成分单一、剂量精准,比血浆疗法治疗新冠肺炎的安全性更高,疗效更显著。

 

新冠肺炎的感染可以分为两个发展阶段:首先是大量SARS-CoV-2病毒复制的早期阶段,然后是细胞因子释放引起的高炎症晚期阶段。

 

在疾病早期阶段使用抗病毒和基于抗体的治疗可能更有效,进一步减少新冠相关死亡和疾病负担。与其他抗病毒药物一样,单克隆抗体在用作抗病毒药时,也容易由于病毒基因组的改变而产生耐药性,从而导致病毒对抗体药物发生逃逸现象,从而使病毒对特定的单克隆抗体产生耐药性。

 

为了克服这一现象,单克隆抗体已被组合使用,也可称为“鸡尾酒”,其基本原理是,结合两种互补的特异性单克隆抗体,通过靶向多个不同的病毒表位,防止变异毒株对中和抗体产生逃逸。

 

尽既往曾经筛选出多种高效抗体,并且采取抗体组合策略避免逃逸,但自奥密克戎变异株出现后,多种针对新冠病毒的单克隆抗体已失去作用。

 

根据既往的观察,新冠病毒变异具有两项规律:

 

突变主要发生在康复者和已接种疫苗者获得的体液免疫所针对的受体结合结构域(RBD)表位,从而实现免疫逃逸;病毒不太可能出现破坏其保守区域的突变

 

基于上述两点情况,为寻找兼具广谱性的中和抗体,研究者对理想的目标单抗制定了四点筛选标准,即:

·         标准1:通过合理策略筛选有助于识别难以被逃逸的广谱中和抗体;

·         标准2:选择针对不重叠表位的广谱中和抗体形成非竞争性抗体组合(鸡尾酒);

·        标准3:选择靶向在疫苗接种者、新冠病毒感染者体内较为稀少的受体结合结构域表位;

·        标准4:中和抗体应靶向新冠病毒保守位点且相关位点应与病毒核心功能区域重叠。

 

为满足上述筛选要求需获得足够广谱的中和抗体进行研究,从接种3剂新冠疫苗的SARS康复者体内筛选出约13000个能与SARS1和SARS2的RBD区结合的B细胞进行体外表达,采用高通量测序筛选出2838个配对抗体序列,其中1413个在体外作为单克隆抗体表达后通过高通量测序测定酵母表达RBD区域的逃逸突变和表位,筛选出314个面向RBD区具有中和活性的抗体并根据表位聚集情况将所有中和抗体分为五个表位组(E1、E3、F1、F2、F3),

 

在排除两组中和活性低的表位组(E3和F1)后筛选出三组中每组筛选出四个对D614G突变毒株和BA.1最有效的前四个中和抗体作为候选药物进行更广谱的体外中和试验。


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SA55+SA58组合强效中和新冠病毒具有逃逸突变的变异株


为选择合适抗体组合的配对策略,研究者分析了不同表位组的竞争情况。

 

研究结果表明,E1组抗体通常可以与F2或F3组中的抗体形成非重叠混合物,而F2和F3抗体覆盖重叠表位,因此采用E1+F2和E1+F3表位组的抗体组合是构建非竞争性广谱沙贝病毒中和抗体(bsNAb)组合的两种实用策略。

 

然而,F2表位组抗体在新冠病毒野病毒感染的康复者和疫苗接种者中非常丰富,不符合抗体筛选标准3,因此最终选择E1+F3表位组的组合以避免受体结合阈表位突变产生逃逸株流行的可能;

 

此外,尽管F2表位组的中和抗体也是靶向沙贝病毒上高度保守的表位,但奥密克戎BA.2变异株几乎可以逃逸F2表位组中所有的中和抗体,因此也不符合筛选标准4

 

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代表性的E1和F3抗体的逃逸图谱和结合模式


最终通过对水疱性口炎病毒(VSV)假病毒的体外中和试验结果,选择E1组的SA58(BD55-5840)和F3组的SA55(BD55-5514)两种表位不重合的中和抗体形成组合,这对组合对包括SARS病毒、D614G突变的新冠病毒原型株、奥密克戎变异株(BA.1、BA.1.1、BA.2、BA.2.12.1、BA.3、BA.4/BA.5)等沙贝病毒均具有优秀的体外抑制能力。

 

采用SA58和SA55组合最符合实现效力和广度兼顾的需求,让新冠病毒不太可能产生针对这对组合的逃逸性突变。


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非重叠广谱沙贝病毒中和抗体组合的推荐策略


除对现有的冠状病毒进行中和试验外,研究者也就有制备带有不同逃逸突变位点的水疱性口炎病毒假病毒并进行体外中和试验分析了在现有变异株基础上产生不同逃逸突变对BD55-5840和BD55-5514活性的影响。

 

研究者基于奥密克戎BA.1变异株构建了具有复制能力的假病毒,并将其感染Vero细胞并通过不同中和抗体浓度模拟中和抗体引起的进化压力。

 

研究结果发现,与单独使用SA58或SA55相比,使用SA58和SA55的抗体组合对逃逸突变的抵抗力更强,病毒至少出现两种逃逸突变才能产生逃逸。


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A55+SA58 混合物强力中和 SARS-CoV-2 逃逸突变体


研究者还进一步构建了具有BA.2/BA.2.12.1/BA.5的棘突蛋白(S蛋白)结构的假病毒,并在S蛋白的RBD上加入额外的突变,突变位点包括339Y、340K/D、345N、346Q/T、356R/T、440E、444N/R/E/T、445E/S、503E、504D/S或508H,通过这些假病毒测定SA58/SA55组合对免疫逃逸的影响。

 

结果显示,SA55/SA58组合可以有效中和所有构建的新冠病毒奥密克戎突变体,显示了其值得关注的中和广度和对逃逸突变的抵抗力。

 

不仅是在Vero细胞中,为了探索SA55/SA58组合对人类对抗新冠病毒的有效性,研究者采用具有人ACE2的转基因小鼠进行挑战试验。

 

试验组小鼠均会在采用奥密克戎BA.1或BA.5变异株在攻毒前24小时或攻毒后2小时以20㎎/㎏肌内注射SA55/SA58组合以评价对预防和治疗的有效性,对照组小鼠注射磷酸缓冲液。所有小鼠均在第三天被安乐,安乐后收集肺部和气管细胞进行病毒载量分析。

  

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SA55/SA58 在小鼠体内表现出强大的保护作用


分析结果显示,抗用药组相较对照组的转基因小鼠,无论采用腹腔或肌内注射进行预防性给药,抑或采用腹腔注射进行治疗性给药,在进行奥密克戎BA.1或BA.5变异株攻毒后,均能有效降低小鼠体内病毒载量,甚至任何组别中的小鼠气管中均未检测到新冠病毒。

 

SA58和SA55的抗体组合在动物模型研究中展现出强大的病毒清除和阻断功效,尤其通过腹腔注射可对肺部具有非常好的保护功效。

 

除此之外,研究者提到,对抗体Fc区(用于识别细胞表面特定Fc受体从而发挥效应)进行工程设计后可将抗体半衰期延长至90天,作为预防用药可以保持半年左右的有效性,因此能够成为一种潜在的高效、持久的抗体药物。

 

这种药物不仅可以用于一般患者,对接种疫苗后难以产生有效抗体或不适宜接种疫苗的老年人和免疫力低下人群也具有重要意义。

 

现阶段,全球奥密克戎变异株的变异情况可以用“百花齐放”来形容。由于奥密克戎突变株会造成很强的免疫逃逸,疫苗接种和感染康复者都无法抵御变异株的感染。

 

例如,感染BA.1后并不能防止BA.2和BA.5等后续新突变株的感染。只要有感染,就会有重症和死亡,即使比例降低。

 

此前发布的研究表明,SA58和SA55抗体组合在使用后对包括奥密克戎变异株及其亚系在内的新冠病毒、SARS病毒、蝙蝠冠状病毒均能高效中和。

 

其中,新冠病毒奥密克戎变异株包括BA.1、BA.2、BA.4/5在内的不同亚型,以及近期在中国出现的BF.7和在国外呈上升趋势的XBB、BQ.1、BQ.1.1,是目前国际上公开报道的唯一未被新冠病毒逃逸的抗体药物。

 

因此也印证了SA58和SA55的抗体组合能够有效应对具有逃逸突变的新冠病毒变异株的威胁。因此对未来不断变化的防疫局势,SA58和SA55的抗体组合无疑是一颗“定心丸”!

 

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SA58和SA55对假病毒具有良好体外抑制能力


关于SA55/SA58


新冠病毒奥密克戎变异株主要侵犯人体上呼吸道。人体上呼吸道粘膜也就成为人类机体与新冠病毒开始相互搏斗的首要战场。而新冠病毒表面的刺突蛋白(Spike glycoprotein)与上呼吸道粘膜细胞表面血管紧张素转化酶2受体(ACE2 receptor)的特异性结合是实现病毒入侵粘膜细胞实现复制的必要条件。

 

因此,在上呼吸道粘膜阻断新冠病毒刺突蛋白与人体细胞受体结合是及时和有效控制新冠病毒感染的途径。新冠病毒特异性单克隆抗体可以与新冠病毒刺突蛋白结合并封闭相应位点,从而阻断新冠病毒刺突蛋白与人体细胞受体的结合。

 

将特异性单克隆抗体制备成喷雾剂形式,可以将抗体迅速扩散至上呼吸道粘膜表面,形成含有特异性单克隆抗体的“保护膜”。当新冠病毒入侵机体上呼吸道粘膜时,粘膜表面含有的特异性单克隆抗体会与新冠病毒刺突蛋白结合,从而阻止感染和复制的发生。

 

综上,预计在SA58和SA55投入使用后,无论作为注射用药或喷雾形式的局部用药,以单组分使用或者形成抗体组合使用,对各类冠状病毒相关疾病防治工作均具有积极意义。

 



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