新冠病毒鸡尾酒治疗策略深度解读
论文摘要
了解强效中和抗体（NAbs）如何抑制SARS-CoV-2对于开发有效的治疗而言至关重要。此前我们发现并描述了一种具有极高效力的SARS-CoV-2 NAb——BD-368-2。但是，我们在很大程度上并不了解该抗体的中和机制。在此，我们报告了BD-368-2/S刺突蛋白三聚体复合物的3.5-Å 冷冻电镜结构，显示出BD-368-2通过同时占据所有三个受体结合域（RBD）来完全阻止了ACE2识别，无论它们呈“向上”还是“向下”构象。而且，相比于接受安慰剂后仍表现出重度间质性肺炎的仓鼠，感染的成年仓鼠接受低剂量BD-368-2治疗后康复，且在多种给药窗口给予BD-368-2均有效。此外，BD-368-2的表位完全不同于反复出现的VH3-53/VH3-66 NAb的共同结合位点，其证据为其与RBD形成的三方共晶体结构。将BD-368-2与有效的复现型NAb配对可在pM水平中和SARS-CoV-2假病毒，避免突变诱导的中和逃逸。总之，我们的结果提出并合理分析了一种具有强大中和效力的全新RBD表位，证明了BD-368-2在治疗COVID-19方面的巨大潜力。
团队专访
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请您和团队先介绍研究的初衷。
在没有新冠疫苗和特效效药物时，康复患者血清是一种有效的治疗方案，但因为每个病人需要好几位康复者的血清以及康复者产生的抗体个体差异性很大，血清治疗的广泛使用受限。同时，我们用猴新冠模型做的二次感染实验中，猴子产生的病毒特异性中和抗体能够有效预防二次感染，这说明中和抗体有希望成为新冠特效药。我们2020年5月18日在细胞杂志发文报道我们用高通量单细胞基因组学在康复者的血清中筛选出一批高活性的中和抗体，其中BD-368-2抗体的活性最高。这次文章主要是集中于研究包括BD-368-2在内的中和抗体的活性机制，通过解析抗原-抗体复合物的原子分辨率三维结构明确其结合抗原的表位及阻止病毒进入人类细胞的机理，并且检验BD-368-2在重症动物模型中的药用效果。
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与其他动物模型相比，黄金仓鼠模型在中和抗体的研究中有何优势？其感染与人类感染有何异同？
前期研究中，我们做了猴、转基因小鼠、雪貂等动物模型。与其他动物相比，仓鼠模型的疾病表现更接近临床重症病人。比如说，SARS-CoV-2感染四个月左右的仓鼠后，感染的仓鼠表现出体重下降明显、重度间质性肺炎、病程持续时间长，而且造成了多器官损伤，这些特征与临床重症患者更为接近。由于仓鼠模型更接近重症患者，如果抗体有效，更能反映出疗效。
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在感染后不同时间点（ ）注射BD-368-2产生的效果有何不同？这说明了什么？
我们分析了不同时间点给予同一剂量BD-368-2抗体对仓鼠模型的病毒载量、体重和病理三个指标的影响。五个时间点分别是感染病毒前24小时（预防给药），感染病毒后（治疗给药）2小时、8小时、24小时和48小时。
从病毒载量数据可以看出，预防给予BD-368-2抗体的效果最佳，可以使病毒载量降低100倍以上。其次是接种病毒后2小时或8小时给予抗体，病毒载量下降也接近或超过100倍。而在接种病毒后24小时给予抗体，病毒载量下降近10倍。
从体重来看，可以看出预防给予抗体或在感染后24小时内给予抗体，均可以有效缓解病毒感染引起的体重下降。病理结果与体重一致，在上述时间点给予抗体，均可有效缓解重度间质性肺炎。
这些结果提示在临床上预防给予抗体或者在感染早期给予抗体治疗，对新冠肺炎有一定的治疗效果。
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注射不同剂量的BD-368-2后产生的效果有何差异？这对后续的试验有何启示？
我们分析了在感染后2小时给予不同剂量BD-368-2抗体对地鼠模型的病毒载量、体重和病理影响。选择测试的4个剂量分别是20mg/kg、10mg/kg、5mg/kg、2mg/kg。
从体重数据可以看出，给予不同剂量的BD-368-2抗体治疗，均可以有效缓解仓鼠模型的体重下降，其中20mg/kg和10mg/kg剂量效果最好。
从病毒载量数据可以看出，给予不同剂量的BD-368-2抗体治疗，均可以有效抑制病毒复制，其中10mg/kg以上可使病毒载量下降接近2个log值。
从病理来看，给予5mg/kg以上抗体可以有效缓解重度间质性肺炎。
正因为我们进行了细致的剂量设计，得出了明确的量效关系。相信这种设计思路对类似实验的设计、抗体评价和临床使用具有借鉴作用。
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本研究提出的BD-368-2/BD-629鸡尾酒疗法可以避免突变诱发的中和逃逸，这与其他疗法或其他NAbs有何不同？
与单一抗体疗法相比，鸡尾酒疗法可以避免由于单抗体的选择压力而产生的逃逸突变，因为病毒蛋白同时在两个抗体识别表位出现突变的概率相对较低。从另外一个角度出发，由于新冠病毒的广泛传播，一些突变株已经出现，而且其中的一些突变株可以逃逸单独抗体的中和活性（Li et al., Cell 182, 1284–1294.e9）。鸡尾酒疗法首先可以有效的对这些突变病毒株进行中和，而且也可以进一步降低它们在人群中的传播。
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根据结构分析结果，BD-368-2是怎样发挥高效中和作用的？
由于其独特的结合表位，BD-368-2与新冠病毒Spike蛋白的受体结合区域（ , RBD）的相互作用不受RBD的空间位置影响。无论RBD处于“向上”或“向下”的状态，BD-368-2均可与其发生很好的结合，从而彻底阻断Spike三聚体与ACE2受体的结合。同时，我们也发现BD-368-2可以诱导Spike三聚体产生很大的构象变化并破坏其结构稳定性。这一性质可能也和它的高中和活性密切相关。
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本研究遇到了什么困难，团队是如何解决的？
在结构研究过程中，曾经遇到的一个主要技术问题就是上面提到的BD-368-2可以有效的破坏Spike三聚体的整体结构，给冷冻电镜的研究制造了很大困扰。后来，美国德州大学奥斯汀分校的Jason 实验室5月30日在预印本平台上发布了一篇文章，报道了一个Spike蛋白的稳定突变体（后来该文章被杂志接收）。我们第一时间注意到了这篇文章，制备了该突变体，发现该突变体确实更为稳定，有利于冷冻电镜的研究。
另外，为了获得高分辨率的结构信息，我们也一直在尝试获得BD-368-2和RBD的复合体晶体。虽然我们可以制备很好的蛋白样品，但一直不能获得晶体。这也逼迫我们尝试新的思路。我们也是在这个过程中通过生化实验摸索发现BD-368-2可以和VH3-53/VH3-66系列抗体（包括BD-629）同时结合RBD，且这样形成的“三元“复合体样品很容易结晶。这一发现使得我们成功的解析了高分辨率晶体结构，从而可以更为清晰的分析BD-368-2与RBD之间的分子作用细节；同时也促使我们产生了BD-368-2/BD-629抗体组合用于鸡尾酒疗法的想法。
通讯作者简介
肖俊宇副教授
肖俊宇，结构生物学家，北京大学生命科学学院、北大清华生命科学联合中心研究员。2002年毕业于北京大学；2008年在密歇根大学获得理学博士学位；2009年到 2011年，在加州大学圣地亚哥分校作博士后，师从Jack Dixon教授；2011 年2013年，在加州大学圣地亚哥分校作为项目科学家开展研究工作；2014年到2019年在北京大学担任助理教授；2014至今，在北京大学生命科学学院担任研究员/独立PI；2020至今，担任北京大学长聘副教授。
苏晓东副教授
苏晓东，结构生物学家，北京大学生物医学前沿创新中心（）常务副主任，北京大学生命科学学院长江特聘教授，国家自然科学基金委杰出青年基金获得者。1985年毕业于北京大学物理学院；1988年起在瑞典皇家医学院细胞与分子生物学系攻读博士学位，1998年起在美国 医学研究所（HHMI）加州理工学院生物学部作研究助理（博士后），师从结构免疫生物学家 教授；1998年至2002年在瑞典隆德（Lund）大学化学中心、分子生物物理学系先后担任助理教授、副教授。
谢晓亮教授
谢晓亮，生物物理化学家，北京大学李兆基讲席教授，北京大学生物医学前沿创新中心主任，北京未来基因诊断高精尖创新中心主任。1984年本科毕业于北京大学，1990年在加州大学获博士学位，1999年被哈佛大学聘为化学和化学生物系终身教授，2009年起担任哈佛大学讲席教授，2018年全职回到北京大学工作。
谢晓亮是单分子酶学和相干拉曼散射显微成像技术的开拓者。2010年开始研究单细胞基因组学，尤其是医学应用。谢晓亮团队发明的单细胞全基因组扩增法为上千个患有单基因遗传病的家庭成功避免了疾病的后代传递。新冠疫情爆发后，他与其团队的曹云龙等合作者利用单细胞测序技术找到高活性新冠中和抗体。
秦川教授
秦川，实验病理学家，中国医学科学院医学实验动物研究所所长，北京协和医学院终身教授。长期从事人类疾病动物模型研制及比较医学研究，研制了系列神经退行性疾病模型，创建了国内最大的人类疾病动物模型资源库、比较医学理论技术体系和传染病动物模型技术平台。曾在SARS、H5N1、手足口病、H1N1、H7N9、MERS等疫情中研制了动物模型，开展致病机制和药效学研究。新冠疫情爆发后，她与团队构建了转基因小鼠模型和恒河猴模型，在病原体确定、肺炎病理特征、病毒入侵受体、免疫系统保护作用、传播途径方面开展了一系列研究，完成了120余种药物和25种疫苗的药效学评价。
▌论文标题：
SARS-CoV-2 Shows High in and a
▌论文网址：
(20)31232-0#%20
▌DOI：