Medcomm |赵金存团队首次发现并解析了靶向SARS-CoV-2刺突蛋白NTD“沉默表位”抗体的中和机制

摘要：自2019年末全球新冠疫情爆发以来，对SARS-CoV-2的抗体研究主要集中在刺突蛋白上具有强效中和能力的靶向受体结合结构域（RBD）的抗体以及具有广谱抑制活性的靶向S2亚基的抗体。位于刺突蛋白上的另一个重要的中和抗体的靶点是NTD，NTD蛋白位于刺突蛋白的N

自2019年末全球新冠疫情爆发以来，对SARS-CoV-2的抗体研究主要集中在刺突蛋白上具有强效中和能力的靶向受体结合结构域（RBD）的抗体以及具有广谱抑制活性的靶向S2亚基的抗体。位于刺突蛋白上的另一个重要的中和抗体的靶点是NTD，NTD蛋白位于刺突蛋白的N端，是一个高度糖基化的蛋白，由于糖基的遮蔽导致抗原表位的有限暴露，疫情早期报道的靶向NTD的抗体大部分集中于一个被称为“超级位点（Supersite）”的表位上，仅有少部分的抗体结合于“超级表位”之外。由于突变株的不断出现，NTD积累的突变使得大量靶向NTD的抗体被逃逸，特别是“超级表位”的抗体。因此，在NTD上是否存在非“超级表位”的广谱中和抗体仍然，需要进一步探究。

近来，广州医科大学/广州实验室赵金存团队与西湖大学周强团队合作，在国际期刊Medcomm上在线发表题为“Defining the Features and Structure of Neutralizing Antibody Targeting the Silent Face of the SARS-CoV-2 Spike N-terminal Domain”的研究论文，该研究鉴定了SARS-CoV-2刺突蛋白NTD上被聚糖分子遮蔽的“沉默表位（Silent Face）”，首次报道了靶向该表位的中和抗体3711，证实靶向该表位抗体比NTD上传统“超级表位”抗体更为优势的体内体外保护活性，并揭示了“沉默表位”抗体发挥中和作用的机制。

前期在SARS-CoV-2感染者的中和抗体筛选工作中，作者鉴定到了两株靶向刺突蛋白NTD的中和抗体（3711和26434）。结合亲和力检测和活病毒中和实验显示，与抗体26434相比，抗体3711对三聚体形式的刺突蛋白具有高亲和的结合活性，同时对多个SARS-CoV-2的突变株均具有中和能力（图1）。这种功能上的差异提示这两株抗体可能靶向于NTD上的不同表位。

图1 NTD抗体3711和26434对刺突蛋白三聚体的结合亲和力检测及活病毒中和实验

为了了解3711抗体的表位信息和中和机制，作者解析了3711和刺突蛋白三聚体复合物的冷冻电镜结构。结果显示，抗体3711可以与RBD处于“关闭”构象的刺突蛋白三聚体结合，每个刺突蛋白单体上可以结合一个抗体分子，形成稳定的对称结构。进一步通过抗原抗体相互作用界面的分辨率优化，结果显示抗体3711结合在一个由17、122、165位上三个天冬酰胺及其上的聚糖包围形成的隐蔽性表位中，将其称为“沉默表位”。在此之前，没有关于NTD上“沉默表位”及其靶向该表位的抗体的报道（图2）。

图2抗体3711和刺突蛋白三聚体复合物的冷冻电镜结构解析

基于生物膜干涉技术的竞争实验显示，抗体3711与刺突蛋白的结合能力更强，且当刺突蛋白结合上3711后不能再结合上ACE2，证实3711可以竞争性地阻断ACE2与Spike的结合。结构模型显示，结果显示结合在刺突蛋白三聚体上其中一个单体上的3711会与结合在同一个单体上的ACE2形成空间位阻效应，从而阻断RBD与受体的识别，抑制病毒的入侵（图3）。

图3 “沉默表位”抗体3711的中和机制

对沉默表位抗体3711对SARS-CoV-2多个突变株的体内保护活性实验表明，与已报道的NTD“超级表位”以及非“超级表位”的NTD抗体相比，3711对WT毒株、Beta毒株和Omicron BA.1.1毒株均具有更为优势的体内保护效果（图4）。

图4 SARS-CoV-2感染小鼠的体内保护实验

进一步基于已报道的新冠患者免疫组库数据，对靶向NTD“沉默表位”的代表性抗体3711进行人群性分析，结果表明，与靶向RBD的IGHV3-53类抗体以及NTD“超级表位”抗体相比，3711抗体及相对应型别的抗体在人群中及其罕有，证实其为稀有表位的抗体。

对3711抗体进行人群性分析，在已报道的新冠患者免疫组库数据中，以IGHV3-53抗体以及NTD“超级表位”抗体作为对照，发现3711及相关型别的抗体在人群中及其罕有，属于稀有表位的抗体（图5）。

图5 “沉默表位”抗体的人群性分析

当前对SARS-CoV-2中和抗体的研究丰富且透彻，而NTD上“沉默表位”及靶向该表位的抗体的鉴定以及中和机制的解析，将进一步完善对SARS-CoV-2刺突蛋白的免疫原性的表征。该研究也进一步证实，除了RBD和S2外，靶向NTD的中和抗体也可能通过特殊中和机制发挥广谱的中和效果。这一研究结果也将进一步指导冠状病毒广谱疫苗的设计和优化。

广州医科大学/广州实验室赵金存教授、西湖大学周强研究员、广州医科大学附属第一医院王延群教授、肇静娴教授为论文的共同通讯作者；广州医科大学附属第一医院张昭勇博士、张雨婷博士、程璘令教授，西湖大学张媛媛博士为论文的共同第一作者。该研究工作得到了国家自然科学基金、广东省基础与应用基础研究基金以及杭州市农业与社会发展科研项目的资助和支持。