高福等学者首用恒河猴验证抗体防治新冠:高效阻断,申请临床
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高福等学者首用恒河猴验证抗体防治新冠:高效阻断,申请临床

2020年05月27日 19:21:01
来源:澎湃新闻

中国科学院微生物研究所等团队的一项研究表明, LALA突变的CB6人员单克隆抗体在体外实验中展现出较强的中和活性,随后的非人灵长类动物试验则发现,该抗体能够有效治疗和预防新型冠状病毒(SARS-CoV-2)感染,并减少与感染相关的肺损伤。

上述研究于当地时间5月26日被顶级学术期刊《自然》(Nature)以“加快评审文章 (Accelerated Article Preview) ”形式在线发表,题为“A human neutralizing antibody targets the receptor binding site of SARS-CoV-2”。该项研究由中国科学院微生物研究所严景华团队、高福团队、王奇慧团队联合中科院武汉病毒所、北京地坛医院、解放军总医院第五医学中心、国家疾病预防控制中心病毒病研究所、上海君实生物医药科技股份有限公司等机构联合完成。

通讯作者为解放军总医院王福生院士,中科院武汉病毒所袁志明研究员,中科院微生物所王奇慧研究员、高福院士和严景华研究员。

这篇论文首次报道了在非人灵长类动物试验模型中,能够有效治疗和预防新型冠状病毒(SARS-CoV-2)感染的特异性、全人源单克隆抗体。据中国科学院微生物研究所介绍,作为由中国科学院自主研发的具有重大临床应用前景的抗体药物,该产品已申请发明专利并进入产业化快速发展通道。并预期将在近期申请临床试验。

截至5月25日,全球确诊感染新型冠状病毒的人数已超过520万,死亡人数超过33万。但目前仍无特效药物和疫苗用于治疗和预防新型冠状病毒感染,成为人类的重大威胁。

值得注意的,研究团队在论文中还特别指出,“此前,国际病毒分类委员会(ICTV)将新冠病毒命名为SARS-CoV-2,但许多病毒学家认为HCoV-19更合适”。

两株单克隆抗体被鉴定能够阻断SARS-CoV-2-RBD与hACE2受体的结合

新冠病毒是继SARS-CoV、MERS-CoV之后第三种高致病性冠状病毒,它和SARS-CoV一样使用受体血管紧张素转换酶2(ACE2)进入细胞。目前,大多数的治疗研发方案都瞄准新冠病毒入侵人类的“钥匙”——S蛋白(刺突糖蛋白)。S蛋白介导病毒和宿主细胞结合并入侵,它由S1结构域和S2结构域两部分组成,分别介导受体结合和膜融合。

近期,包括高福等学者在内的多家科研机构解析了位于S1的S蛋白受体结合域RBD及其与人类受体hACE2复合物的晶体结构。此前的研究显示,大量抗体通过靶向SARS-CoV或MERS-CoV的RBD表现出中和活性,推测可能是通过干扰病毒受体的结合。

在这项研究中,研究团队试图从康复患者中分离出抗SARS-CoV-2的单克隆中和抗体(MAbs)。论文提到,研究团队从COVID-19康复期患者外周血单核细胞(PBMCs)中筛选特异性记忆B细胞。两株单克隆抗体CA1和CB6的被鉴定能够阻断SARS-CoV-2-RBD与hACE2受体的结合。

流式细胞仪(FACS)对CA1和CB6的结合分析显示,两株单克隆抗体均能特异性结合SARS-CoV-2 S蛋白转染HEK293T细胞,而不能特异性结合SARS-CoV S或MERS-CoV S转染细胞。结合动力学测试显示,CA1和CB6与SARS-CoV-2-RBD的平衡常数(KD)的分别为4.68±1.64 nM和2.49±1.65 nM。

随后他们利用体外表达SARS-CoV-2 S抗原的假病毒,研究了CA1和CB6对SARS-CoV-2感染的中和能力。结果显示,CA1和CB6均可抑制假病毒转导至Huh7细胞、Calu-3和HEK293T细胞。

值得注意的是,就50%的中和剂量(ND50)而言,CB6比CA1具有更强的中和活性。与此一致,在SARS-CoV-2感染Vero E6细胞时,CB6也表现出强于CA1的中和活性,CB6的ND50为0.036±0.007微克/毫升,CA1为0.38微克/毫升。

总之,两种单克隆抗体均在SARS-CoV-2感染体外实验中展示出较强的中和活性,CB6则表现更为出色。

恒河猴试验:CB6-LALA可以抑制SARS-CoV-2病毒滴度,并减少感染相关的肺损伤

研究团队进一步在在恒河猴SARS-CoV-2感染模型中进行CB6单抗测试。

值得一提的是,考虑到在SARS-CoV感染中观察到的抗体依赖性增强(ADE)副作用的潜在风险,研究团队将CB6的Fc部分进行了LALA突变(CB6-LALA),以降低Fc介导的急性肺损伤的风险。

治疗组3只恒河猴(6-8岁)经气管内攻毒1×105 50%组织培养感染剂量(TCID50)SARS-CoV-2。CB6-LALA (50 mg/kg)于感染后(dpi)第1天和第3天腹腔注射。对照组(n=3)在1dpi和3dpi均给予等量的磷酸盐缓冲盐水(PBS)。每日检测咽拭子病毒滴度,直至7dpi。

在对照组中,病毒载量在4dpi时达到峰值水平(约106.5 RNA拷贝/毫升),然后自然下降。相比之下,CB6-LALA治疗组可在给药后立即降低病毒滴度。

此外,除治疗组之外,研究团队还设置了预防组试验。3只恒河猴的结果显示,在SARS-CoV-2攻毒前给予单剂量CB6-LALA(50 mg/kg)可显著保护它们不受SARS-CoV-2感染。这组咽拭子仅检测到最低水平的病毒,病毒载量峰值不超过103个RNA拷贝/mL,提示CB6-LALA抗体对SARS-CoV-2感染具有较强的预防保护作用。

除了降低病毒滴度外,研究团队还进一步研究了CB6-LALA是否也能抑制SARS-CoV-2感染猴子的病理性肺损伤。每组均有一只猴子在5dpi时被实施安乐死。

结果发现,对照组动物表现为间质性肺炎,以肺泡间隔增厚、成纤维细胞增殖和纤维化为特征,单核细胞和淋巴细胞大量浸润。在一些肺泡腔中,可以观察到纤维素渗出,形成透明膜和肺出血。肺毛细血管腔内也有明显血栓形成,细支气管内有坏死和脱落的上皮细胞积聚。

相比之下,预防性治疗或感染后治疗的猴子表现出有限的病理性肺损伤。和对照组相比,预防组合治疗组猴子都保持整体完整的肺泡结构、水肿减少、没有形成透明膜、纤维化显著减少和白细胞渗入减少。此外,研究团队没有观察到严重的小支气管和肺毛细血管病变。

因此,研究认为,无论是预防还是治疗,CB6-LALA都可以抑制SARS-CoV-2病毒滴度,并减少感染相关的肺损伤。

CB6的阻断中和机制

研究团队还制备了CB6-Fab/SARS-CoV-2-RBD的蛋白复合物的晶体,获得分辨率为2.9 Å(埃)的复合物三维结构,进一步从结构层面研究了CB6的阻断中和机制。为了分析CB6对SARS-CoV-2-RBD/hACE2相互作用的阻断机制,研究团队还将CB6-Fab /SARS-CoV-2-RBD复合物结构与hACE2/SARS-CoV-2-RBD复合物叠加。

结果显示,CB6的结合引起了hACE2结合的空间位阻,这是由CB6的VH和VL介导的(图4e)。在RBD上,CB6和hACE2之间也存在大量重叠的结合区域。

综上所述,研究认为CB6的阻断机制既依赖于其VH,也依赖于VL,通过空间位阻和直接的界面残基竞争来阻断hACE2与SARS-CoV-2-RBD的结合。

值得注意的是,CB6的SARS-CoV- 2-RBD上的相互作用的表位与hACE2的结合表位高度重叠,表明它对SARS-CoV-2突变变体会具有很强的耐药性。

研究团队提到,“据我们所知,这是利用非人类灵长类动物评估单克隆抗体对SARS-CoV-2中和作用的首份报告,将有助于临床试验中给药方案的设计。”这项研究的数据表明,从COVID-19康复期患者中分离出的具有中和作用的单克隆抗体CB6可能是一种潜在的COVID-19治疗药物,值得进一步的转化研究。

值得注意的是,就在十几天之前,当地时间5月13日,顶级学术期刊《科学》(Science)在线发表了来自由高福等人领衔完成的另一项研究,他们从一名新冠康复患者中分离出的两种单克隆抗体B38和H4抗体,可以阻止病毒S蛋白受体结合区域RBD与人体细胞受体ACE2之间的结合。随后在小鼠模型中的治疗研究证实,这两种抗体可降低小鼠感染后肺部的病毒载量。

中科院微生物研究所表示,本次研发的中和抗体具有临床应用的重大前景。目前已经完成技术转化和治疗性抗体的生产工艺建设,产业化进展顺利,预期将在近期申请临床试验。“一旦成功上市,将会为世界疫情防控工作做出来自中国科学院的贡献。”