PNAS | 一種超強(qiáng)效抗體可中和所有寨卡病毒，并能規(guī)避抗體依賴(lài)增強(qiáng)效應(yīng)

近年來(lái)，由寨卡病毒（ZIKV）感染引發(fā)的公共衛(wèi)生危機(jī)，尤其是其與新生兒小頭畸形等嚴(yán)重神經(jīng)系統(tǒng)疾病的明確關(guān)聯(lián)，凸顯了開(kāi)發(fā)有效防治手段的緊迫性。然而，疫苗與特效藥物的研發(fā)面臨多重獨(dú)特挑戰(zhàn)：一方面，病毒在體內(nèi)外存在結(jié)構(gòu)迥異的成熟與不成熟顆粒，二者都可能具有感染性；另一方面，常見(jiàn)的抗體介導(dǎo)的抗體依賴(lài)增強(qiáng)（ADE）效應(yīng)，不僅可能導(dǎo)致二次感染加重，甚至可能使原本無(wú)感染性的不成熟病毒顆粒獲得侵入細(xì)胞的能力，這為安全有效的抗體療法設(shè)下了巨大障礙。

在此背景下，2025年12月24日，PNAS在線(xiàn)發(fā)表了一篇題為“An ultrapotent human antibody neutralizes all maturation states of Zika virus”的研究型論文，該研究對(duì)一種能高效中和寨卡病毒的超強(qiáng)效人源抗體（HMAB）A9E展開(kāi)了系統(tǒng)性解密。研究者們通過(guò)高分辨率的冷凍電鏡結(jié)構(gòu)生物學(xué)與功能實(shí)驗(yàn)，首次清晰揭示了A9E如何“雙管齊下”——既能中和不同成熟狀態(tài)的病毒顆粒，又能巧妙規(guī)避或抑制危險(xiǎn)的ADE效應(yīng)，從而為開(kāi)發(fā)下一代安全的抗病毒抗體藥物提供了關(guān)鍵的科學(xué)藍(lán)圖。

HMAb A9E 對(duì) mZIKV 的中和機(jī)制

病毒聚集實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，A9E IgG可引起病毒顆粒聚集，聚集程度在抗體與病毒摩爾比為180:1時(shí)達(dá)到峰值。病毒中和活性在聚集高峰期間（抗體:病毒為60:1至180:1）顯著上升，但在更高抗體濃度下，即使聚集減少，中和活性仍持續(xù)增強(qiáng)；附著前后中和實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，A9E具有附著后中和活性（PRNT50 = 55.1 ng/mL），但其效力比附著前中和（PRNT50 = 8.8 ng/mL）弱7倍，表明其可在病毒附著細(xì)胞前后均發(fā)揮作用；附著抑制實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，A9E抗體（0.1-10 μg/mL）能夠抑制約70-80%的病毒附著到細(xì)胞表面；膜融合抑制實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，A9E對(duì)融合的抑制能力較弱，在最高測(cè)試濃度（100 μg/mL）下僅抑制約40%的融合，且抑制效果隨抗體濃度降低而減弱。綜上，抗體A9E主要通過(guò)抑制病毒與細(xì)胞附著的步驟來(lái)發(fā)揮中和作用，從而阻止病毒感染。

圖1. 抗體A9E的中和機(jī)制

Fab A9E與mZIKV復(fù)合物的冷凍電鏡結(jié)構(gòu)研究

研究者通過(guò)冷凍電鏡解析了mZIKV與Fab A9E復(fù)合物的結(jié)構(gòu)，整體分辨率為2.8 ?。分析發(fā)現(xiàn)，Fab結(jié)合未引起E蛋白二聚體顯著的結(jié)構(gòu)變化。然而，在病毒表面180個(gè)E蛋白拷貝中，僅觀察到約140個(gè)Fab結(jié)合位點(diǎn)被占據(jù)。具體而言，位于五重軸和二重軸頂點(diǎn)附近的E蛋白分子A和B上的結(jié)合信號(hào)強(qiáng)，而位于三重軸頂點(diǎn)附近的分子C上的結(jié)合信號(hào)非常弱。進(jìn)一步的局部重建和分類(lèi)分析證實(shí)，每個(gè)三重軸頂點(diǎn)在任一時(shí)刻僅能結(jié)合一個(gè)Fab分子，這是由于已結(jié)合的Fab造成了空間位阻，阻止了其他Fab對(duì)相鄰表位的結(jié)合。當(dāng)提高Fab濃度時(shí)，電鏡圖像中出現(xiàn)了更多表面結(jié)構(gòu)發(fā)生扭曲的病毒顆粒。這些扭曲顆粒的E蛋白層向外移位，失去了完整病毒典型的多邊形形狀。這表明高濃度的Fab A9E能夠引起成熟寨卡病毒顆粒的結(jié)構(gòu)變形。

圖2. mZIKV與Fab A9E絡(luò)合的低溫電鏡圖（3Fab:3E的摩爾比）

成熟寨卡病毒上的A9E表位

基于2.8?分辨率的復(fù)合物結(jié)構(gòu)分析，A9E的表位被精確定位。該表位橫跨E蛋白的EDI結(jié)構(gòu)域、EDIII結(jié)構(gòu)域以及連接二者的鉸鏈區(qū)。結(jié)合界面處的側(cè)鏈密度清晰，局部分辨率達(dá)3.1-3.3 ?。分析顯示，Fab的結(jié)合足跡主要集中在EDI上，覆蓋了糖基化環(huán)、G0-H0環(huán)以及EDI-EDIII連接區(qū)。此結(jié)果與之前通過(guò)逃逸突變體等研究預(yù)測(cè)的表位區(qū)域相符。進(jìn)一步的相互作用分析揭示了Fab與E蛋白之間存在五個(gè)主要的接觸斑塊，涉及Fab重鏈和輕鏈的多個(gè)互補(bǔ)決定區(qū)（CDR）與E蛋白上上述特定結(jié)構(gòu)元件的相互作用，并且結(jié)合界面表現(xiàn)出電荷互補(bǔ)的特征。

圖3. Fab A9E與橫跨EDI和EDIII的表位結(jié)合，鎖定EDI -EDIII連接體

Fab A9E與ImmZIKV顆粒的相互作用

研究人員進(jìn)一步探究了Fab A9E與完全未成熟寨卡病毒（immZIKV）顆粒的相互作用。冷凍電鏡分析顯示，在較低Fab濃度（1.5 Fab : 3 E蛋白）下，部分病毒顆粒結(jié)構(gòu)保持完整，部分則發(fā)生變形；當(dāng)Fab濃度升高（3 Fab : 3 E蛋白）時(shí)，大多數(shù)顆粒出現(xiàn)顯著變形。因此，研究以1.5:3的摩爾比解析了完整immZIKV:Fab復(fù)合物的冷凍電鏡結(jié)構(gòu)，分辨率為7.5 ?。該結(jié)構(gòu)表明，病毒表面180個(gè)E蛋白拷貝中僅有60個(gè)被Fab占據(jù)。

圖4. immZIKV與Fab A9E絡(luò)合的低溫電鏡圖

通過(guò)對(duì)三重軸頂點(diǎn)區(qū)域的局部重建，分辨率提升至6.5 ?，并確認(rèn)該區(qū)域在任何時(shí)刻僅能結(jié)合一個(gè)Fab分子。與高分辨率的成熟病毒（mZIKV）復(fù)合物結(jié)構(gòu)比對(duì)發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)ab在兩種病毒顆粒上的結(jié)合表位區(qū)域高度重疊。此外，研究觀察到，即使是在較低Fab濃度下，已有部分病毒顆粒的脂質(zhì)雙層膜出現(xiàn)扭曲；而高濃度Fab則導(dǎo)致絕大多數(shù)immZIKV顆粒結(jié)構(gòu)發(fā)生顯著變形，推測(cè)這可能是由于抗體結(jié)合干擾了病毒表面結(jié)構(gòu)（如分子A或B）所致。這些結(jié)果表明，A9E抗體同樣能夠有效結(jié)合并破壞未成熟病毒顆粒的結(jié)構(gòu)。

HMAb A9E對(duì)ImmZIKV的ADE活性

研究表明，未成熟寨卡病毒（immZIKV）本身感染性較弱，但可通過(guò)與抗體結(jié)合形成復(fù)合物，利用抗體依賴(lài)性增強(qiáng)（ADE）機(jī)制感染表達(dá)Fcγ受體的髓系細(xì)胞。IgG A9E引起ADE所需的抗體濃度窗口非常狹窄（0.64-400 ng/mL）；相比之下，結(jié)合表位不同的IgG DV62.5則在所有測(cè)試濃度（從0.64 ng/mL起）下均能支持ADE，表明其引發(fā)ADE的風(fēng)險(xiǎn)窗口更寬。

圖5. Fab A9E結(jié)合使immZIKV顆粒不穩(wěn)定，可預(yù)防其他抗體引起的ADE

通過(guò)將無(wú)法結(jié)合Fc受體的A9E Fab片段或經(jīng)過(guò)LALA突變（喪失Fc受體結(jié)合能力）的A9E IgG，與固定濃度的增強(qiáng)性抗體DV62.5共同作用于immZIKV，結(jié)果顯示兩者均能有效抑制甚至完全消除由DV62.5/immZIKV復(fù)合物引發(fā)的ADE效應(yīng)。其中，LALA突變體IgG A9E的抑制能力尤為突出，在極低濃度（0.064 nM）下即可抑制50%的ADE活性。這證明了A9E抗體及其改造變體具有阻斷有害ADE效應(yīng)的潛力。

綜上，該研究系統(tǒng)闡明了一種超強(qiáng)效人源抗體A9E針對(duì)寨卡病毒所有成熟狀態(tài)的廣譜中和機(jī)制，并揭示了其規(guī)避抗體依賴(lài)性增強(qiáng)（ADE）風(fēng)險(xiǎn)的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。通過(guò)高分辨率冷凍電鏡結(jié)構(gòu)解析，研究者發(fā)現(xiàn)A9E結(jié)合于病毒E蛋白上一個(gè)由結(jié)構(gòu)域I、III及其連接區(qū)組成的獨(dú)特表位，該結(jié)合在不同成熟狀態(tài)的病毒顆粒上高度保守。功能研究表明，A9E主要通過(guò)聚集病毒顆粒、阻斷其與宿主細(xì)胞附著來(lái)發(fā)揮強(qiáng)效中和作用，且能誘導(dǎo)病毒表面結(jié)構(gòu)發(fā)生變形，尤其對(duì)未成熟病毒顆粒更為顯著。更重要的是，盡管A9E自身在極窄濃度范圍內(nèi)仍可引發(fā)ADE，但其Fab片段或經(jīng)過(guò)Fc功能域改造的LALA突變體能有效抑制其他增強(qiáng)性抗體介導(dǎo)的ADE效應(yīng)。這些發(fā)現(xiàn)不僅從原子層面揭示了A9E的作用機(jī)理，也為其進(jìn)一步開(kāi)發(fā)為一種能同時(shí)應(yīng)對(duì)病毒異質(zhì)性和ADE風(fēng)險(xiǎn)的安全治療性抗體提供了關(guān)鍵依據(jù)。

https://doi.org/10.1073/pnas.2502522122

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