基于纳米抗体的重组抗蛇毒血清用于眼镜蛇、曼巴蛇和环颈蛇咬伤

Nanobody-based recombinant antivenom for cobra, mamba and rinkhals bites

作者信息Shirin Ahmadi, Nick J Burlet, Melisa Benard-Valle, Alid Guadarrama-Martínez, Samuel Kerwin, Iara A Cardoso, Amy E Marriott, Rebecca J Edge, Edouard Crittenden, Edgar Neri-Castro, Monica L Fernandez-Quintero, Giang T T Nguyen, Carol O'Brien, Yessica Wouters, Konstantinos Kalogeropoulos, Suthimon Thumtecho, Tasja Wainani Ebersole, Camilla Holst Dahl, Emily U Glegg-Sørensen, Tom Jansen, Kim Boddum, Evangelia Manousaki, Esperanza Rivera-de-Torre, Andrew B Ward, J Preben Morth, Alejandro Alagón, Stephen P Mackessy, Stuart Ainsworth, Stefanie K Menzies, Nicholas R Casewell, Timothy P Jenkins, Anne Ljungars, Andreas H Laustsen
PMID41162699
期刊Nature
发布时间2025-11
DOI10.1038/s41586-025-09661-0

实验完整度

包含体外结合与中和实验、细胞毒性及酶活性实验、体内致死与皮肤坏死模型、结构解析等多层级验证。

主要模型

小鼠(CD1/NSA品系) N/TERT角质形成细胞系 人横纹肌肉瘤细胞系 羊驼和美洲驼(用于免疫)

重点核对

免疫动物:羊驼和美洲驼 免疫原:18种蛇毒混合物 VHH筛选:噬菌体展示及DELFIA 体内实验:小鼠品系(CD1或NSA)及注射途径 剂量:3×LD50毒液与抗蛇毒血清的比例

摘要

每年,蛇咬伤中毒夺去数千人的生命,并给撒哈拉以南非洲的受害者造成严重伤害,其中许多人依赖来源于动物血浆的抗蛇毒血清作为唯一的治疗选择。传统抗蛇毒血清价格昂贵,可能引起不良免疫反应,对局部组织损伤的疗效有限,而且往往对所有医学相关的蛇种无效。因此,对蛇咬伤中毒治疗创新的迫切医疗需求尚未得到满足。然而,由于毒蛇种类繁多且其毒液成分复杂多变,开发广谱治疗极具挑战性。在此,我们通过用18种不同蛇(包括曼巴蛇、眼镜蛇和环颈蛇)的毒液免疫一只羊驼和一只美洲驼,构建噬菌体展示文库,并鉴定高亲和力广谱中和纳米抗体,来应对这一挑战。我们将其中8种纳米抗体组合成一种明确的多克隆混合物,产生了一种能够中和7个毒素家族或亚家族的实验性多价重组抗蛇毒血清。该抗蛇毒血清在体内有效预防了17种非洲眼镜蛇科蛇种诱导的致死性,并显著减少了所有测试的细胞毒性毒液诱导的皮肤坏死。该重组抗蛇毒血清表现优于目前使用的血浆来源抗蛇毒血清,因此显示出对非洲所有医学相关眼镜蛇科蛇咬伤提供全面、覆盖整个大陆的保护的巨大前景。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
能否用少量广谱中和纳米抗体构建对非洲医学相关眼镜蛇科蛇毒具有广泛覆盖的重组抗蛇毒血清?
核心机制
重组抗蛇毒血清通过8种VHH靶向7个毒素家族或亚家族(包括sNTx、lNTx、CTx、PLA2、KUN、AgTx、Og XI)的保守表位,从而中和毒素的毒性作用。
主要证据
通过在体外结合实验、细胞毒性实验、酶活性实验及体内小鼠模型(包括预孵育和救援实验)中验证,该重组抗蛇毒血清能预防17种蛇毒的致死性并减轻皮肤坏死。
研究意义
本研究展示了一种可行的开发覆盖全大陆的广谱重组抗蛇毒血清的策略,为未来临床转化提供希望。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

免疫与噬菌体文库构建

产生针对多种蛇毒的免疫VHH噬菌体展示文库

用18种蛇毒混合物免疫羊驼和美洲驼,收集血液构建6个VHH噬菌体文库。

2

毒素鉴定与纯化

鉴定并纯化毒液中的关键毒素家族

采用RP-HPLC从18种蛇毒中分离毒素组分,并通过质谱蛋白组学分析确定其组成。

3

VHH筛选与体外表征

筛选能结合并中和目标毒素的广谱VHH

通过噬菌体展示交叉筛选(cross-panning)获得VHH,采用DELFIA、BLI检测亲和力,并通过细胞试验和酶活试验评估中和能力。

4

设计重组抗蛇毒血清

选择最少且最广谱的VHH组合

通过体内预孵育实验测试单个或组合VHH对纯毒素和全毒液的中和能力,逐步确定包含8种VHH的组合。

5

结构解析

揭示VHH与毒素相互作用的分子基础

通过共结晶、cryo-EM和AlphaFold 3预测等手段分析VHH与目标毒素的结合模式。

6

体内功效验证

评估重组抗蛇毒血清对致死性和皮肤坏死的保护效果

通过预孵育和救援实验评估抗蛇毒血清对18种蛇毒致死性的中和作用,并评估对3种细胞毒性毒液诱导的皮肤坏死的抑制作用。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

产品清单

实验环节名称品牌货号
Agilent 1200高效液相色谱Agilent--
C18色谱柱Teknokroma--
EZ-Link NHS-PEG4-生物素Thermo ScientificA39259
Vivacon 500离心超滤管--VN01H91
Amicon Ultra-4超滤管MerckUFC8000324
ProteoMass蛋白MALDI-MS校准试剂盒Sigma-AldrichMSCAL3
Ultraflex II TOF/TOF质谱仪Bruker Daltonics--
SOLAµ SPE板Thermo--
Thermo EasyLC 1200高效液相色谱Thermo--
Q-Exactive质谱仪Thermo Fisher Scientific--
链霉亲和素磁珠M-280Fisher Scientific10465723
KingFisher Flex自动磁珠纯化系统Thermo Scientific711-82573
胰蛋白酶Sigma-AldrichT9201-500MG
GeneJET质粒小提试剂盒Thermo FisherK0503
限制性内切酶PstI和Eco91INew England Biolabs--
大肠杆菌BL21(DE3)菌株New England Biolabs--
镍树脂Sigma-AldrichP6611
HIS-select镍亲和凝胶Sigma-AldrichP6611
SnakeSkin透析袋ThermoFisher Scientific68100
Amicon Ultra-15超滤管Fisher Scientific10781543
Octet RED 96生物层干涉仪ForteBio--
Qube 384自动化膜片钳系统Sophion Bioscience--
膜片芯片----
N/TERT角质形成细胞----
人横纹肌肉瘤细胞系ATCC--
CellTiter-Glo发光细胞活力检测试剂盒Promega--
NOBA (4-硝基-3-(辛酰氧基)苯甲酸)----
VICTOR Nivo多功能酶标仪PerkinElmerHH35000500
Superdex 75 10/300GL凝胶过滤柱Cytiva--
NGC Quest 10 Plus层析系统Bio-Rad--
3.0kDa截留分子量超滤管MerckUFC500324
SWISSCI MRC 2孔结晶板JENA--
LMB、BCS、Index和Structure筛选试剂盒Hampton Research--
冷冻环Hampton Research--
Glacios冷冻电镜ThermoFisher--
Falcon 4i相机ThermoFisher--
Inoserp PAN-AFRICA抗蛇毒血清INOSAN BioPharmalot
GraphPad Prism软件----
Proteome Discoverer软件----

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
免疫与文库构建
动物品系、免疫剂量及时间表
阅读提示:Methods: Construction of an immune VHH-displaying phage library; Supplementary Table 2
噬菌体展示筛选
靶标浓度、文库浓度、交叉筛选策略
阅读提示:Methods: Solution-based phage display selections; Supplementary Table 3
体外中和实验
毒素与VHH的摩尔比、细胞系、孵育时间
阅读提示:Methods: Patch clamp electrophysiology; In vitro neutralization of cell cytotoxicity; In vitro neutralization of PLA2 enzymatic activity
体内致死中和实验
小鼠品系、LD50剂量、注射途径、抗蛇毒血清剂量
阅读提示:Methods: In vivo neutralization of venom-induced lethality; Pre-incubation experiments; Rescue experiments; Supplementary Tables 6, 8, 9
皮肤坏死实验
毒液剂量(1 MND)、VHH或抗蛇毒血清给药途径及时间
阅读提示:Methods: In vivo neutralization of venom-induced dermonecrosis; Fig. 5c,d