通过双特异性抗体对流感病毒血凝素和神经氨酸酶的双重中和可提高抗病毒活性

Dual neutralization of influenza virus hemagglutinin and neuraminidase by a bispecific antibody leads to improved antiviral activity

作者信息Romila Moirangthem, Sapir Cordela, Dina Khateeb, Ben Shor, Ivan Kosik, Dina Schneidman-Duhovny, Michal Mandelboim, Friederike Jönsson, Jonathan W Yewdell, Timothée Bruel, Yotam Bar-On
PMID39086132
期刊Mol Ther
发布时间2024-10
DOI10.1016/j.ymthe.2024.07.023

实验完整度

包含体外中和、NA抑制、Fc介导功能、逃逸突变体筛选、小鼠预防及治疗模型等多层级实验,并明确功能验证与机制探讨。

主要模型

MDCK细胞感染模型 小鼠流感病毒感染模型(C57BL/6,H1N1 PR8等) Jurkat NFAT CD16报告细胞 表达人CD32a的小鼠中性粒细胞

重点核对

双特异性抗体(BiAb)的构建与纯化(ExpiCHO细胞,蛋白A柱) BiAb对HA和NA的结合亲和力(BLI:KD = 4.397E−09 和 2.442E−08) 中和活性比较:BiAb IC50 = 0.3 μg/mL vs CR6261 1.51 μg/mL, 1G01 1.9 μg/mL, 联合 0.92 μg/mL 体内剂量:2 mg/kg腹腔注射,预防模型感染前4h给药,治疗模型感染后2天给药 逃逸突变体筛选:PR8在CR6261或BiAb存在下连续传代10次

摘要

靶向多种病毒蛋白对于持续抑制高度可变的病毒至关重要。近年来,已经开发出靶向流感病毒血凝素和神经氨酸酶糖蛋白的广谱中和抗体,并且已在临床前和临床研究中测试了抗体单药治疗以治疗或预防流感病毒感染。然而,血凝素和神经氨酸酶的双重中和对感染过程的影响及其治疗潜力尚未得到彻底测试。为此,我们生成了一种双特异性抗体,可中和流感病毒的血凝素和神经氨酸酶。我们证明,这种双特异性抗体具有双重抗病毒活性,因为它能阻断感染并防止子代病毒从感染细胞中释放。我们表明,通过双特异性抗体对血凝素和神经氨酸酶的双重中和优于单克隆抗体组合,因为它提高了中和能力并增强了抗体效应功能。值得注意的是,双特异性抗体在流感病毒感染的小鼠中表现出增强的抗病毒活性,降低了小鼠死亡率,并限制了抗体给药后病毒的突变谱。因此,对血凝素和神经氨酸酶的双重中和可能有效控制流感病毒感染。

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
双特异性抗体同时中和流感病毒血凝素(HA)和神经氨酸酶(NA)是否能改善抗病毒活性,并影响感染进程?
核心机制
通过“阻断-锁定”机制,BiAb同时阻断病毒进入和子代病毒释放;增强的活性可能源于对NA的额外靶向及Fc介导的效应功能增强,以及可能的空间位阻效应。
主要证据
体外中和实验显示BiAb的IC50优于单抗及组合;NA抑制实验证实阻断病毒释放;小鼠预防和治疗模型显示BiAb改善生存率、降低病毒载量;逃逸突变体分析显示BiAb改变HA突变谱并限制NA突变积累。
研究意义
该研究支持双特异性抗体双靶向策略在控制流感病毒感染中的潜力,为设计更有效的被动免疫疗法提供了依据。

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

双特异性抗体(BiAb)的生成与表征

验证BiAb能够结合流感病毒的HA和NA

将CR6261(抗HA茎)和1G01(抗NA)的Fab区克隆入含异源二聚化Fc的载体,转染ExpiCHO细胞表达纯化。通过SDS-PAGE、SEC-HPLC验证纯度,ELISA检测与不同病毒株HA/NA的结合,BLI测量亲和力。

2

体外病毒中和与释放抑制实验

检测BiAb是否阻断病毒感染及子代病毒释放

微量中和实验检测对PR8(H1N1)的中和能力;用BiAb处理感染后细胞,收集上清感染新鲜MDCK细胞,评估感染率;NA抑制实验用MUNANA底物检测NA活性。

3

Fc受体介导的效应功能评估

比较BiAb与单抗或组合激活中性粒细胞和NK细胞的能力

将表达人CD32a的小鼠中性粒细胞或Jurkat NFAT CD16报告细胞与PR8感染的MDCK细胞共培养,在抗体存在下检测CD62L脱落、CD11b上调(中性粒细胞)或发光信号(报告细胞)。

4

逃逸突变体筛选与单基因组测序

观察BiAb选择性压力下病毒HA和NA的突变谱

将PR8在递增浓度的CR6261、1G01或BiAb存在下于MDCK细胞中连续传代10次,收集上清,通过单基因组测序分析HA和NA基因突变。

5

小鼠保护与治疗实验

评估BiAb在体内对流感病毒感染的预防和治疗效果

在预防模型中,C57BL/6小鼠感染PR8前4小时腹腔注射2 mg/kg抗体;治疗模型中,感染后2天给药。监测体重、生存率及肺病毒载量(RT-qPCR)。

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
ExpiCHO-S细胞Thermo FisherA29133
ExpiCHO-S细胞表达培养基Thermo FisherA2910001
DMEM培养基----
RPMI 1640培养基----
胎牛血清----
青霉素-链霉素----
非必需氨基酸----
gBlocks基因片段IDT--
蛋白G琼脂糖珠Pierce89927
蛋白A亲和柱----
InstantBlue考马斯蛋白染色液Abcamab119211
高蛋白结合96孔板Thermo Scientific44-2404-21
TMB单组分底物溶液Life Technologies02049211-7
HRP标记的山羊抗小鼠IgGJackson ImmunoResearch--
Alexa Fluor 488标记的山羊抗小鼠IgGJackson715-545-151
活力染料Thermo Fisher Scientific65-0865-14
FITC标记的1G01Thermo Fisher Scientific53027
抗人CD16抗体BioLegend980104
CD45抗体BioLegend103112
CD3抗体BioLegend100206
CD4抗体BioLegend100567
CD8抗体BioLegend100725
CD69抗体BioLegend104505
EpCam抗体BioLegend118225
Ly6G抗体(1A8)BioLegend--
CD45抗体(Rea737)Miltenyi Biotec--
CD62L抗体(MEL-14)BD Pharmingen--
CD11b抗体(M1/70)BD Pharmingen--
氯化铵裂解液--A10492-01
Octet Anti-Penta-HIS(HIS1K)生物传感器Sartorius18-5120
Octet动力学缓冲液Sartorius18-1105
生物素化抗甲型流感核蛋白(NP)一抗EMD Millipore--
HRP标记的链霉亲和素Jackson ImmunoResearch--
TMB底物Life Technologies002023
MUNANA底物Santa Cruzsc-251885
奥司他韦(达菲)----
中性粒细胞分离试剂盒Miltenyi Biotec--
QuantiLuc底物----
QIAamp病毒RNA小提试剂盒Qiagen52906
QIAamp RNA提取试剂盒Qiagen--
SuperScript III逆转录酶Invitrogen18080-044
RNaseHInvitrogenEN0201
DreamTaq DNA聚合酶Thermo ScientificK1082
Nextera DNA文库制备试剂盒Illumina--
MiSeq Nano 300循环测序试剂盒Illumina--
IX型胰蛋白酶SigmaT-0303
TPCK处理的胰蛋白酶Sigma--
抗人IgG抗体Jackson709-136-149
A/WS/33 H1N1病毒ATCCVR-219
A/FM/1/47 H1N1病毒ATCCVR-97
标准A/Puerto Rico/8/34 (H1N1) RNAATCCVR-95DQ
重组HA蛋白(A/California/04/2009)Sino Biological11055-V08B1
重组HA蛋白(A/Puerto Rico/8/1934)Sino Biological11684-V08H
重组HA蛋白(A/Vietnam/1194/2004)Sino Biological11062-V08H1
重组NA蛋白(A/California/04/2009)Sino Biological11058-V08B
重组NA蛋白(A/Hubei/1/2010)Sino Biological40018-V07H

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
抗体生成与纯化
ExpiCHO细胞密度、转染试剂及方法;质粒比例;纯化方法(蛋白A柱)及缓冲液;抗体纯度(SEC-HPLC)。
阅读提示:Materials and methods: BiAb design and production
微量中和实验
MDCK细胞使用代数、铺板密度;病毒滴度(1.8×10^3 PFU/mL);抗体起始浓度(100 μg/mL)和稀释倍数(1:3);TPCK-胰酶浓度(1 μg/mL);孵育时间(1h及18-22h);固定和染色条件。
阅读提示:Materials and methods: Microneutralization assay
NA抑制实验
感染MOI(2.3×10^2 PFU/mL);抗体浓度(7.5 μg/mL或1 μg/mL);MUNANA底物浓度(20 μM);缓冲液成分(MES, CaCl2, pH6.5);孵育时间(45min, 1h);荧光读取波长(355/460 nm)。
阅读提示:Materials and methods: MUNANA-based NA inhibition assay
Fc受体激活实验
效应细胞类型(hCD32a中性粒细胞或Jurkat NFAT-CD16);靶细胞感染MOI(0.01)和感染时间(2天);效应细胞与靶细胞比例;抗体浓度范围;共培养时间(45min或6h);检测指标(CD62L、CD11b、发光)。
阅读提示:Materials and methods: CD32a-driven neutrophil activation test; Jurkat NFAT CD16 reporter assay
逃逸突变体筛选
病毒初始滴度(2.3×10^2 PFU/mL);抗体初始浓度(CR6261 0.001 μg/μL, 1G01和BiAb 0.002 μg/μL);传代次数(10次);每代CPE评估;抗体浓度调整规则(2倍增加或维持);SGS方法(单基因组扩增、测序平台)。
阅读提示:Materials and methods: Generation of escape mutants; SGS of viral HA and NA genes
小鼠预防与治疗实验
小鼠品系、性别、年龄(C57BL/6雌性6-8周);感染病毒株和滴度(4.6×10^3 PFU,鼻内);给药途径和剂量(i.p. 2 mg/kg);给药时间(预防:感染前4h;治疗:感染后2天);监测体重和生存时间(14天);处死标准(体重下降>25%);肺病毒载量测定(RT-qPCR)。
阅读提示:Materials and methods: Mice infection and antibody administration