体细胞超突变塑造SARS-CoV-2中和抗体的病毒逃逸谱

Somatic hypermutation shapes the viral escape profile of SARS-CoV-2 neutralising antibodies.

作者信息Matthias Bruhn, Maureen Obara, Mariana Gonzalez-Hernandez, Wencke Reineking, Abdus Salam, Monica Mirolo, Imke Hinrichs, AhmedElmontaser Mergani, Yannic Bartsch, Axel Schambach, Gert Zimmer, Wolfgang Baumgärtner, Albert D M E Osterhaus, Ulrich Kalinke
PMID40403696
发布时间2025-06
DOI10.1016/j.ebiom.2025.105770

实验完整度

包含体内仓鼠挑战、体外病毒逃逸分析、SPR亲和力测定及Fc效应功能等多种实验,并进行功能验证。

主要模型

叙利亚仓鼠感染模型 VSV∗ΔG-S体外病毒逃逸模型 ExpiCHO细胞表达系统

重点核对

仓鼠模型:10 mg/kg mAb腹腔注射,24h后104 TCID50 SARS-CoV-2 614G鼻内感染,4天后安乐死 病毒逃逸测定:六种递减抗体浓度与0.5×106 pfu VSV∗ΔG-S孵育1h,Vero-B4细胞感染4天 SPR测量:Biacore 8K+,C1芯片,固定Wuhan/Alpha/Delta/Omicron RBD,多浓度动力学 表位分箱:SPR竞争实验,饱和第一mAb后依次测试其他mAb结合能力

摘要

自COVID-19大流行开始以来,SARS-CoV-2中和单克隆抗体(mAbs)正在被开发用于临床。随着新病毒变体的出现,大多数mAbs失去了其病毒中和活性,突出了在SARS-CoV-2持续进化条件下mAb开发的复杂性。方法:仓鼠接受SARS-CoV-2中和mAbs治疗,然后接受SARS-CoV-2攻击。利用表达SARS-CoV-2刺突蛋白的重组VSV在体外系统中选择抗体逃逸变体。进行表面等离子体共振测量以表征各种mAbs的结合亲和力和表位。通过多种体外测定确定中和和非中和mAb组合的Fc介导效应功能。结果:少数经mAb治疗并感染的仓鼠出现突破性感染,这源于体内出现的突变病毒。我们开发了一种体外抗体逃逸测定法,重现了体内情况,并发现体细胞超突变(SHM)影响了mAbs选择的病毒逃逸热点谱。结合非重叠表位的mAbs的成对组合抑制了病毒突变体的出现。与第三种非中和mAb的配方以加性方式增强了mAb治疗的Fc介导效应功能。解释:我们得出结论,单mAb治疗迅速导致新型病毒变体的形成。SHM的一个重要功能是抑制病毒抗体逃逸变体的出现。我们的数据表明,可以利用预期性B细胞记忆来设计SARS-CoV-2中和mAbs的组合,这些组合具有降低诱导病毒逃逸的风险。

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
体细胞超突变如何影响SARS-CoV-2中和抗体的病毒逃逸谱,以及如何设计抗体组合以减少逃逸风险?
核心机制
体细胞超突变可提高抗体结合亲和力,并改变病毒逃逸热点位置,从而抑制逃逸突变体的出现。
主要证据
仓鼠模型中单mAb处理导致突破性感染并出现逃逸突变(G485D),体外逃逸实验显示SHM改变逃逸位点(如K417、N460、F486),SPR证实SHM增强亲和力。
研究意义
提示预期性B细胞记忆可用于设计组合mAb治疗,以降低病毒逃逸风险。

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

体内保护性实验

评估单mAb对SARS-CoV-2感染的预防效果及逃逸突变出现

仓鼠接受10 mg/kg mAb(MB025_A07K、MB025_A09L、MB027_E04L或帕利珠单抗对照)腹腔注射,24小时后鼻内感染104 TCID50 SARS-CoV-2 614G,4天后分析病毒滴度和病理。

2

体外病毒逃逸测定

鉴定不同mAb诱导的病毒逃逸突变热点

使用表达SARS-CoV-2刺突蛋白的重组VSV(VSV∗ΔG-S),在梯度抗体浓度下连续传代,选择逃逸突变体,并通过测序鉴定刺突RBD区域的突变。

3

结合亲和力测定(SPR)

定量比较成熟mAb与生殖系版本对不同VOC RBD的结合亲和力

使用Biacore 8K+ SPR系统,将Wuhan、Alpha、Delta、Omicron RBD固定在C1芯片上,以mAb为分析物进行多浓度动力学测量。

4

表位分箱

确定mAbs是否结合非重叠表位以形成抑制逃逸的抗体组合

利用SPR竞争实验,饱和一个mAb后测试其他mAb的额外结合能力,以判断表位重叠性。

5

Fc介导效应功能测定

评估mAb组合对ADCD、ADCP、ADNP和ADNKA的影响

通过抗体依赖性补体沉积(ADCD)、THP-1细胞吞噬(ADCP)、中性粒细胞吞噬(ADNP)和NK细胞活化(ADNKA)测定,比较单价和组合mAb的效应功能。

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细胞Thermo Fisher--
ExpiFectamine CHO转染试剂盒Thermo FisherA29129
Protein A HiTrap Fibro柱Cytiva17549856
Qubit蛋白质测定InvitrogenQ33212
Superdex 200 increase柱Cytiva--
HiTrap Protein G HP亲和色谱柱Cytiva17040503
Luer Lock塑料注射器Braun461709F
显色内毒素定量试剂盒Thermo ScientificA39552
TissueLyser II组织匀浆器Qiagen--
Calu-3细胞ATCCHTB-55
抗SARS-CoV-2核衣壳抗体Sino Biological40143-MM05
Vero-B4细胞DSMZACC 033
IgG1 ELISA试剂盒InvitrogenBMS2092
MiniPrep Plus试剂盒ZymoR2070
PrimeScript RT预混液TakaraRR0364
PCR纯化试剂盒Qiagen28506
Biacore 8K+Cytiva--
C1传感芯片Cytiva--
NHS-Sulfo-LC-LC生物素化试剂盒Thermo Fisher--
Zeba离心脱盐柱Thermo Fisher--
NeutrAvidin标记微球Invitrogen--
豚鼠补体Cedarlane--
抗豚鼠C3a-FITC抗体MP Biomedicals--
ID7000光谱细胞分析仪Sony Biotechnology--
ACK裂解缓冲液Biomol--
抗人CD66b-Pacific Blue抗体BioLegend--
THP-1细胞DSMZACC 16
RosetteSep NK细胞富集混合物STEMCELL Technologies--
重组人IL-15BioLegend--
布雷菲德菌素ASigma-Aldrich--
GolgiStopBD Biosciences--
抗人CD107a-BV605抗体BioLegend--
抗人CD3-APC-Cy7抗体BioLegend--
抗人CD56-PE-Cy7抗体BioLegend--
固定透化试剂盒Invitrogen--
抗人MIP-1β-BV421抗体BD Biosciences--
抗人IFN-γ-PE抗体BioLegend--

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
体内保护实验
仓鼠品系:叙利亚仓鼠(Mesocricetus auratus),6-10周龄;mAb剂量:10 mg/kg;感染剂量:104 TCID50 SARS-CoV-2 614G;感染时间:mAb处理后24小时;安乐死时间:感染后4天
阅读提示:Methods: SARS-CoV-2 infection of hamsters
病毒逃逸测定
病毒:VSV∗ΔG-S;细胞:Vero-B4;抗体浓度:6种递减浓度;病毒量:0.5×106 pfu;孵育时间:1小时;传代时间:4天
阅读提示:Methods: Virus antibody escape assay
SPR测量
仪器:Biacore 8K+;芯片:C1;抗原:SARS-CoV-2 RBD(Wuhan、Alpha、Delta、Omicron);温度:37°C;流速:50 μl/min;浓度系列:至少8个浓度
阅读提示:Methods: Surface plasmon resonance measurements
表位分箱
芯片:C1;抗原:Wuhan RBD;流速:10 μl/min;饱和顺序:依次饱和第一mAb后测试其他mAb
阅读提示:Methods: Surface plasmon resonance measurements (Epitope binning)
Fc效应功能测定
mAb浓度范围:0.024-100 μg/ml;组合总浓度100 μg/ml;效应细胞:中性粒细胞、NK细胞、THP-1细胞、补体
阅读提示:Methods: Determination of Fc-mediated effector functions