吉利德公司的前药物「瑞德西韦」一度被报道为治疗新冠的「人民的希望」,丁香学术也曾对 NEJM 发表的相关临床试验进行报道,然而今日各新媒体纷纷爆出 WHO 官网短暂发表的一项武汉进行的随机对照、双盲临床试验研究结果的摘要,显示该药并没有明显抗病毒作用。 呼声极高的两种「特效药」先后倒下了,不禁给我们提出警示,疫情的防控不能松懈,预防治疗药物的研发不能停顿,抗疫才刚刚开始,同志们还需继续努力! 今天我们来关注一下,新冠抗体药物研发的最新进展,它能不能担起新冠治疗的大任呢? 新型冠状病毒(SARS-CoV-2)和其他冠状病毒一样,都是利用病毒表面一种称为 spike 的刺突蛋白(S 蛋白)与宿主细胞受体结合,催化膜融合从而感染细胞。由于 S 蛋白的重要作用,它们是研发抗体和疫苗,治疗和预防冠状病毒感染的一个关键靶标。 2020 年 4 月 21 日,美国德克萨斯大学奥斯汀分校的 Daniel Wrapp 等人在 Cell 杂志发表论文:《Structural Basis for Potent Neutralization of Betacoronaviruses by Single-domain Camelid Antibodies》,该研究从骆驼体内分离出能高效中和冠状病毒 MERS-CoV 和 SARS-CoV-1 S 病毒的单域抗体 (VHHs)。 同时,展示了抗 SARS-CoV-1 的 VHH 抗体与 SARS-CoV-2 之间的交叉反应性。利用这种交叉反应性,能够中和 SARS-CoV-2 假病毒。这些数据为 VHHs 抗体中和新型冠状病毒提供了分子基础,提示这些分子可能在冠状病毒暴发期间作为有用的治疗手段。 研究内容研究中分离了能够有效中和 SARS-CoV-1 和 MERS-CoV 的 VHHs 抗体。这些 VHHs 是对一只美洲驼先后使用 SARS-CoV-1 S 蛋白和 MERS-CoV S 蛋白进行了 2 次皮下免疫,再使用一次 SARS-CoV-1 S 蛋白免疫,最后同时使用 SARS-CoV-1 和 MERS-CoV S 蛋白进行免疫。 最终接种了多次 SARS-CoV-1 和 MERS-CoV 的 S 蛋白后的骆驼免疫产生出 7 种抗 MERS-CoV 和 5 种抗 SARS-CoV-1 的单域抗体。 图片来源:Cell 为揭示 VHH 与病毒相互作用的结构基础,研究人员利用它们各自的病毒表位解析 VHHs 的晶体结构,这些 VHHs 与各自的病毒靶标结合的晶体结构显示出两个不同的表位,但都是干扰病毒与细胞受体结合。也就是说这些抗体对病毒的中和机制可能是捕获「up」状态构象的 RBDs 阻断其受体结合界面。 进一步研究发现,SARS-CoV-1 RBD 导向的 VHH 抗体与 SARS-CoV-2 RBD 发生交叉反应,能阻断后者的受体结合界面。在将 VHH 设计成二价 Fc - 融合体后,也可以中和携带 SARS-CoV-2 S 蛋白的假病毒。 图片来源:Cell 研究人员表明,这种 VHH-Fc 融合体可以在工业标准的 CHO 细胞系中具备高产量,可以作为一种潜在的新冠病毒治疗手段。 疫情阴霾下的抗体研发自新冠肺炎疫情爆发以来,全球各地的实验室紧急投入到对新冠病毒的各项治疗措施的研发上面。如果说,疫苗是御病毒于体外的「万里长城」,那抗体就是辅助人体围歼病毒的「尖兵利器」。 最早的研究发现,采用康复者血浆治疗新冠肺炎的方法能够有效抑制病毒感染。根据《新冠肺炎康复者恢复期血浆临床治疗方案(试行第二版)》中指出,由康复者捐献的含高效价特异性抗体的血浆,经过病毒灭活处理,并对抗 SARS-CoV-2 中和抗体、多重病原微生物检测后制备成新冠特免血浆制品。 在多名新冠肺炎危重患者的治疗中,血浆抗体的治疗效果显著。目前,武汉已采集了近 38 万毫升康复者血浆用于救治新冠肺炎患者。 然而,使用血浆治疗是在有效的中和抗体研发成功之前的无奈之举。 1. 血浆中的大部分抗体缺乏抗病毒效应,除真正起作用的 IgG 抗体外,还包含许多非中和抗体成分。 2. 使用血浆制品有一定风险,因此也规定康复者捐献血浆需距首发症状时间不少于 3 周。 3. 血浆需要经过纯化处理和安全性检测,血浆制品批次之间差异大、血浆捐献者不足。 由于 SARS-CoV-2 与 2002-03 年爆发的 SARS-CoV 十分类似,基因组相似性达到 80%左右。许多科学家将目光投入到抗 SARS-CoV 的抗体上,希望这些抗体能够有效抑制 SARS-CoV-2 感染。然而,SARS 疫情爆发的时间跨度短,相关的疫苗抗体缺乏足够的志愿者开展临床试验,加之各国政府对 SARS 的重视降低,因此尚无任何有效地 SARS-CoV 抗体成功投入临床应用。 图片来源:Nature 在此次 SARS-CoV-2 的研究中,研究人员先后发现一些抗 SARS-CoV 的抗体同样可以在体外实验中有效抑制 SARS-CoV-2 的感染。 1 月 28 日,复旦大学应天雷团队在 bioRxiv 在线发表论文(正式发表在 Emerg. Microbes Infect),首次报道抗 SARS-CoV 的人源单克隆抗体 CR3022 可以与 SARS-CoV-2 的 RBD 结合。因此,当时也认为 CR3022 有潜力被单独或与其他抗体协同作为候选疗法,用于预防和治疗新冠肺炎。 图片来源:Emerg. Microbes Infect 4 月 3 日,Scripps 研究所 Meng Yuan 等在 Science 发表论文,揭示了 CR3022 抗体与冠状病毒 S 蛋白 RBD 隐藏表位结合的结构基础。研究发现,该抗体在体外实验中不能中和 SARS-CoV-2,其亲和力要远小于与 SARS-CoV 的结合。 图片来源:Science 对于 SARS-CoV-2 的治疗,最好最有效的方法还是应该分离出特异性单克隆抗体。然而截止目前还尚未见到任何一款特异性抗 SARS-CoV-2 的抗体获批进入临床试验。 4 月 20 日,陆军军医大学叶丽林团队在 Cellular & Molecular Immunology 杂志上发表论文,通过功能性的 ELISA 试验发现,近 90% 的新冠肺炎康复患者的血清中含有高水平抗 SARS-CoV-2 S1 蛋白和 RBD 蛋白的结合性 IgG 抗体。 图片来源:Cellular & Molecular Immunology 然而,这些结合性 IgG 抗体大多不能有效阻断 RBD 与细胞受体 ACE2 的结合,仅有 3 名患者的 IgG 抗体可有效地阻断。 抗体治疗面临的问题尽管抗体一直是治疗各种传染病,抑制病原微生物感染的「特效药」,同时,目前的研究也开发出诸如:多价和多特异性单克隆抗体、单克隆抗体组合疗法以及利用抗体工程技术构建抗体小分子片段等方法,以获得有效的免疫预防与治疗作用。但是研究发现,这种广泛存在于人体,与生俱来的特异性免疫分子并非百分之百的对治疗有效,有时甚至加重感染。 在抗病毒领域,单克隆抗体主要通过:抗体依赖性细胞介导的细胞毒作用(Antibody-dependent cell mediated cytotoxic, ADCC)、补体依赖性细胞毒作用(Complement-dependent cytotoxicity, CDC)以及抑制病毒与细胞受体的结合从而阻止其侵入细胞等作用来治疗病毒感染。 当只用抗体或疫苗进行预防和治疗病毒感染时,一种称之为抗体依赖性增强的效应(ADE)却反而会加重病毒感染。某些病毒特异性抗体 (一般多为非中和抗体) 与病毒结合后,结合了病毒的抗体可通过其 Fc 段与某些表面表达 FcR 的细胞结合从而介导病毒进入这些细胞,从而增强病毒的感染性,这种效应最早在登革病毒感染过程中被发现。 图片来源:知乎 作者:Vigorous Cooler 对于冠状病毒的 ADE 效应,体内外的研究也证实了这一点,同时这也是研制针对新型冠状病毒疫苗和抗体的一个重大障碍。许多科研机构已都关注到这一问题,并在各大杂志上引发了广泛讨论。Akiko Iwasaki 等人在 Nature Reviews Immunology 杂志上发表的综述认为,中和抗体可以抗病毒,但非中和抗体 Fab 可以与病毒结合,Fc 可以与 Fc 受体 FCRgamma 结合,从而与单核 - 巨噬细胞结合,后者可能使病毒更容易感染细胞。 尽管目前对于 SARS-CoV-2 的研究还没有发现 ADE 效应,但是在之前 SARS 的研究中已有相关报道,因此在设计新型冠状病毒疫苗和进行抗体治疗的时候一定要充分考虑这一问题。 参考文献: [1] Yuan, M., Wu, N.C., Zhu, X., Lee, C.D., So, R.T.Y., Lv, H., Mok, C.K.P., and Wilson, I.A. (2020). A highly conserved cryptic epitope in the receptor-binding domains of SARS-CoV-2 and SARS-CoV. Science. [2] Wang, C., Li, W., Drabek, D., Okba, N.M.A., van Haperen, R., Osterhaus, A.D.M.E., van Kuppeveld, F.J.M., Haagmans, B.L., Grosveld, F., and Bosch, B.-J. (2020). A human monoclonal antibody blocking SARS-CoV-2 infection. biorxiv. [3] Wu, F., Zhao, S., Yu, B., Chen, Y.-M., Wang, W., Song, Z.-G., Hu, Y., Tao, Z.-W., Tian, J.-H., Pei, Y.-Y., et al. (2020). A new coronavirus associated with human respiratory disease in China. Nature. [4] Wang, Q., Zhang, Y., Wu, L., Niu, S., Song, C., Zhang, Z., Lu, G., Qiao, C., Hu, Y., Yuen, K.Y., et al. (2020). Structural and Functional Basis of SARS-CoV-2 Entry by Using Human ACE2. Cell. [5] Jiang, S., Hillyer, C., and Du, L. (2020). Neutralizing Antibodies against SARS-CoV-2 and Other Human Coronaviruses. Trends in Immunology. [6] Liu, C., Zhou, Q., Li, Y., Garner, L.V., Watkins, S.P., Carter, L.J., Smoot, J., Gregg, A.C., Daniels, A.D., Jervey, S., et al. (2020). Research and Development on Therapeutic Agents and Vaccines for COVID-19 and Related Human Coronavirus Diseases. ACS Central Science 6, 315-331. 题图来源:站酷海洛 plus
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