12月21日，國際學術期刊Nature Communications在線發(fā)表了中國科學院分子細胞科學卓越創(chuàng)新中心（生物化學與細胞生物學研究所）叢堯研究組與中國科學院上海巴斯德研究所黃忠研究組的合作研究論文“Molecular mechanism of antibody neutralization of coxsackievirus A16”。該研究開發(fā)了兩個針對柯薩奇病毒A16型（CVA16）的特異性單克隆抗體9B5和8C4，基于冷凍電鏡及生化分析，闡明了上述特異性抗體所介導的中和保護的功能和結構基礎，為設計和開發(fā)CVA16疫苗和抗體療法提供了重要信息。

　　CVA16是小核糖核酸病毒科腸道病毒屬成員，是嬰幼兒手足口?。℉FMD）的主要病原體之一。CVA16感染可導致輕微和自限性癥狀，以及嚴重的臨床并發(fā)癥，如腦炎、心肌炎、肺炎，甚至死亡。然而，目前尚無疫苗和治療藥物。中和抗體在抗病毒保護免疫中起著關鍵作用。因此，開發(fā)CVA16特異性中和抗體并確定其功能、結合表位和工作機制非常重要，有助于抗CVA16疫苗和藥物的開發(fā)。

　　黃忠團隊制備了兩個CVA16特異性的單克隆抗體9B5和8C4。上述抗體不但具有強的體外中和活性，而且在CVA16小鼠感染模型中顯示出有效的預防和治療效果（圖a，b）。生化研究表明，兩個抗體具有不同的中和機制：9B5通過阻斷CVA16與吸附受體硫酸肝素的結合從而抑制病毒吸附到細胞表面；而8C4在病毒吸附后的階段發(fā)揮作用，阻礙病毒和脫衣殼受體SCARB2的結合（圖c）。 叢堯團隊解析了CVA16病毒顆粒分別結合抗體9B5及8C4所形成復合體的冷凍電鏡結構。兩個體系均獲得了三個不同的構象，命名為C1, C2, C3（圖d-o）, 其中CVA16-9B5-C1 和CVA16-8C4-C2的分辨率均達到2.9埃。C1中的CVA16呈現(xiàn)成熟病毒構象（圖d, g, j, m）；C2中的CVA16為緊湊空殼構象，無病毒RNA（圖e, h, k, n）；C3中的CVA16為膨脹空殼構象，顯示出明顯的構象差異，包括衣殼的膨脹、二次軸孔洞的打開、病毒RNA缺失（圖f, i, l, o）。結構分析表明9B5結合在CVA16的五重軸上，每個單體結合一個9B5 Fab（圖d）。9B5與CVA16峽谷區(qū)（canyon）北側結合，且9B5在病毒衣殼上的結合足跡（footprint）可以掩蓋吸附受體硫酸肝素的結合位點（圖p），從而抑制CVA16病毒與硫酸肝素受體結合。8C4結合在CVA16的三重軸上（圖j）。有趣的是，8C4只結合緊湊構象的C1和C2狀態(tài)，而不結合膨脹構象C3（圖j-o）。此外，研究人員發(fā)現(xiàn)8C4與SCARB2在衣殼上的結合位點和空間上均有沖突（圖q），揭示了8C4抗體抑制CVA16與SCARB2結合的結構基礎。疊加CVA16-9B5-C1和CVA16-8C4-C1的冷凍電鏡結構顯示，8C4和9B5識別不同的、不重疊的表位（圖r），因此這兩種抗體可同時結合同一個CVA16病毒衣殼，組成非競爭性的抗體對。進一步分析表明，該抗體對顯示出比單個抗體更強的中和能力，且展現(xiàn)出阻止病毒逃逸的能力。與此相對的是，當使用單個抗體時，病毒逃逸容易發(fā)生。

　　綜上，該研究研發(fā)了一對獨特的CVA16中和性單抗，揭示了它們不同的結合表位以及中和作用機制。這對抗體的組合可作為抗人類CVA16感染的廣譜治療劑展開進一步開發(fā)，具有重要的理論意義和潛在的臨床轉化價值。

　　上海巴斯德所副研究員張超，分子細胞卓越中心博士生劉彩璇，上海巴斯德所畢業(yè)博士生石金平為本文并列第一作者。上海巴斯德所黃忠研究員和分子細胞卓越中心叢堯研究員為本文共同通訊作者。該研究得到了中國科學院、國家科技部、國家自然科學基金、上海市科委等的資金支持；還得到國家蛋白質科學研究（上海）設施冷凍電鏡系統(tǒng)的大力協(xié)助。

　　文章鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-022-35575-w

　　a-b, CVA16單抗8C4和9B5對CVA16活病毒的中和活性（a）及體內治療效果（b）。c, 9B5而非8C4的預處理可以劑量依賴地抑制CVA16活病毒對宿主細胞的吸附。d-f, j-l CVA16-9B5（d-f）及CVA16-8C4（j-l） 復合體的系列冷凍電鏡結構。C1和C2中CVA16為緊湊構象，C3中CVA16為膨脹構象。g-i, m-o, CVA16-9B5（g-i）和CVA16-8C4（m-o）三種狀態(tài)電鏡密度圖的中央切片。顯示C2和C3狀態(tài)CVA16腔內不含病毒RNA。p, 9B5在病毒衣殼上的結合足跡。q, 8C4在病毒衣殼上的結合足跡。r, 疊加CVA16-9B5-C1和CVA16-8C4-C1的冷凍電鏡結構，顯示8C4和9B5識別不同的、不重疊的表位。