SARS-CoV-2广谱中和抗体的通用框架 Chat GPT 翻译
SARS-CoV-2广谱中和抗体的通用框架 Chat GPT 翻译
A generalized framework to identify SARS-CoV-2 broadly neutralizing antibodies
摘要
针对SARS-CoV-2受体结合域（RBD）的单克隆抗体（mAbs）在预防和治疗COVID-19方面显示出高效性。然而，SARS-CoV-2的快速演变使得所有临床授权的mAbs失效，并继续阻碍抗体疗法的有效性。我们开发了一种通用框架，通过高通量深度突变扫描（DMS），系统地预测SARS-CoV-2变异株的抗体逃逸，并识别出具有广泛中和能力的抗体（bnAbs）。利用这一平台，我们从一名仅暴露于野生型（WT）病毒的人类供体中识别出一个IGHV3-315衍生的、命名为BD55-1205的1类广谱中和抗体（bnAb），该抗体能够强效中和所有主要的SARS-CoV-2变异株。值得注意的是，BD55-1205最早于2021年初被发现；然而，直到2023年XBB谱系流行后，我们才认识到它显著的中和广谱性。这突显了在大流行早期快速识别真正广谱中和抗体的必要性，并强调了我们预测框架的潜在影响。
此前，我们提出了一种理性抗体选择策略，重点识别那些针对在SARS-CoV-2疫苗接种或康复个体中免疫隐匿的抗原表位的中和抗体（NAbs），以最小化公共抗体反应群体免疫带来的选择压力。然而，识别针对亚优势表位的抗体策略可能具有挑战性，特别是在新病原体出现后，当丰富这些抗体的稀有抗体来源（例如，在SARS-CoV-2出现时的SARS康复者）可能不易获得时。在此，我们强调，真正的广谱中和抗体不一定仅限于针对“稀有”表位，而应接触那些能够承受预期突变热点处突变的氨基酸残基。
我们在小鼠中展示了通过mRNA递送BD55-1205实现的高峰血清浓度和中和滴度，为针对SARS-CoV-2的快速、灵活和高效被动免疫铺平了道路。这对于那些对疫苗接种未产生强烈免疫反应的高危个体尤为有利。总之，这里描述的准确病毒演化预测和mRNA-抗体递送平台提供了一个实用框架，用于快速识别和部署广谱中和抗体，以应对未来的SARS-CoV-2变异株。我们还设想，这一平台可以适应应对其他具有高大流行潜力的已知病原体，如流感，甚至未来可能导致“疾病X”的新病毒。
正文
新冠肺炎病毒/非典型性肺炎2/严重急性呼吸综合征冠状病毒2（SARS-CoV-2）继续快速演化，以逃避由自然感染和疫苗接种诱导的抗体介导的免疫反应，导致高逃逸性变异株谱系如XBB.1.5/XBB.1.9和JN.1的出现和传播。这些逃逸变异株在受体结合域（RBD）的关键抗原位点（如L455、F456和A475）不断积累突变，这可能显著改变它们的抗原性，进一步逃避由反复疫苗接种和感染诱导的中和抗体。
靶向SARS-CoV-2 RBD的单克隆中和抗体在COVID-19的治疗和预防方面显示出高度效力，尤其在那些对疫苗接种未能产生强烈免疫反应的高风险人群中。然而，所有在出现关注变异株（VOCs）之前批准的抗SARS-CoV-2单克隆抗体和单抗组合疗法，对现在流行的SARS-CoV-2变异株已失去临床效果。自2021年Omicron变异株出现并快速演化以来，许多抗体因能够中和曾经出现和现有的SARS-CoV-2变异株而被报道为“广泛中和”或“变异株防护”，这些抗体靶向病毒刺突糖蛋白的RBD、N末端功能域（NTD）或亚域1（SD1）。不幸的是，绝大多数这些抗体迅速对新出现的变异株失去活性，这对广谱中和抗体的定义标准提出了质疑，并削弱了对开发针对SARS-CoV-2下一代抗体的信心。
因此，开发一种实际的策略来识别对现有和潜在变异株均具有中和活性的广谱中和抗体，将大大提高开发出难以被病毒逃逸的抗体株的可能性，并在大流行初期阶段具有无可估量的价值。
先前，我们利用高通量深度突变扫描（DMS）对广泛的单克隆抗体（mAbs）面板进行了研究，以表征作用于SARS-CoV-2受体结合域（RBD）的演化压力，从而预测未来的突变热点。在此基础上，我们假设可以使用携带预测逃逸突变的假病毒来筛选仍然对未来变异株有效的单克隆抗体。这类抗体代表了有望成为治疗干预SARS-CoV-2的广谱中和抗体（bnAb）候选株。
在本研究中，我们展示了基于DMS的突变预测可以显著提高识别广谱中和抗体的概率，这些抗体能够有效中和现有和未来的变异株。利用这一框架，我们识别出一种由SARS-CoV-2原始株感染引发的、来源于人类IGHV3-66的Class 1广谱中和抗体，命名为BD55-1205，该抗体对所有现有变异株以及其靶向表位内的未来变异株突变表现出非凡的中和广度。
在小鼠中递送编码BD55-1205 IgG的mRNA后，血清中对XBB.1.5、HK.3.1和JN.1表现出高滴度的中和活性，这表明mRNA技术可以用于快速部署抗SARS-CoV-2的广谱中和抗体。通过合理的变异株预测识别罕见的SARS-CoV-2广谱中和抗体，再结合mRNA递送技术的速度和灵活性，可能使得快速开发针对SARS-CoV-2及潜在未来大流行病原体的下一代抗体对策成为可能。
我们展示了基于DMS的突变预测可以显著提高识别广谱中和抗体的概率，这些抗体能够有效中和现有和未来的变异株。利用这一框架，我们确定了一种由SARS-CoV-2原始株感染诱导的人类IGHV3-66来源的Class 1广谱中和抗体，命名为BD55-1205，它表现出对所有现有变异株以及靶向表位内的未来变异株突变具有非凡的中和广度。在小鼠中递送编码BD55-1205 IgG的mRNA后，血清中对XBB.1.5、HK.3.1和JN.1表现出高滴度的中和活性，这提供了mRNA技术可用于快速部署抗SARS-CoV-2广谱中和抗体的证据。通过合理的变异株预测识别罕见的SARS-CoV-2广谱中和抗体，再结合mRNA递送技术的速度和灵活性，可能使得快速开发基于抗体的下一代抗SARS-CoV-2对策成为可能，并有望应对未来的大流行病原体。
迄今为止，针对当前流行变体具有强效中和活性的抗SARS-CoV-2中和抗体（nAbs）已被选定用于临床开发。然而，这些抗体已被Omicron及其亚变体多次逃逸，表明对当前变异株的活性并不意味着对未来变异株的广泛中和能力。为了探索中和活性和对SARS-CoV-2变体的广泛性之间的关系，我们研究了一组7,018个单克隆抗体（mAbs），这些抗体来自7个先前描述的队列，包括感染或接种SARS-CoV-2原始株的个体（以下简称为“WT”）、2003/2004年感染SARS-CoV-1并于2021年接种2剂CoronaVac灭活疫苗+序贯1剂ZF2001 RBD疫苗的个体（简称为“SARS+WT”）、经历了3剂CoronaVac后经历了BA.1、BA.2或BA.5/BF.7突破性感染的康复者（分别标记为BA.1 BTI、BA.2 BTI、BA.5/BF.7 BTI）以及经历了BA.1或BA.2 BTI并再次感染了BA.5/BF.7的康复者（标记为BA.1或BA.2 BTI+BA.5/BF.7）。在这7,018个单克隆抗体中，我们确定了1,637个强效的自身NAbs，定义为对相应的最后接触变体的IC50 < 0.05 μg/mL。为了系统地研究来自各个队列的NAbs的广泛性，我们测试了这1,637个强效的自身NAbs对包括B.1（D614G）、Omicron BA.1、BA.2、BA.5、BQ.1.1、XBB.1.5、HK.3和JN.1在内的八个主要SARS-CoV-2变体的中和活性。总体而言，只有少数强效的自身NAbs保留了对随后出现的Omicron变体的活性。在来自6个队列的1,637个强效NAbs中，只有296个和147个单克隆抗体分别表现出对XBB.1.5和JN.1的强效中和活性。尽管自身和XBB.1.5中和活性之间存在关联，但具有最强自身中和活性的NAbs通常在“未来”变体（当时）方面失去了中和广泛性；这一现象在从感染或接种原始株的个体中获得的NAbs中尤为显著。在141个WT诱导的强效NAbs中，只有两个（1%）对XBB.1.5仍具有强效活性，只有一个单克隆抗体对所有测试的变体，包括JN.1，表现出强效中和（图1c）。BA.1和BA.2诱导的抗体对随后的Omicron亚变体表现出稍好的耐受性，但仍然只有10/424（2%）和17/268（7%）的强效自身NAbs分别对XBB.1.5表现出活性（图1d）。尽管来自BA.5/BF.7 BTI或再感染队列的单克隆抗体中有更高比例的抗体中和BQ.1.1和XBB.1.5，但只有7%和27%的这些nAbs对JN.1表现出强效中和活性（图1d）。
值得注意的是，来自SARS+WT队列的SARS-CoV-1/SARS-CoV-2 D614G交叉反应的绝大多数（85%）单克隆抗体对Omicron变体的活性被抑制（图1c）。来自SARS队列的179个强效自身NAbs中只有五个对所有测试的变体表现出强效中和，它们全部属于F3表位组，靶向与SA55类似的表位。我们得出结论，基于sarbecovirus的bnAbs识别不能保证对新出现的SARS-CoV-2变体的中和广泛性，而在分离时对流行变体的中和活性也不足以定义中和广泛性。因此，一种通用的策略，能够准确识别对未来SARS-CoV-2变体保持活性的bnAbs，对于开发基于下一代nAb的疗法至关重要。
一个通用的框架来选择广谱中和抗体（bnAbs）
我们此前展示了将DMS（深度突变扫描）配置整合到一起能够准确预测在抗体免疫压力下病毒演化过程中可能出现的突变。我们假设可以通过生成编码预测未来逃逸突变的假病毒变异体面板，并对这些病毒进行活性筛选来有效地识别保留对未来变异株具有活性的广谱中和抗体。
为了验证这一策略，我们对通过SARS-CoV-2 WT接触引发的mAbs集合进行了回顾性研究，这些mAbs可以在疫情早期获得。首先，我们通过整合它们的DMS逃逸剖面来识别这些mAbs的RBD逃逸突变热点，这模拟了初次SARS-CoV-2接触引起的血清抗体的联合免疫压力。该计算还整合了密码子偏好和每个突变对人类ACE2（hACE2）结合和RBD表达的影响。在RBD上，R346、K378、K417、K444-G446、N450、L452、E484、F486、F490和Q493代表了主要的逃逸热点，因此我们构建了在这些位置上带有突变的突变体，命名为B.1+E484K和B.1-S1至S5，作为广谱中和抗体筛选假病毒面板。
具体来说，最突出的DMS突变E484K被引入到所有设计的突变体中。我们还从DMS指示的每个其他热点中选择了排名靠前的氨基酸。在构建的假病毒变异体中，突变的组合被设计为保持与hACE2的结合并避免在同一表位中引入多个突变。正如预期的那样，这些突变体，尤其是B.1-S3（R346T + K417T + K444N + L452R + E484K + F486S），大幅逃逸了大多数由WT SARS-CoV-2接触引发的强效NAbs（图2c和Extended Data Fig. 2a）。
用B.1-S1至S5的假病毒组合筛选NAbs集合，显著丰富了能够中和所有测试的Omicron亚变体的广谱中和抗体，通过所有五个设计突变体的筛选器被证明是对现实世界Omicron变体的广泛中和的高效指标。
在所有经过理性设计的逃逸突变体中，仅有5个NAbs保持了强效活性（IC50 < 0.05 μg/mL）（图2d）。
值得注意的是，尽管我们预测的突变序列的突变只部分重叠于真实世界的Omicron变体，但对所有经过理性设计的突变体均有活性的这5个NAbs有效中和了Omicron BA.1、BA.2和BA.5。重要的是，这五个被选中的广谱中和抗体中包括了141个候选中唯一两个对XBB.1.5有效的抗体，这相当于将识别“真正”广谱中和抗体的概率从约1%提高到40%。总的来说，我们的模型正确预测了SARS-CoV-2抗原漂变期间涉及的关键逃逸突变，并允许识别出一小部分对未来变体具有活性的WT引发的广谱中和抗体。
此外，我们分析了来自WT（n=141）和SARS+WT（n=179）队列的整个320个NAbs面板，所有这些NAbs都可能是在疫情早期获得的。与WT引发的NAbs的结果一致，SARS感染+WT免疫引发的NAbs对设计的突变体预测显示出了对BA.5和XBB.1.5的活性（Extended Data Fig. 2b-c）。
相反，大多数对B.1（D614G）具有最高中和活性的NAbs被XBB.1.5和JN.1逃逸了（图2f和Extended Data Fig. 2d-e）。
总体而言，320个NAbs中有14个表现出强烈的中和活性对设计的突变体，其中6个对JN.1广泛中和（图2g）。这些结果验证了我们的病毒演变预测平台，可以从大量从康复或接种个体中分离的抗体中识别出稀有、具有弹性的广谱中和抗体，在疫情早期的阶段。
BD55-1205表现出高逃逸障碍
BD55-1205 是一种利用 IGHV3-53/3-66 胚系的“1 类”公共抗体，是从 WT 接触过的供体组中唯一鉴定出的对 JN.1 有效的广谱中和抗体（图 2g）。鉴于 BD55-1205 对所有测试的主要 SARS-CoV-2 变体表现出广泛的中和作用，我们开始确定它在严格的体外条件下是否也表现出高逃逸屏障。我们构建了 表达XBB.1.5 S-蛋白具备复制能力的重组水泡性口炎病毒（rVSV），并通过在 Vero 细胞中一系列浓度的连续传代筛选逃逸突变体（图 3a 和扩展数据图 3a）。
病毒基因组图
为了比较，我们还在该实验中包括了先前描述的广谱中和抗体 SA55，以及一对对 XBB.1.5 有效的非竞争性广谱中和抗体（BD57-1520+BD57-2225，分别属于 D4 和 B 表位组）（扩展数据图 3b-d）。
令人惊讶的是，BD55-1205 显示出与两种抗体联用近似的抵抗病毒逃逸的能力，直到第六次传代（P6）仍能保持中和作用（图 3b 和扩展数据图 4d-e）。
b，rVSV 在中和抗体压力下传代筛选逃逸的结果。表格中的 P1-P10 列表示 rVSV 在第一次传代到第十次传代时能够逃逸的最高中和抗体浓度。最后一列注释了通过 Sanger 测序确定的 rVSV 最后一次传代的突变。
相比之下，SA55、BD57-2225 和 BD57-1520 在两到三次传代后即被逃逸（图 3b 和扩展数据图 4a-c）。
BD55-1205 选择的病毒中富集了 L455P、Q493R/K、N417K、A435T 和 D420Y 突变，这些突变对应于与 1 类抗体相互作用的关键残基，如通过 BA.5 和 XBB.1.5 RBD 的 DMS 选择所示（图 3c 和扩展数据图 3c-d）45。为了确认通过 rVSV 传代选择的突变，我们构建了预测能逃逸 BD55-1205 的突变假病毒，包括 XBB.1.5+L455P+Q493R、XBB.1.5+N417K+A435T、XBB.1.5+D420Y+Q493K。与我们测试的其他抗体相比，我们观察到 BD55-1205 的中和效力有所降低，但并未完全失去活性（图 3d）。使用可溶性人 ACE2（hACE2）进行的中和实验表明，设计的逃逸突变体的受体结合能力较 WT 蛋白低（图 3d 和扩展数据图 5a-b），这表明破坏 BD55-1205 活性的突变可能通过破坏受体结合相互作用而导致病毒适应性降低。
（例如1微克的浓度下，2个XBB逃逸株的结合率大概50%和25% 远低于其他毒株）
a，溶解性 hACE2 对 SARS-CoV-2 Omicron 变异株伪病毒的抑制曲线。
IC50（半数抑制浓度）
b，溶解性 hACE2 对各变异株的 IC50。几何平均值显示并标注在条形图上方，圆圈表示每次重复实验的结果。
在BD55-1205选择的病毒中，L455P、Q493R/K、N417K、A435T和D420Y替换是丰富的，这些替换对应于与Class 1抗体相互作用的关键残基，正如DMS选择与BA.5和XBB.1.5 RBD所指示的那样。为了确认通过rVSV传代选择的突变，我们构建了预测逃逸BD55-1205的突变假病毒，包括XBB.1.5+L455P+Q493R、XBB.1.5+N417K+A435T、XBB.1.5+D420Y+Q493K。与我们测试的其他抗体相比，我们观察到BD55-1205的中和效力降低，但并未完全失去活性。使用可溶性人ACE2（hACE2）的中和测定表明，与WT蛋白相比，设计的逃逸突变突变体的受体结合能力较低，这表明废除BD55-1205活性的突变可能通过破坏受体结合相互作用来减少病毒的适应性。 （N417K是返祖突变 可能让免疫记忆中被逃逸的抗体重新起效，逃逸了这些抗体被旧抗体俘获）
然后，我们评估了BD55-1205对最新的真实世界和预期的变异株的中和作用，包括最近观察到的具有L455、F456和A475突变的XBB、BA.2.86或JN.1衍生亚型，这些是Class 1 mAbs靶向的关键位点。我们确定了BD55-1205和一系列靶向类似表位的NAbs的中和活性。BD55-1205对这些变体的中和作用主要得到保留，而其他Class 1 NAbs对BA.2.86/JN.1亚型失去了显著的活性，包括JN.1+F456L（最近检测到的变异株，被标识为JN.1.11.1）（图3d）。
d，BD55-1205 和其他 NAbs 对设计的逃逸突变体的中和作用，这些突变体根据 rVSV 筛选和 DMS 轮廓确定，以及真实世界中正在出现和未来可能出现的在 BD55-1205 表位上有突变的突变体的中和作用。
（图内三个XBB.1.5+2突变的并未出现在现世）（单A475V出现在KP.2.3.1 BA.2.75个别 XBB个别 ）
随后，我们使用表面等离子共振（SPR）评估了BD55-1205 IgG与一系列SARS-CoV-2变体RBD的结合亲和力。总体而言，BD55-1205对所测试的RBD变体显示出高表观亲和力，范围从1 pM到18 nM，部分解释了其对其表位内突变的异常耐受性。
为了确认在rVSV假病毒测定系统中观察到的强效中和作用，我们测量了BD55-1205对真实SARS-CoV-2菌株的中和活性。与其对伪病毒的广泛中和相一致，BD55-1205有效抑制了活SARS-CoV-2 WT、BA.5.2.1、FL.8、XBB.1.5.6和JN.3，IC50值范围为0.007至0.026 μg/mL。我们还在BD55-1205的选择性压力下对XBB.1.5.6真实病毒进行了逃逸突变选择，发现即使经过12次传代，一些实验孔仍未显示逃逸的迹象。病毒基因组的扩增物测序显示在BD55-1205表位内仅有一个突变，S490Y。在过去的6个月中，仅观察到16个带有490Y的SARS-CoV-2序列，表明其在真实世界中的普遍性较低（数据来源于CoV-Spectrum，时间跨越2023年9月25日至2024年3月22日），并且根据我们的DMS结果，该突变不是BD55-1205或其他Class 1 mAbs的已知逃逸热点。相反，根据已发表的DMS结果，这是一个已知的增强ACE2结合的突变。
扩展数据图 6a-c
a. BD55-1205 对真实 SARS-CoV-2 分离株的 IC50。几何平均 IC50（μg/mL）标注在数据点上方，几何标准差以误差条表示。
b. 在使用 XBB.1.5.6 真实病毒进行逃逸筛选实验中，每次传代中显示对 CPE（细胞病变效应）具有保护作用的孔数。星号表示低水平/不明确的 CPE 观察结果。
c. 在 BD55-1205 选择压力下，通过扩增子深度测序方法解析的每次传代中病毒 S 蛋白观察到的突变。
BD55-1205结构分析 结合的结构图就懒得插进来了。嘿嘿。
为了阐明单克隆抗体BD55-1205异常广谱性的结构机制，我们利用低温电子显微镜（Cryo-EM）与单颗粒重建技术确定了XBB.1.5 S外域三聚体与BD55-1205 Fab的复合物结构。我们对复合物结构进行了不对称重建，得到了总体分辨率为3.5 Å的结构。在这个结构中，观察到了三个“开放”的RBD构象，为针对蛋白质突刺动态的认识提供了见解（扩展数据图8a）。
为了更高分辨率地阐明抗体与RBD的接口，我们还确定了XBB 1.5 RBD单独与BD55-1205 Fab的晶体结构。这种互补的方法允许更详细地研究BD55-1205与突刺蛋白的RBD之间的相互作用（扩展数据图7b）。
与DMS定义的表位一致，BD55-1205是一种Class 1抗体，结合在RBD的顶端，部分重叠了受体结合基序（RBM）和RBD的核心（图4a）。
与其他来源于基因库IGHV3-53/3-66的Class 1抗体的定义特征一致，与未选择的抗体库中人类CDR H3的平均长度相比，BD55-1205具有相对较短的互补性决定区（CDR）H3，有11个氨基酸（采用IMGT惯例） 47,48。抗体在RBD上的结合区域与hACE2受体结合位点存在显著重叠（图4b和扩展数据图8b）。
RBM的远端尖端深深地插入由五个CDR、轻链（LC）CDR1和3以及重链（HC）CDR1-3形成的腔隙中，形成了约1,100 Å^2的埋藏面积（扩展数据图8c）。
轻链和重链的可变结构分别贡献了30%和70%的埋藏表面积。BD55-1205的表位涵盖了超过20个残基，形成沿着受体结合脊的广泛区域（扩展数据图8d）。
BD55-1205对XBB.1.5 RBD的结合主要通过显著的极性相互作用来实现，其中相当大一部分涉及RBD碳骨架的接触。在RBD残基R403、N405、T415、N417、D420、N487、Y489、Q493、Y501、H505和HCDR残基Y33、S56、R97、R102、E104形成的侧链之间，以及LCDR残基N30、D93之间形成了17个氢键（图4c）。
此外，还形成了12个氢键，分别介导了9个RBD残基（L455、R457、K458、Q474、A475、G476、S490、L492、G502）和HCDR侧链（T28、R31、N32、Y33、P53、R102）以及LCDR侧链（S28）之间的主链原子（图4d-g和扩展数据图9a）。此外，一系列疏水相互作用也参与了RBD:BD55-1205相互作用，涉及了XBB 1.5 RBD的G416、Y453、L455、F456以及HC的Y33、Y52、F58、L99、I101，以及LC的W94、P95（图4h）。作为参考，我们将BD55-1205与其他已发表的Class 1（表位群A1）NAbs的结合相互作用进行了比较，这些NAbs表现出一定程度的中性化广谱性。
包括P5S-1H1、P5S-2B10、BD-604和Omi-42（图4i-j和扩展数据图9a-c）37,39,49。Omi-42易受最近在流行的XBB.1.5和BA.2.86系列中出现的A475V和L455F+F456L（FLip）突变的影响（图4i）8。对P5S-2B10和P5S-1H1的识别受到N460K的影响，该突变取消了它们接口上的氢键（图4j）。然而，由于BD55-1205与RBD骨架的相互作用更为广泛，它不受这些突变的影响，从而解释了其广泛和有抗性的反应性（扩展数据图9a）。尽管中和活性不受影响，但L455S和A475V会适度减弱BD55-1205与RBD的亲和力（扩展数据图5c）。这可以通过对L455和重链N32与A475主链氧原子之间的氢键的潜在影响来解释（图4h-i）。与三个IGHV3-53/3-66源NAbs（P5S-2B10、P5S-1H1和BD-604）相比，BD55-1205在其重链CDR中具有三个独特的残基，这些残基通过体细胞高度突变（SHM）或VDJ重组引入，并与RBD骨架原子接触：HCDR1上的R31、HCDR2上的P53和HCDR3上的R102（扩展数据图9b）。这些突变，特别是R31和R102，引入了BD55-1205 HC和RBD之间的接口上的额外极性相互作用（图4k）。我们测试了这些残基介导的接触是否能够解释广泛的中和能力，通过创建携带R31S、P53S或R102Y替换以及IGHV基因组逆转版本（BD55-1205-GLHV）的BD55-1205的突变抗体；CDRH3以成熟形式保持不变。有趣的是，所有四种突变抗体继续中和BA.5、HK.3.1、JN.1和JN.1+F456L假病毒，其中和效力与母抗体相似。然而，BD55-1205-GLHV对JN.1+F456L+A475V失去了中和活性（扩展数据图9d）。BD55-1205-GLHV对WT、BA.5、XBB.1.5、HK.3和JN.1 RBD的显现结合亲和力显示出相对减少，取决于测试的变异体，最高降低了52倍（扩展数据图9e）。这些发现揭示了与其他三种抗体相比，BD55-1205独有的这三个SHM突变只能部分解释其超强广泛性，表明11个氨基酸长的HCDR3序列可能是该抗体广泛反应性的主要决定因素。然而，这些IGHV SHMs增强了其与RBD的结合亲和力，并可能增加了其抵御进一步抗原变异的能力。
重组单克隆抗体或抗体组合已被证明在预防有症状的COVID方面具有临床活性。与当前标准的重组单克隆抗体产品相比，将治疗性抗体输送给患者的替代方法可能更有利于在流行病或疫情背景下更快速地进行广泛部署。为此，我们将BD55-1205编码为mRNA，并将其制成脂质纳米颗粒（LNPs）进行体内输送。我们还在Fc区域引入了“LA”修饰（M428L/N434A），以增强在酸性pH下的人类FcRn结合，从而提高抗体的半衰期。经过配方的LNPs通过静脉注射输送到携带人类片段结晶可降解新生儿受体（FcRn）的Tg32-SCID转基因雌性小鼠体内。为了评估BD55-1205 IgG的表达动力学，我们通过ELISA在注射mRNA LNP后在指定时间间隔内收集小鼠血清中的人类IgG浓度（图5a）。
我们先前报道了在第1期临床试验中确定的mRNA编码的CHIKUNGUNYA病毒E2糖蛋白特异性抗体CHKV-24（mRNA-1944）的体内药代动力学。在这里，CHKV-24，其人类半衰期为69天，被用作表达和半衰期基准，并在Tg32-SCID小鼠中显示出与BD55-1205极为相似的表达动力学。在48小时时，BD55-1205和CHKV-24的血清抗体水平分别达到了505 μg/mL和491 μg/mL的峰值（图5c）。
这个方差有点壮观啊
鉴于血清中和效价是针对SARS-CoV-2的保护的已建立的相关性，我们还评估了小鼠血清对XBB.1.5、HK.3.1和JN.1假病毒的中和活性。BD55-1205在给药后48小时达到了高的几何平均峰值血清中和效价，对XBB.1.5、HK.3.1和JN.1的中和效价分别为4496、5138和4608，突显了抗体的广谱性（图5d-e）。预期地，我们观察到在所有时间点，人类血清IgG浓度与对三种变体的中和效价之间存在显著相关性（图5f）。综上所述，我们证明了在小鼠模型中可以通过mRNA输送实现高血清抗体效价。mRNA-LNP输送的速度和灵活性，结合我们的广谱中和抗体预测方法，可能加速了对SARS-CoV-2的下一代抗体治疗的开发和部署。
讨论
在这项研究中，我们调查了来自具有不同SARS-CoV-2接触史的个体的大量针对RBD的单克隆抗体，以展示高通量DMS所实现的准确和合理的变异预测的可行性。利用这个平台，我们发现了一种名为BD55-1205的基于IGHV3-66的Class 1广谱中和抗体，它是在仅暴露于WT的人类供体中引发的，并且能够有效中和所有主要的SARS-CoV-2变体。有趣的是，BD55-1205最初是在2021年初发现的；然而，直到2023年XBB谱系的流行，我们才意识到它的显著中和广谱性。这突显了迅速而可靠的策略来识别真正广谱中和抗体的必要性，并强调了我们的预测框架在流行病初期可能产生的影响。
我们先前提出了一种理性的抗体选择策略，重点是识别针对在SARS-CoV-2疫苗接种者或康复者中免疫隐性的表位的中和抗体，从而最大程度地减少公共抗体反应所施加的选择压力33。然而，在识别靶向亚主导表位的抗体时，这种策略可能具有挑战性，特别是在新病原体出现后，此类罕见抗体来源（例如，先前的SARS康复者为SARS-CoV-2的出现提供了丰富的mAbs）可能不容易获得。在这里，我们强调真正的广谱中和抗体不一定需要专门针对“罕见”的表位，而是应该与能够抵御在这些预期的突变热点发生的突变的残基接触。
我们在小鼠中通过mRNA传递BD55-1205实现的高峰血清浓度和中和滴度的演示为针对SARS-CoV-2的快速、灵活和高效的被动免疫铺平了道路。这对于那些对疫苗接种没有产生强有力免疫应答的高风险个体尤其有益。总的来说，本文描述的准确的病毒演化预测和mRNA-mAb传递平台为快速识别和部署广谱中和抗体以对抗未来的SARS-CoV-2变异株提供了实用框架。我们还设想，这个平台可以被调整以应对其他已知具有高流行潜力的病原体，如流感，甚至是未来导致“疾病X”的新型病毒。