生物分子互作分析系統(tǒng)在新冠突變株Omicron抗體研發(fā)中的應用

概述 
隨著新冠突變株Omicron襲來，很多上市中和抗體的中和性能大大降低了，比如再生元制藥公司用兩種抗體藥物組合而成的“雞尾酒療法”REGEN-COV，禮來公司研發(fā)的單抗藥物Bamlanivimab等，但是多個實驗室的結(jié)果都證明Sotrovimab，一款早期的由GSK與Vir Biotechnology合作開發(fā)的中和抗體，對Omicron仍然有效！Sotrovimab目前已在包括美國和歐洲等多個國家及地區(qū)獲得批準！
   
   
北京大學生物醫(yī)學前沿創(chuàng)新中心于去年12月底火速在《Nature》發(fā)表研究結(jié)果^[1]，發(fā)現(xiàn)Sotrovimab（VIR-7831）是上市抗體藥物中為數(shù)不多的仍然保持Omicron中和活性的，而且可以結(jié)合所有目前已知新冠突變體。
     
與大多數(shù)上市的中和抗體藥物不同的是，Sotrovimab并非來自新冠病人，而是來自于19年前的SARS病人！華盛頓大學的研究人員對一例2003年感染SARS-CoV-1的康復者的記憶B細胞進行鑒定，發(fā)現(xiàn)了幾株可以同時識別新冠病毒（SARS-CoV-2）和SARS-CoV-1的抗體，其中一株為S309，就是Sotrovimab的前身，不僅具有最佳的病毒中和活性（IC50可以達到0.79 ng/mL�。�，而且根據(jù)Octet^®檢測結(jié)果，發(fā)現(xiàn)它對各種形式的S蛋白都有很高的親和力。這個研究發(fā)表在2020年5月的《Nature》上^[2]。
       
這個抗體之所以可以同時識別兩種新冠病毒，因為它與刺突蛋白的抗體結(jié)合域（RBD）上一個高度保守的表位結(jié)合。華盛頓大學David Veesler團隊研究了中和抗體抗原結(jié)合段（Fab）與新冠病毒S蛋白三聚體結(jié)合的位點，最終在S蛋白的RBD上確定了6個抗體結(jié)合位點（Ia，Ib，IIa，IIb，IIc和IV），其中S309識別IV位點^[3]。
 

左：RBD蛋白上的表位劃分 右：用Octet®對抗體進行表位分組，傳感器上固化抗原，依次檢測兩個抗體并對抗體表位進行分組

IV這個位點最為特殊，它不僅遠離RBD的核心RBM，而且有研究表明，結(jié)合到這個位點上的抗體不會與ACE2存在競爭關系。無論RBD是打開還是關閉，抗體都可以結(jié)合到這個位點。
 

Octet® Red 96數(shù)據(jù)將ACE2固化在HIS1K傳感器上，然后與S蛋白或者S蛋白與S309混合物結(jié)合，發(fā)現(xiàn)S309無法阻斷ACE2和S蛋白的結(jié)合

后來發(fā)現(xiàn)，結(jié)合IV位點的抗體可抑制病毒與細胞發(fā)生膜融合所必須的S蛋白重排，從而抑制病毒膜融合的發(fā)生，阻止病毒入侵細胞^[4]。
 
IV位點不僅在新冠病毒突變株中保守，而且在其它冠狀病毒家族中也高度保守。S309可能覆蓋所有相關冠狀病毒家族，這意味著即使新冠病毒繼續(xù)突變，也很難克服S309的中和活性。
 
    
基于Sotrovimab（VIR-7831）優(yōu)秀的中期分析結(jié)果，2021年3月獨立數(shù)據(jù)監(jiān)督委員會（IDMC）建議提前結(jié)束Sotrovimab用于治療高風險COVID-19患者的III期臨床試驗。此項分析中，總計583名患者接受了Sotrovimab單藥療法或安慰劑的治療。結(jié)果表明，在接受治療后的29天里，Sotrovimab組患者的住院或死亡風險與對照組相比，降低85%（p=0.002）^[5]。
 
   
Octet^®在Sotrovimab早期研發(fā)和鑒定中的親和力測定、表位分組、作用機理上都發(fā)揮了作用，特別是華盛頓大學David Veesler團隊的研究中，Octet^® Red貢獻了大量豐富、可靠的BLI數(shù)據(jù)。而且，歐盟醫(yī)藥管理局（EMA）公布得的Sotrovimab X申報資料（assessment report）中也提到了Biolayer Interferometry (BLI)技術在檢測ACE2受體阻斷活性的應用^[6]。
   
當然，Octet^®不僅在早期發(fā)現(xiàn)中表現(xiàn)突出，而且在生物藥研發(fā)的每個重要階段都有應用，全面加速生物藥開發(fā)流程。
 

Octet®的應用貫穿于抗體研發(fā)和生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)中，無論是研發(fā)前期抗體庫構建后的大規(guī)模篩選、親和力的成熟，研發(fā)后期的免疫原性測定、細胞株的篩選，還是生產(chǎn)階段的殘留物監(jiān)控和抗體活性檢測

 
Octet^®實現(xiàn)了用更低的運營成本獲取更豐富的數(shù)據(jù)和更廣泛的應用，同時縮短研發(fā)周期，特別在需要應急開發(fā)的新冠病毒中和抗體和疫苗的研發(fā)方面，是生物制藥企業(yè)必備的設備之一。S309的成功上市將Octet^®這個優(yōu)點體現(xiàn)得淋漓盡致。
   
 
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  本文集通過對 Octet^® 在病毒研究中分子結(jié)合動力學相關應用的梳理和分析，希望能夠給廣大科研工作者在病毒致病機理、病毒藥物發(fā)現(xiàn)、病毒診斷檢測、病毒疫苗研究等不同領域帶來啟示和幫助，促進我國病毒學、微生物學、免疫學等相關領域的發(fā)展。
   
-參考文獻- 
1. Omicron escapes the majority of existing SARS-CoV-2 neutralizing antibodies.Nature(2021)
2. Cross-neutralization of SARS-CoV-2 by a human monoclonal SARS-CoV antibody.Nature(2020)
3. Mapping Neutralizing and Immunodominant Sites on the SARS-CoV-2 Spike Receptor-Binding Domain by Structure-Guided High Resolution Serology.Cell(2020)
4. Lectins enhance SARS-CoV-2 infection and influence neutralizing antibodies.Nature(2021)
5. Vir Biotechnology and GSK announce VIR-7831 reduces hospitalisation and risk of death in early treatment of adults with COVID-19. Retrieved March 11, 2021, from https://www.gsk.com/en-gb/media/press-releases/vir-biotechnology-and-gsk-announce-vir-7831-reduces-hospitalisation-and-risk-of-death-in-early-treatment-of-adults-with-covid-19/；
6. Xevudy，EMA assessment report.Procedure No. EMEA/H/C/005676/0000