近日，中国科学院广州生物医药与健康研究院（广州健康院）与广州医科大学附属第一医院、广州国家实验室等单位合作在Emerging Microbes & Infections发表题为Shared IGHV1-69-encoded neutralizing antibodies contribute to the emergence of L452R substitution in SARS-CoV-2 variants的研究论文。
新型冠状病毒（SARS-CoV-2）引起的COVID-19大流行仍然在全球范围内肆虐。随着群体免疫的逐步建立，新冠病毒持续突变以逃逸群体免疫压力。自新冠病毒出现以后，衍生出了Alpha，Beta，Delta，Omicron等突变株，先后在世界范围内流行。新冠表面刺突蛋白（Spike）尤其是受体结合域（RBD）能够与细胞受体ACE2结合并介导病毒进入，同时也是诱导产生中和抗体最主要的抗原。突变株的突变位点也主要集中在RBD区域，尤其是像K417，L452，E484，N501等位点的突变反复出现在不同的突变株中。此前大量研究表明这些位点的突变一方面能够提升RBD与ACE2的结合能力从而增强病毒的感染和传播，另一方面能够逃逸免疫压力。新流行株的出现通常需要能够逃逸群体免疫才能够大范围流行。因此，探究新冠病毒突变事件的发生与群体免疫之间的内在关系有助于我们理解新冠病毒的突变规律。
前期广州健康院陈凌、熊晓犁、何俊、陈新文等团队合作从新冠康复者中分离单克隆抗体并利用抗体组库分析发现新冠感染和疫苗接种人群中广泛存在一类由IGHV1-69编码的中和抗体，被命名为类R1-32抗体谱系（相关报道见http://www.gibh.cas.cn/xwdt/kydt/202211/t20221112_6547852.html）。类R1-32抗体靶向病毒蛋白受体结合域（RBD）半隐藏表位，通过打开刺突蛋白并将其瓦解的方式阻止病毒进入细胞。L452R单点突变能够显著降低类R1-32抗体的亲和力和中和活性，提示L452R具备逃逸群体抗体的能力。因此，研究人员推测人群中广泛存在的IGHV1-69抗体是L452R突变形成的关键驱动力。为了证实这一猜想，本研究首先分析了当前能够获取到的221株解析了结构的新冠人源单克隆抗体，发现其中超过三分之一与L452位点存在相互作用。进一步分析发现这些能够与L452发生相互作用的单克隆中和抗体主要是由IGHV1-69，IGHV1-2，IGHV3-30和IGHV3-11基因编码。然而，抗体组库分析发现只有IGHV1-69编码的L452靶向抗体广泛存在于新冠感染人群中（图1）。
为了探究为什么IGHV1-69编码的L452靶向抗体会被广泛诱导，通过比较IGHV1-69与非IGHV1-69抗体与RBD的结合模式，发现IGHV1-69抗体都是利用HCDR2区域的胚系疏水氨基酸就能够与L452，F490，L492构成的疏水区相互作用。然而，其它非IGHV1-69抗体则需要利用体细胞突变或VDJ重排后HCDR3中携带的疏水氨基酸与L452发生相互作用（图2）。通过分析人抗体胚系基因（germline）的疏水性发现，只有IGHV1-69胚系基因HCDR2区域包含多个疏水氨基酸。因此，IGHV1-69抗体不需要发生体细胞突变就能够天然与L452相互作用。通过亲和力实验和真病毒中和实验证明在452位点由疏水氨基酸L突变成亲水氨基酸R几乎能够逃逸所有IGHV1-69的抗体结合与中和。
研究人员进一步分析发现IGHV1-69抗体在Omicron BA.1（不携带L452突变）突破感染的病人抗体组库中显著富集，然而在Delta（携带L452R）突破感染病人的抗体组库中没有观察到这一现象。通过分析Omicron BA.1突破感染病人的抗体组库中富集的IGHV1-69抗体序列后发现，这些富集的抗体主要是类R1-32谱系。与R1-32类似，这些从BA.1突破感染者体内分离得到的类R1-32抗体同样对L452R高度敏感。以上结果说明IGHV1-69抗体在Omicron BA.1突破感染者体内的显著富集进一步增加了对L452位点的选择压力。该结果也解释了为什么BA.1出现之后很快又出现了携带L452R，L452Q或L452M的Omicron亚型如BA.2.12.1，BA.2.13和BA.4/BA.5等。
综上，本研究解析了L452R与IGHV1-69人群抗体的内在联系，提供证据表明IGHV1-69抗体尤其是研究团队前期发现的类R1-32抗体谱系是L452R突变形成的重要驱动力。该探究有助于我们深入理解中和抗体介导的免疫选择压力，为阐释变异株的起源和免疫逃逸机制提供了依据。
广州健康院陈凌研究员、熊晓犁研究员和广州医科大学赵金存教授为本论文共同通讯作者。广州健康院博士研究生颜奇鸿和黄晓涵、硕士研究生侯瑞田、广州医科大学张艳君博士为本论文共同第一作者。该研究得到了国家自然科学基金、广州实验室应急攻关项目等资助。
图1. IGHV1-69编码的靶向L452的抗体的人群分布
图2. IGHV1-69、非IGHV1-69抗体与RBD结合模式的比较
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