作者：陈瑾
单位：首都医科大学附属北京地坛医院
近日，国家蛋白质科学中心-北京（凤凰中心）于晓波研究员团队、首都医科大学附属北京地坛医院王雅杰教授团队、中国疾病预防控制中心传染病预防控制所阚飙研究员团队和北京义翘神州团队联合开发的新冠病毒刺突蛋白突变体中和性抗体检测芯片项目相关文章“Inhibitor screening using microarray identifies the high capacity of neutralizing antibodies to Spike variants in SARS-CoV-2 infection and vaccination”于2022年2月28日在Theranostics（IF:11.556）杂志发表。
新型冠状病毒（SARS-CoV-2）疫情全球蔓延，突变毒株的不断出现给现有的疫苗和抗体药物防御体系带来巨大挑战。在不同新冠突变株中，发生在刺突蛋白（Spike，S）上的突变是非常值得关注和令人担心的。
S蛋白通过其受体结合域（RBD）与宿主ACE2受体结合而感染细胞，是治疗性药物和疫苗开发的重要靶点。RBD结构域的突变可能会减弱中和性抗体的中和效应，阻碍药物开发和降低疫苗的效力。
因此，如何快速检测和评估人体在感染新型冠状病毒后或接种疫苗后中和抗体的水平和保护力，以及观察突变对于疫苗和抗体药物的影响，进而开发新型疫苗和抗体药物，对于疫情防控至关重要。
该团队所开发芯片覆盖新冠病毒蛋白70余种常见突变位点的新冠病毒刺突蛋白突变体中和性抗体检测芯片，检测灵活快捷，可根据新的病毒突变更新升级；只需20微升血清样本；常规实验室就可操作，不需要P2或P3实验室。采用该芯片，可以系统评估中和性抗体药物和不同人群血清中和抗体对突变株的中和效应（图1）。
图1 新冠病毒刺突蛋白突变体中和性抗体检测芯片的制备和应用
采用新冠病毒刺突蛋白突变体中和性抗体检测芯片，该团队首先评估了3种抗RBD抗体对突变株的中和效应。结果发现73#抗体对S突变体没有抑制作用，而21#和53#抗体可以中和多数S突变体 (图2A-C)，表明并不是所有的抗RBD抗体都具有中性活性。
进一步分析21#和53#抗体的耐受突变和敏感突变，结果发现21#和53#抗体约50%的耐受突变位点位于RBD与ACE2的结合界面，而多数敏感突变位于RBD与ACE2的结合界面之外(图2D和2E)，表明靶向非RBD表位的抗体可能也具有中和作用，为新冠治疗性抗体药物的开发提供了重要靶点。
图2 抗RBD抗体对不同S突变体的中和作用
接下来，采用该芯片他们评估了30例疫苗血清中和抗体对突变株的中和效应（图3）。结果表明疫苗血清对大多数S突变体具有中和效应，并且根据中和抗体滴度将疫苗接种人群聚为两类（图3A），揭示了新冠疫苗的免疫反应的异质性，提示中和抗体滴度较低的人群可能需要接种加强针。进一步与野生型毒株比较，鉴定出了可能会影响疫苗血清中和抗体活性的敏感突变和耐受突变（图3D-G），为新型新冠疫苗的开发提供理论依据。
更重要的是，与低滴度的中和抗体相比，高滴度的中和抗体的逃逸突变更少（图3B和3C），表明高滴度的中和抗体对突变株的保护能力更强。
图3 疫苗血清对S突变体的异质性反应
随后他们采用前期开发的新冠病毒全蛋白质组多肽芯片[1]筛选了104例疫苗血清样本，进一步从抗体多样性方面分析了高滴度中和抗体应对突变株产生高保护效力的机制。结果表明高滴度中和抗体靶向了更多样化的表位（图4），为疫苗有效性的评估以及治疗性抗体和疫苗的开发提供了科学依据。
图4 不同滴度的中和抗体识别的S蛋白表位的总数
国家蛋白质科学中心张晓梅博士、梁特博士和博士研究生王红叶，首都医科大学附属北京地坛医院博士研究生郑梅，中国疾病预防控制中心传染病预防控制所周海健研究员为该文章的共同第一作者。国家蛋白质科学中心于晓波研究员、首都医科大学附属北京地坛医院王雅杰教授和中国疾病预防控制中心传染病预防控制所阚飙研究员为该文章的共同通讯作者。