新冠中和抗体与疫苗研发常见的病毒学研究方式-中和抗体研究

童话里的故事都是骗人的，但每个人心中的童话是美好的，充满着希望和期待。面对新冠病毒疫情时，正是这样的希望支撑着大家不断地坚持和奋斗。7月份以来，科学家们通过自主研发、团体合作，中和抗体药物的开发以及疫苗II期临床实验获得进一步成功，让人们更加期待在后续实验中人类与病毒的抗争有个好的结果。

在此，我们将对中和抗体和疫苗设计的相关问题进行讨论：中和抗体研究的意义？新冠疫苗目前的成果？我们如何通过模式动物来验证疫苗的安全及有效性？

中和抗体研究

当病毒侵入机体时，机体会产生相应的抗体对病毒进行中和，减少病毒对机体的侵害，阻止病原微生物通过黏附靶细胞受体来入侵细胞。

一般来说，对于像新冠肺炎等甲类传染病的研究，需要在3级以上生物安全实验室中进行。但在病毒学研究的进程中，研究者们发现，假病毒的应用在探究病毒中和性抗体药物以及疫苗的研究中大有用途，由于假病毒大多用于病毒展示没有传播能力等特质，使得对相应病毒研究的实验环境并不需要格外严格，只要在生物安全2级以上就可以操作。

对于冠状病毒假病毒中和抗体的研究，我们还得从SARS说起，早在2005年，SARS病毒突然爆发，搞得人们措手不及。虽然说SARS病毒来去匆匆，使得很多相关研究被搁浅，但仍然有很多项目被执行了下来，对我们应对今天的SARS-CoV-2不无借鉴意义。首先，我们来看一下，2005年英国伦敦大学Robin A. Weiss教授团队在Emerging infectious Disease上发表的文献：Longitudinally Profiling Neutralizing Antibody Response to SARS Coronavirus with Pseudotypes。文中指出，SARS-CoV棘突蛋白S是中和抗体的主要靶标，通过构建逆转录病毒S相关假病毒，成功制备SARS-CoV的中和抗体，并发现该抗体对患者SARS-S蛋白具有中和反应。这项研究对于自然感染过程中的中和抗体效价及疫苗临床前评估具有重要的意义。同时，研究者在小鼠和仓鼠中进行的临床前研究发现中和抗体可明显抵御活病毒的攻击，这些研究结果说明，中和抗体药物的研究在一定程度上可以抵抗病毒的侵袭。

我们再把时间拉回到2020年3月，中国医科院病原微生物研究所在Nature Communication上发表研究论文，利用假病毒系统证明了SARS-CoV-2-S 蛋白在病毒入侵细胞时表现出哪些特征，并对其与SARS-CoV产生的免疫交叉反应进行了阐述。该研究使用慢病毒SARS-CoV-2-S假病毒系统，确定了Huh7、Vero81、LLCMK2、Calu3等细胞对于该系统易感，文中还详细论述了病毒与受体ACE2结合进入细胞的途径。我们知道，CoV S蛋白是典型的I类病毒融合蛋白，需要蛋白酶切割来激活S蛋白的融合潜能，在病毒S蛋白的S1和S2之间进行切割，根据病毒株和细胞类型，CoV S蛋白可能会被一种或几种宿主蛋白酶切割，包括弗林蛋白酶、胰蛋白酶、组织蛋白酶、跨膜丝氨酸蛋白酶2（TMPRSS-2）、TMPRSS-4或人气道胰蛋白酶样蛋白酶（HAT）。这些蛋白酶在靶细胞上的存在很大程度上决定了冠状病毒是通过质膜还是通过胞吞作用进入细胞。

图1. SARS-CoV-2-S假病毒侵入细胞

(Xiuyuan Ou et al. 2020)

研究进一步使用可溶性hACE2的流式细胞术和竞争抑制实验分析验证了SARS-CoV-2和SARS-CoV两种病毒的S蛋白都以hACE2作为病毒结合的受体。

冠状病毒S蛋白是病毒毒力的关键因子，是决定病毒毒力、组织嗜性和宿主范围的关键部分，也是中和抗体和疫苗设计的主要靶标。那么对于SARS-CoV-2-S与SARS-CoV-S产生的免疫交叉反应是如何体现的呢？

图2. SARS和COVID-19患者血清的有限交叉中和反应

(Xiuyuan Ou et al. 2020)

研究发现康复的SARS患者的血清对SARS-CoV S假病毒颗粒的入侵表现出强烈抑制作用，并且对SARS-CoV-2 S假病毒颗粒具有适度的中和活性。

随着时间的推移，7月份中和抗体的研究结果逐渐浮出水面，各种友好的结果让我们对抗疫的未来充满了信心。7月9日，北京大学基因组学先进创新中心（ICG）和生物医学先锋创新中心（BIOPIC）等单位合作在Cell上发表文献，通过对新冠肺炎康复患者的B细胞进行高通量单细胞测序，鉴定出了针对SARS-CoV-2的有效中和抗体。

图3. SARS-CoV-2中和抗体的产生

(Yunlong Cao et al. 2020)