抗体使病毒失效的新策略

人们普遍认为，抗体通过附着在病毒表面并阻止病毒感染宿主细胞来中和病毒。但新的研究表明，这种屏障方法并不是抗体使病毒失效的唯一方法。由宾夕法尼亚州立大学领导的一个国际研究小组发现，抗体也会扭曲病毒，从而阻止它们正确地附着和进入细胞。

宾夕法尼亚州立大学的化学副教授Ganesh Anand说:“每个人都认为抗体能与病毒结合，阻止它们进入细胞——实际上是将它们锁定。”“但我们的研究首次揭示，抗体也可能在物理上扭曲病毒，因此它们无法正确地附着并感染宿主细胞。”

在他们发表在杂志上的研究中细胞， Anand和他的同事研究了人类单克隆抗体(HMAb) C10与两种致病病毒:寨卡病毒和登革热病毒之间的相互作用。他们使用的HMAb C10抗体以前是从感染登革热病毒的患者中分离出来的，也被证明可以中和寨卡病毒。

研究人员使用了多种技术的组合，包括低温电子显微镜(cro - em)来观察病毒，氢/氘交换质谱(HDXMS)来了解它们的运动。

Anand解释说:“Cryo-EM包括快速冷冻含有感兴趣分子的溶液，然后用电子瞄准它们，以产生不同方向的单个分子的大量图像。”“然后，这些图像被整合到一个分子的快照中。这项技术提供了比其他形式的显微镜更准确的分子图像。”

为了记录抗体对寨卡病毒和登革病毒的影响，研究小组在抗体浓度增加的条件下收集了病毒的冷冻电镜快照。

与此同时，该团队应用了HDXMS技术，该技术将感兴趣的分子(在本例中是寨卡病毒和登革热病毒，以及HMAb C10抗体)浸泡在重水中。阿南德解释说，重水的氢原子已经被氘取代，氘是氢的重同位素表亲。

“当你将病毒浸入重水中时，病毒表面的氢原子会与氘交换，”他说。“然后你可以使用质谱法来测量病毒的重量，这是氘交换的功能。通过这样做，我们观察到登革热病毒，而不是寨卡病毒，随着更多的抗体加入到溶液中，氘变得更重。这表明，对于登革热病毒，抗体正在扭曲病毒，让更多的氘进入。就好像病毒被压扁了，更多的表面积暴露出来，氢可以在那里交换氘。”

相比之下，寨卡病毒在重水中并没有变重，这表明它的表面虽然完全被抗体占据，但并没有被抗体扭曲。

阿南德解释说，通过结合冷冻电镜和HDXMS，研究小组能够全面了解抗体附着在寨卡病毒和登革热病毒上时会发生什么。

“这就像那些卡通翻页书，每一页都有一个略微不同的图像，当你翻阅这本书时，你会看到一个短片，”他说。“想象一本画着赛马的翻页书。Cryo-EM向你展示了赛马的样子，HDXMS向你展示了赛马移动的速度。你需要这两种技巧才能描述一匹运动中的赛马。这套互补的工具使我们能够了解一种抗体如何不同地影响两种病毒。”

他指出，他们添加的抗体越多，登革热病毒颗粒就越扭曲，这表明化学计量学——化学反应前、反应中和反应后反应物和产物的数量之间的关系——很重要。

“仅仅有抗体是不够的，”他说。“你加入多少抗体决定了中和的程度。”

事实上，研究小组发现，在饱和条件下，加入足够高浓度的抗体以填充登革病毒上所有可用的结合位置，60%的病毒表面发生了扭曲。这种扭曲足以保护细胞免受感染。

阿南德说:“如果你有足够多的抗体，它们就会扭曲病毒颗粒，使其在到达目标细胞之前就被先发制人地破坏稳定。”

事实上，当科学家们将抗体结合的登革病毒与BHK-21细胞(一种来自小仓鼠肾脏的细胞系，经常用于病毒感染研究)一起培养时，他们发现被感染的细胞减少了50%-70%。

阿南德解释说，对于包括寨卡病毒在内的一些病毒，抗体通过堵塞出口来发挥作用，使乘客无法下车。

他说:“我们在登革热病毒中发现了一种新机制，抗体基本上覆盖了整个汽车，以至于它甚至无法进入细胞。”

抗体是如何扭曲登革病毒颗粒的?

阿南德解释说，与现在熟悉的SARS-CoV-2不同，寨卡病毒和登革热病毒的表面都有峰谷，更光滑。

Anand指出，对于登革热病毒，抗体特别喜欢结合被称为五重顶点的“峰”。一旦五重顶点上的所有蛋白质都被结合，抗体就会转向它们第二喜欢的顶点——三重顶点。最后，它们只剩下两重顶点。

阿南德说:“抗体不喜欢双重顶点，因为它们流动性很强，很难与之结合。”“我们发现，一旦五重顶点和三重顶点与抗体完全结合，如果我们向溶液中添加更多抗体，病毒就会开始颤抖。在抗体试图进入和病毒试图将它们甩掉之间发生了竞争。因此，这些抗体最终会钻入病毒内部，而不是结合在双重顶点上，我们认为正是这种钻入病毒颗粒的过程导致病毒抖动和扭曲，最终失去功能。”

寨卡病毒和登革热有什么区别?

阿南德解释说，寨卡病毒比有很多活动部件的登革热病毒更稳定，动态更弱。

“登革热和寨卡病毒看起来很相似，但每个人都有不同的特点。登革热可能进化成一种更具流动性的病毒，以避免被抗体捕获。它的运动部分会混淆并摆脱免疫系统。对登革热来说不幸的是，抗体已经进化出了一种方法，通过钻入病毒并扭曲它。”

他说，似乎同一类型的抗体可以以两种不同的方式中和寨卡病毒和登革热病毒——一种是它与病毒结合并使其失效，这是我们对抗体活性的传统思考方式，另一种是它潜入并扭曲病毒。

其他病毒呢?

阿南德说，他的团队发现的扭曲策略可能也会被抗体在面对其他类型的病毒时使用。

他说:“登革热只是我们在实验中使用的一种模式病毒，但我们认为这种先发制人的破坏稳定策略可能广泛适用于任何病毒。”“可能是抗体首先尝试通过屏障法来中和病毒，如果不成功，它们就会求助于扭曲法。”

这些发现有什么潜在的应用吗?

阿南德说，这些发现可能有助于设计治疗性抗体。

他说:“HMAb C10抗体是针对登革热和寨卡病毒的，恰好能够以两种不同的方式中和寨卡病毒和登革热病毒。”“但你可以设计出具有同样能力的疗法来治疗其他疾病，比如COVID-19。通过创造一种带有抗体的治疗方法，既可以阻止病毒，也可以扭曲病毒，我们可能会实现更好的中和。”

他补充说:“你不想等待病毒到达它的目标组织，所以如果你能在病毒第一次进入身体的地方引入一种治疗鸡尾酒，比如鼻喷雾剂，你甚至可以阻止它进入系统。通过这样做，你甚至可以使用更少的抗体，因为我们的研究表明，通过扭曲方法，它需要更少的抗体来中和病毒。你可以得到更好的回报。”

总的来说，Anand强调这项研究的重要性在于它揭示了一种全新的策略，一些抗体可以用来使一些病毒失效。

他说:“以前，我们对抗体的所有了解都是它们结合并中和病毒。”“现在我们知道抗体可以通过至少两种不同的方式中和病毒，甚至更多。这项研究为探索开辟了一条全新的道路。”

参考:林XX，舒B，张松，等。人抗体C10通过减少寨卡病毒而中和，但增强登革热病毒的动态。细胞。doi:10.1016 / j.cell.2021.11.009．

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