SARS-CoV-2大流行對公共衛生，社會生活和世界經濟產生了前所未有的影響。由於無法獲得批准的藥物和疫苗，因此迫切需要用於COVID-19治療和預防的新選擇。為了鑑定SARS-CoV-2中和抗體，我們分析了診斷後8至69天的12名COVID-19患者的抗體反應。通過篩選4,313個SARS-CoV-2-反應性B細胞，我們在診斷後的8天之初就從不同時間點分離了255種抗體。
單克隆抗體（mAb）已被證明有效靶向中和病毒，例如伊波拉病毒(EBOV)，呼吸道合胞病毒(RSV)，流感病毒或人免疫缺陷病毒1(HIV-1)。病毒粒子表面上抗體介導的反應的最主要靶標是同源三聚體刺突（S）蛋白。S蛋白通過受體結合域（RBD）與血管緊張素轉化酶2的相互作用促進細胞進入。因此，靶向S蛋白的抗體對於預防和治療COVID-19具有很高的價值。
從COVID-19患者中分離出強效的近種系SARS-CoV-2中和抗體
為確定抗體特徵並分離有效的中和抗體，我們從所有12位患者中共克隆了312條匹配的重鍊和輕鏈對（70％的克隆，30％的非克隆）。從255種成功產生的IgG1抗體中，有79種（31％）結合至完整的三聚S-胞外域，EC50值介於0.02μg/ ml和5.20μg/ ml之間。其中，有30種抗體通過商業診斷系統顯示出SARS-CoV-2反應性。
使用RBD作為13種SARS-CoV-2相互作用抗體的分析物進行的表面等離子體共振（SPR）分析得出解離常數（K D）值低至0.02 nM。通過確定針對真實SARS-CoV-2的中和活性，我們在12名患者中的9名患者中發現了28種中和抗體，IC 100值在100μg/ ml（測定極限）至0.04μg/ ml之間。值得注意的是，中和活性主要在高親和力抗體中檢測到，並且可以檢測到中和與結合之間的正相關。
為了更好地表徵SARS-CoV-2 S蛋白與反應性抗體之間的相互作用，我們確定了與截短的N末端S1亞基（包括RBD），分離的RBD和單體Sectodomain的結合。我們發現28種中和抗體中有27種與RBD結合，但只有31％的非中和抗體與RBD結合，這表明RBD是S蛋白易損性的主要部位。
最後，我們進行了HEp-2細胞自身反應性測定。28種中和抗體中有4種顯示出低至中等的自身反應性徵兆，其中2種還與其他蛋白質反應。總之，這些數據表明，SARS-CoV-2中和抗體從大量不同的V基因形成，並具有低程度的體細胞突變。此外，我們能夠分離出高效的中和抗體，這些抗體為抗體介導的SARS-CoV-2感染的預防和治療提供了有希望的候選者。
受感染的個體會產生有效的近種胚SARS-CoV-2中和抗體，這些抗體會優先結合S蛋白受體結合域(圖源：Biorxiv)
研究SARS-CoV-2結合和中和抗體中正在進行的體細胞超突變
為了研究隨時間變化的體細胞突變的發展情況，我們縱向分析了129個重複的B細胞克隆，這些克隆包含17種結合抗體和6種中和抗體。為此，我們在給定的時間點將B細胞克隆的所有成員與在連續的時間點（關聯總數為331對）中關係最密切的成員進行系統發育匹配。
平均同時存在的克隆成員的VH基因種系同一性時，我們發現體細胞突變隨時間而適度增加。結合和中和子集的變化相似，但中和抗體中有一個例外，該中和抗體在研究期間累積了約5％的核苷酸突變。與該發現一致，在診斷後第8至17天和第34至42天分離的中和抗體顯示VH基因種系同一性分別為97.5％和97.0％。我們得出的結論是，SARS-CoV-2中和抗體獨立於分離時間攜帶相似水平的體細胞超突變。
可以在健康個體中鑑定出SARS-CoV-2-中和抗體的潛在前體序列
所有樣本均在SARS-CoV-2爆發之前收集，總共包含170萬個折疊讀數，具有455,423個獨特的重鏈，170,781κ和91,505λ鏈克隆型（定義為相同的V / J配對和相同的CDR3氨基酸序列）。在此數據集中，我們搜索了類似於79個SARS-CoV-2結合抗體的重鍊和輕鏈。對於79種測試抗體中的14種，我們在28位健康個體中發現了61個具有相同V / J對和相似（長度±1 aa，差異最大3 aa）的重鏈克隆型。
健康個體幼稚庫中SARS-CoV-2特異性抗體的前體頻率(圖源：Biorxiv)
CDRH3匹配（MnC2t1p1_C12）。對於輕鏈，我們確定了具有CDR3精確匹配的1,357個κ鏈前體，它們覆蓋了62種抗體中的41種，代表了17種抗體中的7種的109條λ鏈前體。所有48個原始庫中至少包含一個κ和一個λ鏈前體。當結合重鍊和輕鏈數據時，我們在14個健康個體中發現9種抗體的兩個前體序列。重要的是，在這些潛在的前體對中，我們發現了三種有效的中和抗體（CnC2t1p1_B4，HbnC3t1p1_G4和HbnC3t1p2_B10）。
儘管NGS的庫數據不包括重鍊和輕鏈組合的配對信息，但我們發現匹配重鍊和輕鏈序列，儘管每個個體的平均樣本量較小，平均重鏈類型為9,500，輕鏈克隆型為2,000至3500。因此，我們得出結論，潛在的SARS-CoV-2結合和中和抗體前體可能在新生成的B細胞中有著豐富的含量。
結果
中和抗體可以有效靶向病原體，其誘導是疫苗接種策略的關鍵目標。因此，對人對SARS-CoV-2抗體反應的詳細了解對於開發有效的免疫介導的方法應對持續的大流行至關重要。通過對來自12個受感染個體的> 4,000個SARS-CoV-2-反應性B細胞進行單細胞分析，我們鑑定出了高效的人單克隆SARS-CoV-2-中和抗體。這些抗體以低至0.04μg/ ml的濃度阻斷真實的病毒感染，並為預防和治療SARS-CoV-2感染提供了新的選擇。
參考資料：
