抗MERS-CoV高效广谱中和抗体的筛选

The recently identified Middle East Respiratory Coronavirus (MERS-CoV) has caused severe and fatal acute respiratory illness in human. Its high case-fatality rate and human-to-human transmissibility leads to global concern about the potential for a MERS pandemic, and there are still no prophylactic and therapeutic agents specifically against MERS-CoV. Entry of MERS-CoV into the target cells depends on the binding of receptor-binding domain (RBD) on viral envelope spike glycoprotein to the cellular receptor dipeptidyl peptidase 4 (DPP4). We have identified several key residues in the RBD that are critical for viral binding to DPP4 and entry into the target cell. The recombinant proteins containing RBD sequences could also be used to induce neutralizing antibody responses in animals. We isolated and characterized two RBD-specific potent neutralizing monoclonal antibodies by screening single-chain variable region fragments (scFvs) of nonimmune human antibody library displayed on the yeast cell surface. Through analyzing the relationship of the structures and functions of these antibodies and RBD proteins, we plan to screen new monoclonal antibodies with stronger and broader neutralizing activity against MERS-CoV infection. The study will provide promising candidates to develop effective and safe therapeutic and prophylactic agents for treating and preventing MERS-CoV infection.

近两年发现的新型冠状病毒MERS-CoV可使超过半数的感染者出现类似SARS-CoV感染的严重呼吸道症状，可人传染人且具有较高的致死率，引起了全世界的高度关注。到目前为止，还没有特效药物和疫苗对该病进行治疗和预防。MERS-CoV利用膜蛋白S进入易感细胞，其中S1存在受体结合域(RBD)，将RBD和该病毒的受体DPP4共结晶解析蛋白结构，发现RBD中有同受体结合的关键氨基酸位点。利用RBD进行动物免疫也检测到其具有较强诱导中和抗体产生的能力。我们利用RBD筛选展示在酵母表面的人类非免疫scFvs文库，得到两株对MERS-CoV具有中和活性的人源单克隆抗体。本课题拟在此研究的基础上，通过对抗体和RBD的结构和功能分析，筛选具有更加高效广谱中和活性的单抗。该研究对于研发具有高效广谱中和活性的单抗，进行MERS-CoV病毒感染的早期预防和治疗具有重要的理论参考和实际应用价值。

本课题组在对中东呼吸道综合征冠状病毒（Middle East respiratory syndrome coronavirus, MERS-CoV）的前期研究工作中，通过利用MERS-CoV的受体结合域（Receptor Binding Domain, RBD）筛选展示在酵母细胞表面的人类非免疫scFvs文库，得到了两株对MERS-CoV具有IC50纳摩尔水平中和活性的人源单克隆抗体MERS-4和MERS-27。本课题在此研究工作的基础上，通过对MERS-27和MERS-4的结构进行研究，不仅在原子水平揭示了MERS病毒的侵染机理，更为针对MERS-CoV表面S蛋白的疫苗研发和药物研究提供了宝贵的结构信息。另外，我们利用蛋白构象正确的MERS-Spike三体蛋白，进行展示在酵母细胞表面的人类非免疫scFvs文库筛选，获得了一株新型的人源单克隆抗体；同时我们在MERS-4和MERS-27的基础上，构建了单基因编码的双价特异性抗MERS-CoV抗体，结果显示该方法完善了抗体的中和广谱性，用一个新型抗体完成两株抗体的中和病毒功能。以上研究工作均为新型抗MERS-CoV抗体药物的研发提供了理论依据。我们也在利用免疫MERS-CoV spike蛋白的腺病毒疫苗免疫小鼠研究中，分析了小鼠B细胞中针对病毒膜蛋白的抗体，确认其中和活性确实是由血清中针对RBD的中和抗体在发挥作用，这部分研究工作为MERS-CoV新型疫苗的研制提供了理论和实验依据。本课题紧紧围绕抗MERS-CoV抗体开展的一系列研究工作，将为抗病毒的预防和治疗提供新思路和方法，为最终控制该病毒的流行打下坚实的基础。