對抗新冠：國際藥企單抗折戟，高福/吳燕團隊研發出雙抗_風聞

果殼硬科技注：在新冠肺炎的數種療法裏，中和抗體無疑是最有效的抗病毒方法之一。但隨着病毒不斷變異，單克隆抗體有效性下降，FDA撤回了對禮來和再生元單抗的緊急授權，並限制了GSK單抗的適用範圍。

中國科學家研製出一種基於單抗B38和H4的雙特異性抗體“bsAb15”，較單抗增加了一個特異性抗原結合位點、效果更好，與“雞尾酒療法”相比生產成本更低，被高福團隊寄予厚望。

對於新冠肺炎的治療和預防，抗體療法是目前最主要的治療手段之一。現在的研究多集中於中和性單克隆抗體（monoclonal antibodies，簡稱單抗或mAbs）這一類藥物。然而對於隨着新冠肺炎病毒SARS-CoV-2的不斷變異，單純使用普通單抗已經很難滿足抑制Beta、Delta乃至Omicron等突變毒株的需求。

2022年2月28日，中國疾控中心主任高福院士和首都醫科大學基礎醫學院病原生物學系吳燕教授團隊在Nature Immunology發表論文[1]，研製了一種基於單抗B38和H4的雙特異性抗體“bsAb15”。與親本單抗乃至抗體雞尾酒策略相比，bsAb15都具有更強的抗病毒活性和抑制逃逸突變能力，是治療和預防重症新冠肺炎的一種可行而有效的策略，對早期毒株和近期流行的Delta毒株都具有顯著的防治效果。

中和抗體與SARS-CoV-2的逃逸突變

當病毒侵入人體之後，免疫細胞會把中和蛋白分泌到血液裏，與血液中的病毒顆粒結合並破壞病毒顆粒（“中和”掉了病毒），阻止病毒感染細胞，這即是“中和抗體”。而我們常説的單克隆抗體藥物，就是從單一免疫細胞克隆而來的抗體。

對於新冠病毒SARS-CoV-2而言，它感染細胞的關鍵在於其刺突S蛋白與人體ACE2蛋白的結合。因此，目前中和單抗大多靶向刺突S蛋白的RBD（受體結合域，receptor-binding domain）以阻斷其與ACE2的結合[2,3]，或是靶向RBD或NTD（N端結構域，N-terminal domain）的非封閉表位[4]，並且確實已經投入到了新冠肺炎的臨牀預防和治療中。

SARS-CoV-2 S蛋白的結構示意 | 參考文獻[5]

然而，由於SARS-CoV-2作為RNA病毒自然突變率高的特性，在實際的免疫治療中，逃逸突變成為了一個嚴峻的問題——病毒會通過改變自身蛋白序列來逃避抗體的識別。到目前為止，新冠病毒已經產生了SARS-CoV-2 B.1、B.1.1.7(也稱為501Y.V1或Alpha變異株)、南非B.1.351變異株(也稱為501Y.V2或Beta變異株)、B.1.525、B.1.617.2(Delta變異株)等等變異毒株。它們的變異主要集中在S蛋白的NTD和RBD上，導致許多靶向NTD和RBD的單抗都面臨失效。據報道，Delta變種對康復者或疫苗接種者血清中和的抵抗力是原始株的6.8倍[6]。

為了應對病毒逃逸突變的現象，就要求抗體藥物能夠有更多的“備選”病毒中和位點。一種策略被稱為“抗體雞尾酒”，即使用與S蛋白不同表位結合的抗體的混合物。特朗普患新冠時的治療策略之一，就是這種雞尾酒療法。疫情早期使用恢復期患者血清進行治療的原理也與之類似。然而，這種策略由於需要同時生產不同的抗體種類，成本和產量都不具優勢。

而另一種策略，是將兩個單抗的不同結合表位集合到同一個抗體蛋白上，這就是雙特異性單克隆抗體(bispecific monoclonal antibody，bsAb)，可以通過一個分子靶向兩個不同的抗原結合位點。在藥物開發中，雙特異性抗體通常是比使用單一單抗或抗體雞尾酒更具成本效益的策略，可以滿足由於新冠肺炎相關疫苗和療法而增加的產能要求。

最新成果：

抗新冠雙特異性抗體BsAb15

“雙特異性抗體策略在腫瘤和自身免疫性疾病領域已有較多臨牀研究和應用，但是在傳染病治療領域雙特異性抗體研究仍然較少。”論文的共同通訊作者譚曙光副研究員和吳燕教授對果殼介紹道。

先前，團隊已從康復者外周血中優選出了兩株高親和性和抗病毒活性的全人源單抗B38和H4，同時還解析了單抗與RBD的晶體結構並闡明瞭抗體與RBD的互作機制，為抗新冠雙特異性抗體藥物開發提供了重要的理論基礎[7]。

在此次的論文中，基於B38和H4這兩種非競爭性結合RBD不同區域的單抗，研究團隊進行了不同構型的雙特異性抗體改造，並進行體外結合和病毒中和活性的系統比較，優選了具有更高病毒中和活性的單分子四價雙特異性抗體bsAb15。

基於單抗B38和H4設計的幾種雙特異性抗體 | 參考文獻[1]

bsAb15採用左右對稱的抗體構型，其抗原結合部分分別由全人源的單抗B38 Fab段和H4單抗的單鏈可變區組成，可以識別SARS-CoV-2表面S蛋白上的RBD的不同表位，一個雙特異性抗體可結合4個RBD，降低了單個RBD位點突變導致中和抗體失效的可能性。

比較雙特異性抗體與單抗和抗體雞尾酒策略在抗病毒活性和抑制逃逸突變能力方面的評價是本文的亮點之一：

病毒中和實驗和小鼠感染模型的預防和治療實驗表明：bsAb15相對於抗體雞尾酒策略具有更顯著的中和病毒的活性。推測其原因包括：首先，bsAb15能夠靶向RBD蛋白的不同表位，能夠實現對RBD分子更多的受體結合位點的空間佔位。其次，bsAb15雙抗分子上有4個抗原結合位點，在體內實際發揮作用過程中，雙抗可以結合在不同的S蛋白，甚至是不同病毒的S蛋白上，可能導致病毒交聯聚集效應，進而可產生更強的中和活性。

活病毒傳代培養實驗表明：bsAb15能夠更顯著抑制逃逸突變的出現（至少在三代之後）。病毒的逃逸突變是病毒在環境壓力下的一種概率性羣體事件，與病毒複製糾錯能力、病毒載量等自身因素以及宿主免疫選擇壓力等因素相關，其潛在機制有待於進一步研究。

此外，研究團隊還針對bsAb15在體內對SARS-CoV-2感染的預防性和保護性進行了動物實驗，發現它相比於親本單抗和抗體雞尾酒，更有效地降低了受感染的腺病毒載體制備的ACE2人源化小鼠的病毒滴度，且不同劑量的bsAb15在非人靈長類動物感染模型中均能夠顯著降低動物病毒載量。

進一步研究展望：

仍有突變會導致對bsAb15的抗性

雙特異性抗體比普通單抗更能應對毒株變異的基本原理是：S蛋白中的一個突變不太可能同時導致兩種抗體的無效。然而，同時出現在兩個表位內的突變就可能會影響雙特異性抗體的中和能力。

在本研究中，團隊發現K417N和E484是兩個重要的突變位點，它們分別可導致B38和H4結合的喪失，對迄今開發的大多數中和抗體的療效構成了威脅，例如此次開發的bsAb15就會因此對Beta毒株失去中和效力。

對此，研究者提出：確定廣泛的中和親本單抗對於有效發展雙特異性抗體是至關重要的。此外，譚曙光副研究員和吳燕教授也告訴果殼：“多特異性抗體同樣是一個可行的思路，但需要兼顧後期生產的可行性。”

總之，目前相對於單一單抗、抗體雞尾酒等其他策略，雙特異性抗體確實是頗具優勢的一類新冠抗體。它的優勢在於：

集合了兩個單克隆抗體的不同結合表位，能夠耐受更多的病毒抗原位點突變，並能夠降低治療過程中病毒逃逸突變出現的概率；

單分子四價抗原結合能力，提高了病毒中和活性，特別是集成了具有協同效應的兩株非競爭性中和抗體，其中和活性具有“1+1>2”的協同效應；

“雞尾酒”混合療法需要單獨生產兩種抗體，而雙特異性抗體只需要生產一種，更加經濟便利。

研究成果證明，bsAb15對早期毒株和近期流行的Delta毒株都具有顯著的防治效果。可見，無論是在抗病毒活性、抑制逃逸突變的能力以及規避抗體依賴性增強效應等方面，還是在實際的臨牀應用和藥物生產的成本效益方面，團隊此次研發的bsAb15都是治療和預防重症新冠肺炎的一種頗具前景的可行策略。

最後，研究團隊還向果殼介紹：目前該雙特異性抗體與山西亞寶藥業合作，已經完成了臨牀前研究，正在進行臨牀試驗的申報。

我們可以期待，科研團隊的更多研究成果以及新抗體的早日投入使用，將幫助我們離戰勝新冠疫情再進一步。

致謝

感謝中國科學院微生物研究所高福實驗室譚曙光副研究員和首都醫科大學基礎醫學院病原生物學系吳燕教授對本文的審閲及建議。

參考文獻

[1] Li, Z., Li, S., Zhang, G. et al. An engineered bispecific human monoclonal antibody against SARS-CoV-2. Nat Immunol (2022). https://doi.org/10.1038/s41590-022-01138-w

[2] Wu, Y. et al. A noncompeting pair of human neutralizing antibodies block COVID-19 virus binding to its receptor ACE2. Science 368, 1274–1278 (2020).

[3] Zost, S. J. et al. Potently neutralizing and protective human antibodies against SARS-CoV-2. Nature 584, 443–449 (2020).

[4] Kemp, S. A. et al. SARS-CoV-2 evolution during treatment of chronic infection. Nature 592, 277–282 (2021).

[5] Lan, J., Ge, J., Yu, J. et al. Structure of the SARS-CoV-2 spike receptor-binding domain bound to the ACE2 receptor. Nature 581, 215–220 (2020).

[6] Edara, V. V. et al. Infection and vaccine-induced neutralizing antibody responses to the SARS-CoV-2 B.1.617.1 variant. Preprint at bioRxiv

[7] Wu, Y. et al. A noncompeting pair of human neutralizing antibodies block COVID-19 virus binding to its receptor ACE2. Science 368, 1274–1278 (2020).