近日，中國科學院廣州生物醫藥與健康研究院（廣州健康院）與廣州醫科大學附屬第一醫院、廣州國家實驗室等單位合作在Emerging Microbes & Infections發表題為Shared IGHV1-69-encoded neutralizing antibodies contribute to the emergence of L452R substitution in SARS-CoV-2 variants的研究論文。
新型冠狀病毒（SARS-CoV-2）引起的COVID-19大流行仍然在全球范圍內肆虐。隨著群體免疫的逐步建立，新冠病毒持續突變以逃逸群體免疫壓力。自新冠病毒出現以后，衍生出了Alpha，Beta，Delta，Omicron等突變株，先后在世界范圍內流行。新冠表面刺突蛋白（Spike）尤其是受體結合域（RBD）能夠與細胞受體ACE2結合并介導病毒進入，同時也是誘導產生中和抗體最主要的抗原。突變株的突變位點也主要集中在RBD區域，尤其是像K417，L452，E484，N501等位點的突變反復出現在不同的突變株中。此前大量研究表明這些位點的突變一方面能夠提升RBD與ACE2的結合能力從而增強病毒的感染和傳播，另一方面能夠逃逸免疫壓力。新流行株的出現通常需要能夠逃逸群體免疫才能夠大范圍流行。因此，探究新冠病毒突變事件的發生與群體免疫之間的內在關系有助于我們理解新冠病毒的突變規律。
前期廣州健康院陳凌、熊曉犁、何俊、陳新文等團隊合作從新冠康復者中分離單克隆抗體并利用抗體組庫分析發現新冠感染和疫苗接種人群中廣泛存在一類由IGHV1-69編碼的中和抗體，被命名為類R1-32抗體譜系（相關報道見http://www.gibh.cas.cn/xwdt/kydt/202211/t20221112_6547852.html）。類R1-32抗體靶向病毒蛋白受體結合域（RBD）半隱藏表位，通過打開刺突蛋白并將其瓦解的方式阻止病毒進入細胞。L452R單點突變能夠顯著降低類R1-32抗體的親和力和中和活性，提示L452R具備逃逸群體抗體的能力。因此，研究人員推測人群中廣泛存在的IGHV1-69抗體是L452R突變形成的關鍵驅動力。為了證實這一猜想，本研究首先分析了當前能夠獲取到的221株解析了結構的新冠人源單克隆抗體，發現其中超過三分之一與L452位點存在相互作用。進一步分析發現這些能夠與L452發生相互作用的單克隆中和抗體主要是由IGHV1-69，IGHV1-2，IGHV3-30和IGHV3-11基因編碼。然而，抗體組庫分析發現只有IGHV1-69編碼的L452靶向抗體廣泛存在于新冠感染人群中（圖1）。
為了探究為什么IGHV1-69編碼的L452靶向抗體會被廣泛誘導，通過比較IGHV1-69與非IGHV1-69抗體與RBD的結合模式，發現IGHV1-69抗體都是利用HCDR2區域的胚系疏水氨基酸就能夠與L452，F490，L492構成的疏水區相互作用。然而，其它非IGHV1-69抗體則需要利用體細胞突變或VDJ重排后HCDR3中攜帶的疏水氨基酸與L452發生相互作用（圖2）。通過分析人抗體胚系基因（germline）的疏水性發現，只有IGHV1-69胚系基因HCDR2區域包含多個疏水氨基酸。因此，IGHV1-69抗體不需要發生體細胞突變就能夠天然與L452相互作用。通過親和力實驗和真病毒中和實驗證明在452位點由疏水氨基酸L突變成親水氨基酸R幾乎能夠逃逸所有IGHV1-69的抗體結合與中和。
研究人員進一步分析發現IGHV1-69抗體在Omicron BA.1（不攜帶L452突變）突破感染的病人抗體組庫中顯著富集，然而在Delta（攜帶L452R）突破感染病人的抗體組庫中沒有觀察到這一現象。通過分析Omicron BA.1突破感染病人的抗體組庫中富集的IGHV1-69抗體序列后發現，這些富集的抗體主要是類R1-32譜系。與R1-32類似，這些從BA.1突破感染者體內分離得到的類R1-32抗體同樣對L452R高度敏感。以上結果說明IGHV1-69抗體在Omicron BA.1突破感染者體內的顯著富集進一步增加了對L452位點的選擇壓力。該結果也解釋了為什么BA.1出現之后很快又出現了攜帶L452R，L452Q或L452M的Omicron亞型如BA.2.12.1，BA.2.13和BA.4/BA.5等。
綜上，本研究解析了L452R與IGHV1-69人群抗體的內在聯系，提供證據表明IGHV1-69抗體尤其是研究團隊前期發現的類R1-32抗體譜系是L452R突變形成的重要驅動力。該探究有助于我們深入理解中和抗體介導的免疫選擇壓力，為闡釋變異株的起源和免疫逃逸機制提供了依據。
廣州健康院陳凌研究員、熊曉犁研究員和廣州醫科大學趙金存教授為本論文共同通訊作者。廣州健康院博士研究生顏奇鴻和黃曉涵、碩士研究生侯瑞田、廣州醫科大學張艷君博士為本論文共同第一作者。該研究得到了國家自然科學基金、廣州實驗室應急攻關項目等資助。
圖1. IGHV1-69編碼的靶向L452的抗體的人群分布
圖2. IGHV1-69、非IGHV1-69抗體與RBD結合模式的比較
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