神经科学家从美洲驼中分离出有前途的针对COVID-19的微型抗体

诸平

据美国国立卫生研究院/国家神经疾病和中风研究所（NIH/National Institute of Neurological Disorders and Stroke）2020年12月22日提供的材料，神经科学家从美洲驼中分离出有前途的针对COVID-19的微型抗体。初步结果表明抗COVID19纳米抗体可有效预防和诊断新冠病毒的感染。

美国国立卫生研究院/国家神经疾病和中风研究所的研究人员已经分离出了一套针对SARS-CoV-2的有前途的微小抗体或“纳米抗体”，它们是由一种名为Cormac的美洲驼产生的。初步结果表明，这些纳米抗体中至少有一种称为NIH-CoVnb-112，可以通过抓住SARS-CoV-2刺突蛋白（spike proteins）来预防感染并检测病毒颗粒。此外，纳米体在液体或气溶胶形式下均表现良好，表明其在吸入后仍可保持有效。

美国国立卫生研究院的研究人员已经分离出了一组针对SARS-CoV-2的有前途的微小抗体或“纳米抗体（nanobodies）”，它们是由名为Cormac的美洲驼所产生的。相关研究结果已于2020年12月22日在《科学报告》（Scientific Reports）杂志网站发表——Thomas J. Esparza, Negin P. Martin, George P. Anderson, Ellen R. Goldman, David L. Brody. High affinity nanobodies block SARS-CoV-2 spike receptor binding domain interaction with human angiotensin converting enzyme. Scientific Reports, 2020; 10 (1), Article number: 22370. DOI: 10.1038/s41598-020-79036-0,

这项研究由一对神经科学家领导，分别是的托马斯J.埃斯帕萨(Thomas J. Esparza)和医学博士大卫L.布罗迪(David L. Brody)，他们在NIH国家神经疾病和中风研究所（NIH's National Institute of Neurological Disorders and Stroke, NINDS）的脑成像实验室工作。

美国健康科学统一服务大学（Uniformed Services University for the Health Sciences）教授、也是该研究的通讯作者大卫L.布罗迪博士说：“多年来，托马斯J.埃斯帕萨和我一直在测试如何使用纳米抗体来改善大脑成像。当新冠疫情大流行爆发时，我们认为这是一生中唯一一次在各种情况下发生的疫情，并加入了这场抗疫狙击战。我们希望这些抗COVID-19纳米抗体，在对抗冠状病毒大流行方面可能是高效和多功能的。”

纳米抗体是由骆驼科动物的免疫系统自然产生的一种特殊类型的抗体，骆驼科动物包括骆驼，美洲驼和羊驼。平均而言，这些蛋白质的重量约为大多数人类抗体的十分之一。这是因为在实验室中分离出的纳米抗体本质上是重链蛋白臂末端的自由漂浮形式，形成典型的Y形人IgG抗体的骨架。这些技巧通过识别病毒、细菌和其他入侵者（也称为抗原）上的蛋白质，在免疫系统的防御中发挥关键作用。

由于纳米抗体比典型抗体更稳定，生产更便宜且更易于工程改造，因此越来越多的研究人员（包括托马斯J.埃斯帕萨(Thomas J. Esparza) 先生和大卫L.布罗迪博士）一直在使用它们进行医学研究。例如，几年前，科学家表明，与目前的疗法相比，人源化的纳米抗体在治疗自身免疫形式的血栓性血小板减少性紫癜（一种罕见的血液病）方面可能更有效。

自新冠疫情大流行爆发以来，数名研究人员已经生产出针对SARS-CoV-2刺突蛋白的美洲驼纳米抗体，这种纳米抗体可有效预防感染。在当前的研究中，研究人员使用了与其他策略略有不同的方法来发现可能效果特别好的纳米抗体。

此项研究的主要作者马斯J.埃斯帕萨说：“ SARS-CoV-2刺突蛋白起关键作用。当它与某些细胞表面上发现的称为血管紧张素转化酶2（Angiotensin Converting Enzyme 2, ACE2）受体的蛋白结合时，它通过打开感染门来实现。我们开发了一种方法，该方法可以通过覆盖与ACE2受体结合并解锁的刺突蛋白的牙齿来分离阻止感染的纳米抗体。”

为此，研究人员在28天之内用SARS-CoV-2刺突蛋白的纯化版本对Cormac进行了五次免疫。在测试了数百种纳米抗体后，他们发现Cormac生产了13种纳米抗体，它们可能是很强的候选对象。

最初的实验表明，一种名为NIH-CoVnb-112的候选抗体可以很好地工作。试管研究表明，这种纳米抗体与ACE2受体的结合力是其他实验室产生的纳米抗体的2~10倍。其他实验表明，NIH纳米抗体直接粘附于刺突蛋白的ACE2受体结合部分。

然后研究小组表明，NIH-CoVnB-112纳米抗体可以有效预防冠状病毒感染。为了模仿SARS-CoV-2病毒，研究人员对一种无害的“伪病毒”进行了基因突变，以便它可以使用刺突蛋白感染具有人类ACE2受体的细胞。研究人员发现，相对较低水平的NIH-CoVnb-112纳米抗体可阻止伪病毒感染培养皿中的这些细胞。

重要的是，研究人员表明，当通过通常用于帮助治疗哮喘患者的喷雾器或吸入器进行喷雾时，纳米抗体在预防皮氏培养皿中的感染方面同样有效。

大卫L.布罗迪博士说：“纳米抗体令人兴奋的事情之一是，与大多数常规抗体不同，它们可以被雾化和吸入以覆盖肺和气道。”

该团队已申请了NIH-CoVnB-112纳米抗体的专利。

马斯J.埃斯帕萨先生说：“尽管我们还有很多工作要做，但这些结果代表了有希望的第一步。” “在美国国立卫生研究院的支持下，我们正在进行深入研究，以测试这些纳米抗体是否可以作为COVID-19的安全有效的预防方法。合作者还在努力寻找它们是否可以用于新冠病毒廉价且准确的测试。”更多信息请注意浏览原文或者相关报道。

Abstract

There are currently few approved effective treatments for SARS-CoV-2, the virus responsible for the COVID-19 pandemic. Nanobodies are 12–15 kDa single-domain antibody fragments that can be delivered by inhalation and are amenable to relatively inexpensive large scale production compared to other biologicals. We have isolated nanobodies that bind to the SARS-CoV-2 spike protein receptor binding domain and block spike protein interaction with the angiotensin converting enzyme 2 (ACE2) with 1–5 nM affinity. The lead nanobody candidate, NIH-CoVnb-112, blocks SARS-CoV-2 spike pseudotyped lentivirus infection of HEK293 cells expressing human ACE2 with an EC₅₀ of 0.3 μg/mL. NIH-CoVnb-112 retains structural integrity and potency after nebulization. Furthermore, NIH-CoVnb-112 blocks interaction between ACE2 and several high affinity variant forms of the spike protein. These nanobodies and their derivatives have therapeutic, preventative, and diagnostic potential.