寨卡和登革热中和人类抗体会扭曲登革热但不会扭曲寨卡

科学家们发现了一种抗体使病毒失效的新方法。一项新的研究表明，抗体除了附着在病毒表面的抗原蛋白并阻止病毒感染宿主细胞外，还可以钻入并扭曲病毒表面，有效阻止病毒对接并进入宿主细胞。

由宾夕法尼亚州立大学科学家领导的一个国际研究小组在《细胞》杂志上的一篇文章中报告了这一新发现，题为“人类抗体C10通过减少寨卡2但增强登革热动力学来中和”。作者表明，相同的抗体可以通过两种不同的方式中和寨卡病毒和登革热病毒。

相同的抗体可以通过两种不同的方式中和寨卡病毒和登革热病毒——一种是与病毒结合并使其失活(左)，这是我们思考抗体活性的传统方式，另一种是钻入病毒并扭曲病毒(正确的)。[资料来源：GaneshAnand，宾夕法尼亚州立大学]

“这项研究揭示了一种抗体中和病毒的新模式。传统上认为抗体通过封闭表面的唯一机制来中和其靶标，从而使病毒无法进入其靶受体位点。我们已经证明抗体显示出额外的病毒中和机制。它们通过钻入目标表面来扭曲病毒目标，”宾夕法尼亚州立大学化学副教授、该论文的共同通讯作者GaneshAnand博士说。

“此外，”阿南德说，“不同浓度的抗体会引起整个病毒颗粒不同的构象变化。这项研究强调了病毒如何代表抗体的移动目标，从而改变抗体的参与模式。这也表明病毒为抗体的结合和中和提供了不均匀的表位景观。”

Anand和他的同事研究了人单克隆抗体(HMAb)C10与该抗体可强力中和的两种致病病毒之间的相互作用。

研究人员结合低温电子显微镜(cryo-EM)和氢/氘交换质谱(HDXMS)，可视化这两种病毒并探索它们在抗体存在下的运动。

“冷冻电镜涉及快速冷冻含有感兴趣分子的溶液，并用电子瞄准它们，以生成不同方向的单个分子的大量图像，”阿南德说。“然后将这些图像整合到分子外观的一张快照中。与其他形式的显微镜相比，该技术提供了更准确的分子图像。”该团队收集了HMAbC10抗体浓度不断增加的病毒的高分辨率静态冷冻电镜快照。

“病毒是高度移动的目标，某些抗体增强病毒的移动性并通过变形实现中和的概念来自酰胺HDXMS。HDXMS是一种可用于测量病毒表面蛋白运动的方法，”Anand说。HDXMS涉及将感兴趣的分子(在本例中为带有HMAbC10抗体的寨卡病毒和登革热病毒)浸入“重水”中，其中氢原子已被氘(氢的较重同位素)取代。

“当你将病毒浸入重水中时，病毒表面的氢原子会与氘发生交换，”阿南德说。“然后你可以使用质谱法来测量病毒的重量作为氘交换的函数。通过这样做，我们观察到，随着溶液中添加更多抗体，登革热病毒(而非寨卡病毒)在氘中变得更重。这表明，对于登革热病毒，抗体正在扭曲病毒并允许更多的氘进入。就好像病毒被压扁，更多的表面积暴露在外，在那里氢可以交换氘。”

尽管HMAbC10可以有效中和寨卡病毒和登革热病毒，但HDXMS数据显示，虽然该抗体压扁了登革热病毒，但它并没有导致寨卡病毒中重水的掺入增加，这表明该抗体不会压扁寨卡病毒表面。

“静态成像与质谱动态可视化的结合是新颖的，并且为溶液中的病毒行为提供了正交互补的见解，”阿南德说。“这就像那些卡通翻页书，每一页的图像都略有不同，当你翻阅这本书时，你会看到一部短片。想象一本带有赛马图画的活动书。Cryo-EM向您展示赛马的外观，HDXMS向您展示赛马的移动速度。您需要这两种技术才能描述运动中的赛马。这套互补的工具使我们能够了解一种抗体如何对两种病毒产生不同的影响。”

研究人员指出，添加的抗体越多，登革热病毒颗粒就越扭曲，这表明相互作用分子的数量之间的关系决定了中和的程度。研究人员表明，在饱和条件下，即以足够高的浓度添加抗体以填充登革热病毒上所有可用的结合位置，60%的病毒表面会变形。这种变形足以保护宿主细胞免受感染。

阿南德说：“如果你有足够的抗体，它们就会充分扭曲病毒颗粒，使其在到达目标细胞之前先发制人地不稳定。”

当科学家将BHK-21细胞(一种源自小仓鼠肾脏的细胞系)暴露于结合抗体的登革热病毒时，他们发现受感染的细胞减少了50%–70%。

阿南德解释说，虽然“抗体可以通过堵塞出口使乘客无法下车来发挥作用，但我们在登革热病毒中发现了一种新机制，抗体基本上遍布整个汽车，因此它甚至无法进入细胞。”

阿南德解释说，与SARS-CoV-2不同，SARS-CoV-2的刺突蛋白向各个方向突出，寨卡病毒和登革热病毒的表面都更光滑，具有容易接近的“峰”(称为五重顶点)和逐渐难以接近的“谷”(称为三重顶点)。和二重顶点。

“抗体不喜欢二重顶点，因为它们非常容易移动且难以结合，”阿南德说。“我们发现，一旦五重和三重顶点与抗体完全结合，如果我们向溶液中添加更多抗体，病毒就会开始颤抖。试图进入的抗体和试图摆脱它们的病毒之间正在发生这种竞争。结果，这些抗体最终钻入病毒中，而不是结合到2倍顶点上，我们认为正是这种钻入病毒颗粒，导致病毒摇晃和扭曲，最终变得不起作用。”

阿南德解释说，寨卡病毒是一种比登革热更稳定、动态更小的病毒，登革热有很多活动部件。“登革热和寨卡看起来很相似，但两者都有不同的作用。登革热可能已经进化为一种流动性更强的病毒，作为避免被抗体捕获的一种方式。它的活动部件会扰乱并扰乱免疫系统。不幸的是，对于登革热来说，抗体已经通过钻入病毒并扭曲它来解决这个问题。”

病毒中和的扭曲策略并不是抗体与登革热和寨卡病毒结合所独有的。阿南德说：“登革热只是我们在实验中使用的一种模型病毒，但我们认为这种先发制人的不稳定策略可能广泛适用于任何病毒。”“抗体可能首先尝试通过屏障方法来中和病毒，如果不成功，它们就会诉诸扭曲方法。”

阿南德说，这些新发现可能有助于设计治疗性抗体。“HMAbC10抗体对登革热和寨卡病毒具有特异性，并且恰好能够以两种不同的方式中和寨卡病毒和登革热病毒，但您可以设计具有相同功能的疗法来治疗其他疾病，例如COVID-19。通过使用既可以阻止又可以扭曲病毒的抗体来开发治疗方法，我们有可能实现更大的中和作用。”

他补充道，“你不想等待病毒到达其目标组织，所以如果你能在病毒首先进入体内的地方引入鼻喷雾剂这样的治疗鸡尾酒，你就可以阻止它进入系统。通过这样做，您甚至可以使用更少的抗体，因为我们的研究表明，通过扭曲方法中和病毒需要更少的抗体。你可以得到更好的回报。”

该研究揭示了抗体用来消灭病毒的新策略。该小组未来的研究将更深入地探讨这种新颖的参与方式。“我们正在尝试定义抗体与病毒表面结合的首要原则。我们特别感兴趣的是确定破坏稳定或扭曲抗体设计的规则。这种新颖的机制将丰富抗病毒库。我们希望开发有针对性的病毒扭曲抗体。我们还对将病毒突变热点与表面的移动位点关联起来感兴趣。”阿南德说。