自新型冠状病毒（SARS-CoV-2）被宣布成为全球大流行的突发公共卫生事件以来，全球都在竭力寻求疫苗和治疗药。在后疫苗时代，尽管许多抗病毒干预措施都在紧锣密鼓地试验中，但到目前为止效果并不明显。除疫苗外，科学家还在积极开发检测和治疗性抗体，其中源自羊驼的纳米抗体也被证明是中和新冠病毒的有效抗体之一。

9月4日，Naturenature Communications杂志发布了一篇来自瑞典斯德哥尔摩卡罗林斯卡学院的最新研究，证明羊驼来源的中和抗体，具有阻断新冠病毒进入人体细胞的能力。该学院发表的一份声明指出，这种纳米抗体或将被开发为针对新冠病毒的治疗药物。

DOI：https://doi.org/10.1038/s41467-020-18174-5

羊驼纳米抗体，优势在哪？

羊驼来源的单结构域抗体片段（也称为VHH或纳米抗体）相对于传统抗体作为特定疗法的候选者具有多个优势。它们的大小约为常规抗体的十分之一，却保留与常规抗体相似的特异性和亲和力，且更易于克隆、表达和操作。纳米抗体可用传统的大肠杆菌表达体系进行制备，也可以使用酵母或哺乳动物细胞生产，并显示出较高的热稳定性和溶解性，使其易于规模化生产并具有成本上的优势。

此外，纳米抗体还可以低聚以增加亲和力和血清半衰期，可通过现有技术轻松实现人源化，这也是将其作为抗病毒药物研究的重要因素之一。更重要的是，纳米抗体已被证明是体内病毒感染尤其是呼吸道感染的高效抑制剂。

羊驼纳米抗体，能否中和新冠病毒？

众多研究已表明，新型冠状病毒表面Spike蛋白（S蛋白）通过识别ACE2蛋白进入人体细胞，其中S蛋白结构域的细胞受体结合区（Receptor binding domain，RBD）直接参与了宿主受体的识别，是中和新型冠状病毒的诱人靶点，最新这项研究就是以此展开的。

根据这篇研究，卡罗林斯卡学院研究者在羊驼身上注射了新冠病毒的S蛋白，60天后，羊驼的血液样本显示出对S蛋白的强烈免疫反应。

随后，研究人员克隆并分析了来自羊驼B细胞的纳米抗体序列，以挑选出最适合开展进一步评估的纳米抗体。他们最终找到了纳米抗体Ty1。体外研究发现，Ty1可以高特异性地识别S蛋白，从而有效中和SARS-CoV-2假病毒。当Ty1以Fc融合蛋白的形式在哺乳动物细胞中表达时，有效的中和抗体进一步得到提高。

羊驼纳米抗体生产过程及Ty1的氨基酸序列（图源：Nat. Commu）

另外实验结果中的低背景也表明，Ty1有望成为一种适用于研究、诊断和治疗的工具。

羊驼纳米抗体，如何中和新冠病毒？

为了解羊驼纳米抗体的中和机制，研究者评估了Ty1对S蛋白RBD与ACE2结合的影响。将荧光团与RBD（RBD-AS635P）的C端特异性结合，并使用该探针对表达ACE2的HEK293T细胞染色。将RBD-AS635P与未标记的Ty1预孵育可显著降低ACE2染色，而与对照纳米抗体NP-vhh111预孵育则无此效果。NP- vhh111是甲型流感病毒核蛋白NP的特异性纳米抗体。这一结果表明，Ty1直接阻止SARS-CoV-2 RBD与其宿主细胞受体ACE2的结合。为了验证Ty1与RBD的结合，研究人员还进行了生物膜层干涉技术（BLI）实验，结果显示，Ty1以约5-10 nm的高亲和力与RBD结合。

Ty1通过与SARS-CoV-2 S蛋白结合来中和SARS-CoV-2（图源：Nat. Commu）

为了理解Ty1中和SARS-CoV-2的结构基础，研究者对Ty1的胞外域进行了冷冻电镜结构测定。结果表明S蛋白所有三个RBD的结合位点都结合了Ty1纳米抗体。且无论RBD是“向上”还是“向下”（“up”and“down”）构型，纳米抗体都与RBD保持相似的结合方向，这与BLI研究中观察到的高亲和力相符。

Ty1以“向上”和“向下”构型结合到RBD并阻止与ACE2的结合（图源：Nat. Commu）

研究人员还进一步观察到Ty1与RBD的三个结合位点主要相互作用是通过CDR区。具体而言，CDR1主要与RBD T470和V483-E484相互作用，而CDR3主要与RBD Y449，F490和Q493相互作用。有趣的是，CDR2不会与RBD形成任何主要的相互作用，而是以RBD结合模式稳定CDR1的构象，从而间接增强了Ty1-RBD结合。

由于ACE2只能被“向上”构型的RBD结合，因此冷冻电镜结构显示，ACE2的结合在两个侧面都受到空间阻碍。具体而言，RBD与ACE2的结合分别被Ty1纳米抗体与“向上”和邻近“向下”构型的RBD的结合所阻断。也就是说，可用的三个RBD结合位点中的任何两个都充分阻碍了ACE2的结合。

总的来说，本研究报道了一种SARS-CoV-2 RBD特异性纳米抗体片段Ty1，它能够有效中和新型冠状病毒，据悉，Ty1也是第一个从特异性免疫了SARS-CoV-2蛋白的动物中分离出来的单域抗体。我们期待研究者未来能够开发更多策略，早日将纳米抗体送入抗病毒的候选药名单。

参考文献：

An alpaca nanobody neutralizes SARS-CoV-2 by blocking receptor interaction