镜头捕捉到:中和抗体与SARS-CoV-2相互作用

针对导致COVID-19的新型冠状病毒SARS-CoV-2，开发更好治疗方法的工作也在继续。虽然我们在短时间内对这种冠状病毒了解了很多，但结构生物学家继续制作更详细的图像，以更准确地揭示在哪里以及如何针对SARS-CoV-2。这项研究通常涉及中和大多数从COVID-19中恢复的人血液中循环的抗体。研究这种抗体以及它们如何与SARS-CoV-2相互作用，为如何治疗和预防COVID-19提供了重要的生物学线索。

最近发表在《自然》杂志上的一项研究取得了更大的进展，对人类中和抗体如何从物理上控制SARS-CoV-2以阻止其与我们的细胞结合进行了最深入的分析。为了进行这一分析，由美国国家卫生研究院支持的结构生物学家团队，由博士后Christopher Barnes和Pamela Björkman领导，加州理工学院帕萨迪纳分校，使用冷冻电子显微镜(cro - em)的力量来捕捉近原子尺度上复杂的分子相互作用。

感染SARS-CoV-2(或任何外来物质)的人会产生数千种不同版本的攻击抗体。其中一些抗体非常善于粘附在冠状病毒上，而另一些抗体只能松散地附着在冠状病毒上。巴恩斯使用冷冻电镜(cro - em)捕捉了与SARS-CoV-2紧密结合的8种不同的人体中和抗体的高度复杂的图片。这些抗体是在患者出现COVID-19症状几周后从患者身上分离出来的，实验室测试显示，它们在阻断感染方面非常有效。

研究人员绘制了几种人类中和抗体与SARS-CoV-2表面的刺突蛋白之间的所有物理相互作用。病毒利用这些尖尖的延伸物抓住血管紧张素转换酶2 (ACE2)受体来感染人类细胞。冠状病毒和ACE2之间的分子相遇是通过三个蛋白质结构域中的一个或多个发生的，这些蛋白质结构域被称为受体结合结构域(RBDs)，从它的刺突中伸出来。rbd在细胞周围的液体中上下拍打，“向上”触摸并进入，或“向下”隐藏受感染者的抗体和免疫细胞。只有“向上”的RBD才能附着在ACE2上并进入细胞。

结合已知的关于SARS-CoV-2的其他结构信息，巴恩斯的低温电镜快照揭示了四种不同形状或类别的抗体-尖刺组合。这些高分辨率分子视图表明，人类中和抗体与SARS-CoV-2以许多不同的方式相互作用:阻断一个或多个rbd的“向上”或“向下”位置。

这些结果告诉我们许多事情，包括强调为什么将多种类型的抗体组合成“抗体鸡尾酒”的策略可能比仅使用单一类型的抗体提供更广泛的抗感染保护。事实上，这种方法目前正在COVID-19患者中进行测试。

这些发现还为在实验室中定制设计合成抗体以抵御SARS-CoV-2提供了分子指南。举个例子，Barnes和他的团队观察到一种抗体完全将所有三个rbd锁定在闭合(“向下”)的位置。你可以想象，科学家们在设计基于抗体的药物或疫苗时，可能想复制这种抗体类型。

标题:图示显示四类SARS-CoV-2中和抗体的结合区域。它们与病毒刺突蛋白的一部分结合，称为受体结合域(灰色)。信贷:克里斯托弗·巴恩斯，帕萨迪纳加州理工学院

成千上万的人死于这种可怕的新疾病，这是可悲的。然而免疫系统对恢复的帮助最大。我们尽可能多地从那些被感染并恢复健康的人身上学习，应该有助于我们了解如何治愈其他感染COVID-19的人，并为精确设计针对这种新敌人的分子疫苗提供信息。

在我们期待COVID-19疫苗可能到来的同时，我们每个人都需要记住做到“三个W”:戴口罩;注意距离(保持6英尺的距离)。经常洗手。在每个人都采取这些关键公共卫生措施的同时，科学界正在比以往任何时候都更加努力地迎接这一时刻，尽一切可能开发安全有效的治疗和预防COVID-19的方法。

本文由弗朗西斯·柯林斯博士撰写，他是一名医生兼遗传学家，以其对疾病基因的里程碑式发现和他领导的国际人类基因组计划而闻名，该计划于2003年4月完成了人类DNA说明书的完整序列。他是美国马里兰州贝塞斯达国立卫生研究院的院长。