广州健康院揭示新冠康复者刺突蛋白特异性共享抗体图谱

　　近日，中国科学院广州生物医药与健康研究院呼吸疾病全国重点实验室、广州医科大学、广州国家实验室等单位合作在Emerging Microbes & Infections发表题为Deep immunoglobulin repertoire sequencing depicts a comprehensive atlas of spike-specific antibody lineages shared among COVID-19 convalescents的研究论文。该研究基于深度抗体组库测序、抗体组学和结构分析，绘制了迄今为止最为全面的新冠康复者刺突蛋白特异性共享抗体图谱。

　　靶向新冠病毒（SARS-CoV-2）刺突蛋白（Spike）的中和抗体是保护性体液免疫的关键组成部分，全面剖析SARS-CoV-2感染诱导的中和抗体库的组成对于疫苗设计和评价具有重要科学意义。此前该领域的研究主要基于传统的血清学和细胞生物学方法，为疫苗的设计和改进提供了重要理论基础。而在Spike整体水平或在亚结构域（RBD、NTD 或 S2）水平上分析特异性抗体反应，无法区分靶向特定表位的抗体组成。虽然此前有研究尝试使用优化的血清学方法利用线性肽来绘制SARS-CoV-2刺突蛋白不同表位抗体谱，然而这些方法仅适用于研究线性表位，无法表征靶向构象表位的抗体。为了克服上述障碍，我们使用高通量免疫球蛋白测序（IR-seq）来分析抗体组库，为SARS-CoV-2感染后的系统B细胞反应应答机理提供独特的视角（http://gibh.cas.cn/xwdt/kydt/202202/t20220224_6372075.html）。在本研究中，团队通过将IR-seq与结构生物学和生物信息学相结合，建立了一种分析IR-seq抗体助学分析方法。分析了靶向SARS-CoV-2刺突蛋白上特定中和表位的抗体谱系的丰度和人群共享度的 定量关系（图1）。基于该方法，研究人员首先利用252个已解析结构的Spike特异性人源单克隆抗体，绘制了识别Spike的中和表位谱。研究发现中和抗体的识别位点与刺突蛋白受体结合域（RBD）上的突变热点之间高度重叠，提示中和抗体对RBD的强选择压力。

　　研究团队通过对33名新冠早期感染康复者和24名健康个体的抗体重链库进行深度测序，获得3.6亿条抗体重链序列。通过将2677个刺突蛋白特异性抗体与测序的3.6亿条序列进行抗体谱系聚类，鉴定出329个人群共享的Spike特异性抗体克隆型。进一步对这些共享抗体的表位进行表征，发现共享抗体不仅靶向RBD和NTD上的优势中和表位，还靶向S2上的非中和表位。值得注意的是，研究发现靶向Spike的共享抗体谱系具有胚系基因偏好性。靶向RBD上的ACE2受体结合区域的抗体谱系如IGHV3-53/3-66、IGHV1-58和IGHV1-69等表现出显著的免疫应答优势，在新冠感染人群中分布最广、丰度最高。与健康个体的抗体组库比较，发现中和抗体反应的免疫优势是由Naïve B细胞库中Spike特异性前体B细胞的频率和丰度所决定。提示评估免疫前抗体组库的组成可以预测接种疫苗后抗体应答水平的强弱。对新冠康复者的抗体组库进行长达一年的追踪，发现在329个Spike特异性抗体共享克隆型中，只有28个克隆型能在外周血中持续存在至少12个月，表明感染早期诱导的特异性抗体谱系只有10%左右能够形成长期的免疫记忆。另一个重要发现是长期存在的IGHV3-53抗体谱系经过累积体细胞超突变与奥密克戎（Omicron）变异株产生交叉反应性。

　　综上，团队通过整合深度测序、生物信息和结构分析优化了特异性抗体组库的分析方法，绘制了高分辨率的新冠康复者Spike特异性抗体的人群共享图谱，该图谱促进了对新冠Spike特异性抗体应答机制的理解，能够为未来的疫苗设计和评估提供重要参考。

　　广州健康院陈凌特聘研究员、熊晓犁研究员，南华大学李松教授，广州医科大学赵金存教授和牛学锋副研究员为本论文共同通讯作者。广州健康院毕业生颜奇鸿博士、张雨迪博士、侯瑞田，南华大学潘文京博士，广州医科大学博士研究生梁欢为本论文共同第一作者。该研究得到了国家自然科学基金、中国博士后科学基金、广州市基础与应用基础研究专题项目等的资助。


图1 新冠刺突蛋白特异性抗体图谱分析流程