细胞:大进步！抗体预防病毒感染的新策略

2021年12月7日/Bion/-人们普遍认为，抗体通过抓住病毒的表面并防止其感染宿主细胞来中和病毒。然而，在一项新的研究中，来自新加坡国立大学、杜克-新加坡国立大学医学院、宾夕法尼亚州立大学和牛津大学的研究人员发现，这种中和方法不是抗体禁用病毒的唯一方法。他们发现抗体也可以使病毒变形，从而阻止病毒正确附着在细胞上并进入细胞。相关研究成果于2021年11月30日在线发表于Cell Journal，论文题目为“黄病毒颗粒上的表位排列对mab C10跨寨卡病毒和登革病毒的外中和广度的贡献”。

该论文的合著者、宾夕法尼亚州立大学化学副教授Ganesh Anand博士说，“每个人都认为抗体与病毒结合，阻止病毒进入细胞——基本上是把病毒锁在里面。然而，我们的研究首次揭示，抗体可能会使病毒发生物理变形，因此它们无法正确附着并感染宿主细胞。”

在他们的研究中，Anand和他的同事研究了人类单克隆抗体(HMAb)C10和两种致病病毒——寨卡病毒和登革热病毒之间的相互作用。他们使用的HMAb C10抗体此前是从感染登革热病毒的患者身上分离出来的，也证明能中和寨卡病毒。

他们使用了各种技术，包括低温电磁和氢/氘交换质谱(HDXMS)来直观观察这两种病毒，以了解它们的运动。

Anand解释说，“低温电子显微镜包括闪烁含有感兴趣分子的溶液，然后用电子瞄准它们，产生不同方向的单个分子的许多图像。这些图像然后被整合到分子外观的快照中。这项技术提供了比其他形式的显微镜更精确的分子图像。”

为了记录抗体对寨卡病毒和登革病毒的影响，Anand和他的团队收集了这两种病毒的低温电子显微镜快照，并增加了抗体浓度。

与此同时，该团队还应用了HDXMS，这是一种将感兴趣的分子(在这项研究中是寨卡病毒、登革热病毒和HMAb C10抗体)浸入重水的技术。阿南德解释说，重水中的氢原子已经被氘取代，氘是一种比氢重的同位素。

他说：“当你把病毒浸入重水时，病毒表面的氢原子会与氘交换。然后你可以用质谱仪测量病毒的重量，作为氘交换的函数。通过这样做，我们观察到随着更多的抗体被添加到溶液中，登革热病毒而不是寨卡病毒中的氘含量变得更重。这表明，对于登革热病毒，抗体正在使病毒变形，并允许更多的氘进入。这就像病毒被压扁，更多的表面积被暴露出来，这样更多的氢可以被氘交换。”

相比之下，寨卡病毒放在重水中并没有变重，这说明虽然其表面被抗体完全占据，但并没有被抗体扭曲。

Anand解释说，通过结合低温电子显微镜和HDXMS，该团队可以完全理解抗体附着在寨卡病毒和登革热病毒上时会发生什么。

他说，“这就像那些卡通翻页书。每一页都有稍微不同的图像。当你读这本书时，你会看到一部短片。想象一个有赛马图片的翻页书。低温电子显微镜给你看赛马的样子，HDXMS给你看赛马的速度。你需要这两种技巧来描述一匹运动中的赛马。这套互补的工具使我们能够理解一种抗体如何对这两种病毒产生不同的影响。”

他指出，他们添加的抗体越多，登革热病毒的颗粒就越扭曲。这一事实表明化学计量——化学反应之前、期间和之后反应物和产物的数量之间的关系——是非常重要的。他说，“仅仅有抗体是不够的。你加多少抗体决定中和程度。”

事实上，Anand的团队发现，在饱和条件下，即加入足够高浓度的抗体来填充登革病毒表面所有可用的结合位点时，登革病毒表面60%的区域会发生扭曲。这种扭曲足以保护细胞免受感染。

阿南德说，“如果你有足够的抗体，它们会使登革热病毒颗粒变形，从而在病毒到达目标细胞之前先发制人地破坏病毒的稳定性。”

事实上，当Anand团队将抗体结合的登革热病毒与BHK-21细胞(一种来自仓鼠肾的细胞系，通常用于病毒感染研究)一起孵育时，他们发现被感染的细胞减少了50% ~ 70%。

阿南德解释说，“对于包括寨卡病毒在内的一些病毒来说，抗体的作用就像是堵住了汽车的出口，让乘客无法离开汽车。我们在登革热病毒中发现了一种新的机制：抗体基本上完全摧毁了汽车，因此它甚至无法传播到细胞。”

抗体如何使登革热病毒颗粒变形？

阿南德解释说，与现在熟悉的向四面八方突出的刺突蛋白的新型冠状病毒不同，寨卡病毒和登革热病毒的表面是一个有峰和谷的更光滑的表面。

图片来自cell，2021，doi :10.1016/j . cell . 2021 . 11 . 009

Anand指出，对于登革热病毒来说，抗体特别喜欢结合到被称为5倍顶点的“峰”上。一旦五重峰上的所有蛋白质结合，抗体将转向第二个最喜欢的峰——三重峰。最后，登革热病毒只剩下两个高峰。