北大谢晓亮：新冠病毒中和抗体研发更快 不会命名为"中国抗体"

我刚说过，一般来讲，在一个人身上，不同器官的细胞都有同样的基因组和不同的转录组。但是B细胞在成熟过程中，它的基因组是可以被重组的。为了这个发现，日本科学家Tonegawa在1987年获得了诺贝尔奖。在第14号染色体上，有V、D、J三个区域。V区域有40个相似但不同的DNA序列，D有23个，J有6个序列。

当B细胞从不成熟到成熟状态转变的过程中，基因组开始重组，就像从V、D、J三套牌各抽出一张。这样转录和翻译产生的抗体就有很多种。有多少种呢？40x23x6 =5520种，但这还不是全部。因为这个14号染色体只是合成重链（蓝色），而轻链（白色）是由在第2号或22号染色体上产生的。它们有 V和J，但是没有D。除了V(D)J重组，还有碱基的随机突变，都加在一起使得最后DNA序列的种类达到10的7～8次方种，为免疫系统提供了多样性。

抗体是用Y字型结构上的两把“钳子”，来捕捉抗原。这钳子嘴的形状以及与抗原结合的强度，取决于它氨基酸的序列。这里我要强调，我们特别需要单细胞的测序技术，因为每个B细胞通过V(D)J重组只产生某个特定的抗体蛋白。

神奇的是，这10的7-8种次方产生不同抗体的B细胞，在抗原还没有来的时候，已经在血液和淋巴液里产生了。而当某一种抗原到来后，与它结合的抗体是怎么被发现和富集的呢？

在B细胞在未成熟到成熟的过程中，这些抗体分子IgM被放在细胞的表面作为B细胞的受体。这些细胞一直不分裂，直到某个抗原，比如S蛋白，结合到BCR上，给这个B细胞一个信号，它就被激活了，开始细胞分裂，一变二，二变四，这种B细胞就被富集了。

然后被富集的B细胞演化成浆细胞和记忆B细胞。浆细胞分泌IgG抗体到血液和淋巴结。而记忆B细胞留在骨髓和淋巴结很长一段时间。

因为记忆B细胞表面上有BCR也就是细胞受体。我们可以用新冠抗原把记忆B细胞从康复期病人的血里分离出来测序。

记忆B细胞的IgG抗体和浆细胞分泌的IgG抗体，接受同样的抗原，因为它们两对钳子的可变区的序列和结构都是一样的，只是固定区的序列和结构不同–在V(D)J区域后用的是不同的C区域序列。

让我们看IgM和IgG抗体随着时间的变化，第一次感染后，3天内出现IgM抗体，量不是太大，保留时间不长。

顺便说一下，钟南山院士的团队的抗体检测就是检测IgM抗体。这方法很方便，只用手指上取一滴血就可以了。但是感染后必须要等几天才能知道。

我们想找的IgG一两个星期以后才出来。持续3、4周，之后会减少。所以我们需要回访的出院病人需要在这个时间段，如果康复时间太久了，IgG的量会越来越少。人类的免疫系统可以保证，如果第二次感染再发生的时候，免疫反应可以产生大量的IgG。

好，原理是这样的，实验怎么样？这是云龙和文洁，孙文洁是我们中心的生物信息专家，他们拿到的一号病人数据。

这里的六个记忆B细胞，它们的重链和轻链都有同样的V(D)J序列，他们来自同一个母细胞，也有随机的点突变。我们的假设是拥有同一种V(D)J序列的细胞数目越多，该细胞越有可能有好的免疫功能。这成为我们的第一筛选标准。这个选择标准在传统的单细胞克隆方法里，难以实现。因为我们有高通量的单细胞测序，就可以利用这个假设来高效得筛选。

另外我们拿到这个V(D)J序列，就可以在体外生产这个抗体。利用这个生物学的中心法则，我们可以交给一个公司来做。

用这种方法我们找到了一些与S蛋白有很强结合力的抗体，也找到了几个中和抗体。但是这种方法的效率还是不够高，因为抗体的种类还是太多了。

后来我以前哈佛的博士生张旭加入了我们。她把小磁珠跟S蛋白或RBD连接起来，用这块磁铁把能和S蛋白或RBD结合的记忆B细胞从血液中分离出来。这样一来效率就大大提高了。

找到抗体后我们首先就测它的结合强度。抗体与S蛋白结合强弱是以结合常数来衡量的。左图横轴代表抗体在溶液中的浓度，竖轴代表与S蛋白的结合程度。抗体的浓度越高，结合程度就越高。当结合程度达到50%，抗体的浓度就是它与S蛋白的结合常数，这个抗体是40pM。这个数越低，表明结合强度越高。虽然听起来抽象，但这40pM对应每升血液里只需要打入6毫克抗体，当然是越低越好。

中和抗体需与ACE2竞争。根据近来文献报道，ACE2与S蛋白结合常数是35nM，如右图，比抗体与S蛋白的结合常数高得多，所以结合强度低得多。

但我想强调，抗体结合力强不一定有中和能力，还要看结合的是不是S蛋白上关键部位。所以我们必须要做病毒的中和实验。

郑英慧是我们实验室做中和实验的能手。我们先做的是假病毒实验，因为不需要P3实验室。这个横轴还是中和抗体的浓度。当抗体浓度特别高的时候，在细胞培养液里的病毒与抗体结合，而不进入细胞，当抗体浓度低的时候可以看到它进去，病毒进入细胞通过荧光指示。当抑制强度达到50%的时候抗体的浓度被称作半抑制浓度，对于这个抗体我们当时看到的是50pM，0.008微克/毫升，这是模拟病毒在人的细胞体外实验。下一步就是到P3实验室看真的病毒被抗体抑制的情况。

这是最近从P3实验室得到的数据，让我们非常高兴。这3个抗体的半抑制浓度都小于1μg/mL(1-10nM)。这个实验主要是看细胞的死亡。左图中，抗体浓度较低时，细胞受感染而凋亡。右图中，在中和高抗体浓度的时候，病毒感染被有效抑制。

总结一下，我们已经从70个康复期病人血浆里的三十万个B细胞中，筛选出300个富集度最高的IgG抗体序列。

根据这些序列已经生产出300个抗体蛋白，正在测试，目前已筛出一大批高结合强度的抗体（kD=10 pM-10nM）和多个有出色中和活性的抗体。

高通量单细胞转录组和V(D)J测序，可直接检测B细胞的富集程度，使得我们可以快速精准地筛选出大量优质的中和抗体。

后续的动物实验已在筹划中，临床实验是下一步。

筛选出的中和抗体有两个应用。一是可以用于新冠肺炎的中和抗体治疗，更安全且针对性强。

二是用于短期预防，保护我们的医护人员和病人家属，有效期大概3周，经过抗体改造有可能延长至3个月。

国内另外几个团队也一直在寻找中和抗体。我们的目标都是一致的，希望找到最好的抗体，尽早成药！

我们的工作为将来可能出现的疫情做好了准备。用我们的新方法，对病毒有良好中和活性的抗体应该在十天之内就可以找到。

（编辑：555手机网）

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