责编 | 酶美
新冠病毒通过其棘突蛋白上的受体结合结构域（RBD）与细胞表面的血管紧张素酶2（ACE2）结合来识别宿主细胞。因此，靶向受体结合部位的抗体可有效阻止这一过程而达到中和病毒的目的。
纳米抗体是骆驼科与鲨鱼中的一类仅含重链的抗体，其主要功能单元仅为14 kDa，因其尺寸小而被称为纳米抗体。因为分子量小，纳米抗体具有高稳定性、易生产、易被改造等特点。因为其高稳定性，纳米抗体在雾化后仍不会变性，具有开发针对新冠病毒雾化治疗的潜能。
近日，中科院分子细胞卓越创新中心（上海生化与细胞所）的李典范课题组和中科院上海巴斯德所Dimitri Lavillette/王颂基课题组、中科院北京微生物所的毕玉海课题组、以及荷兰Erasmus的Barry Rockx课题组等合作在Nature Communications发表了题为A synthetic nanobody targeting RBD protects hamsters from SARS-CoV-2 infection的论文，论文报道了靶向新冠病毒的纳米抗体对仓鼠的保护作用。
传统的纳米抗体主要通过羊驼免疫而获取，但其周期较长（数月），不能快速应对爆发性疾病。在本研究中，研究人员采用体外合成库的方法，在短短12天内即获得了近100个高亲和力的纳米抗体。这为今后应对爆发性病毒性传染提供了很好的技术平台。
通过结构生物学方法，研究人员阐明了几种纳米抗体的共同中和机制。这些抗体结合在RBD的ACE2结合表面，因此通过直接竞争影响了病毒对宿主细胞的识别。此外，基于结构而设计了中和能力更强的（gain-of-function）突变抗体。为了减少突变逃逸，研究人员还获得了双表位融合纳米抗体，这一类抗体因为能同时识别两个不同的表位，导致病毒产生逃逸突变的可能性降低。
因为纳米抗体分子量小，在体内数分钟即被清除。为了增强体内半衰期，研究人员将纳米抗体分别融合到血清白蛋白结合蛋白（albumin-binding protein，ABD）和Fc结构域上。结果表明融合蛋白仍具有中和性，能在酵母中高产量表达（0.3-1 g/L，ABD融合蛋白），延长了体内半衰期。
为了研究纳米抗体在体内的中和效果，研究人员采用了仓鼠动物模型。与小鼠不同，仓鼠可被新冠病毒感染并产生发烧、体重下降等症状。结果表明，注射纳米抗体的仓鼠体重在第三天后回复到未感染对照仓鼠的水平。病毒滴度检测结果显示，注射纳米抗体组基本检测不到病毒。肺部病理切片结果则显示纳米抗体组基本检测不到病变。
图1. 纳米抗体阻断RBD-ACE2结合的结构机制以及对仓鼠的保护作用。a 两种纳米抗体（蓝色）以直接竞争方式，阻断ACE2（白色）与RBD（红色）之间的结合。b 纳米抗体（Fc-MR3）注射后可回复仓鼠体重至未感染对照（Control）的水平，而一个对照抗体（Fc-Sb2）则与未注射抗体组（PBS）一样，没有保护作用；c, d 注射Fc-MR3的仓鼠体内的病毒滴度降至检测线附近。e, f 纳米抗体Fc-MR3处理可有效防止肺部病变。
该研究为针对快速应对爆发性病毒感染提供了新的思路。该工作起始于2020年4月份，纳米抗体筛选工作在两周内即已完成，而文章的主体工作于2020年6月完成并上传至BioRxiv，体现了纳米抗体人工筛选平台的高效性。
该工作由中科院分子细胞科学卓越创新中心/上海巴斯德所/北京微生物所博士研究生李婷婷、蔡洪敏、姚贺帮、周冰洁以及张宁博士主要完成，中科院分子细胞科学卓越创新中心丛尧研究员课题组及博士生韩文玉、Erasmus的Martje Fentener van Vlissingen博士等做了重要贡献，瑞士苏黎世大学的Markus Seeger教授及其课题组Cedric Hutter博士提供了纳米抗体文库和筛选方法，蛋白质科学研究（上海）设施/上海光源BL18U线站及秦文明博士在数据采集上提供了帮助，该工作还得到了蛋白质科学研究（上海）设施电镜平台、质谱平台彭超博士等的大力支持。
原文链接：
https://www.nature.com/articles/s41467-021-24905-z.pdf