清华大学张绮、张林琦组在Immunity发表了一项很重要的冠状病毒研究。本研究旨在探究经历了长达20年的超长间隔后,非典冠状病毒SARS-CoV-1的原初免疫印迹(Immune Imprinting)能否在新型冠状病毒SARS-CoV-2突破性感染中持续存在,并阐明这种超长期印迹如何塑造单克隆抗体的特异性、种系基因使用(Germline Usage)以及中和广度。
在研究方法上,团队建立了涵盖2003年感染SARS-CoV-1、接种3剂灭活疫苗并在2022–2023年经历BF.7突破性感染的队列(SARS-1+3VacWT+BF.7 BTI,n=38),并设立无SARS-1感染史的突破感染者及各类初次感染患者作为对照。通过假病毒中和实验和抗原地形图评估血清的中和活性与抗原距离;利用四种RBD蛋白(SARS-1、WT、BF.7、BA.5.2)混合筛选流式细胞术从外周血记忆B细胞中分离并表达了409株单克隆抗体,随后通过ELISA和表面等离子体共振(SPR)竞争实验将其归类为Class 1–5五类表位;同时对抗体重/轻链V基因进行测序以分析体细胞超突变(SHM)及配对偏好,结合AlphaFold3、Rosetta建模以及冷冻电镜(Cryo-EM)和X射线晶体学解析了关键广谱中和抗体(如THZ937、THZ939、THZ65)的高分辨率结构;最后采用叙利亚仓鼠接触传播模型,验证了高广度抗体THZ937鼻腔给药对抑制真实Omicron EG.5.1变异株传播及肺部病理损伤的体内效力。
研究结果表明,SARS-1感染带来的免疫印迹在20年后依然强劲,突破性感染后其血清对SARS-1、蝙蝠冠状病毒病毒(WIV16)以及SARS-2原始株和变异株均表现出极高的交叉中和滴度,显著缩短了SARS-1与SARS-2之间的抗原距离。在分离的抗体中,约60%为SARS-1/2交叉反应抗体,主要重定向至保守的RBD Core区域(Class 4/5);37%为针对变异较大RBM区域的SARS-2特异性抗体(Class 1/2);另有3%为仅结合SARS-1的抗体,证实了长寿记忆B细胞长达20年的稳定持久性。在基因选择方面,SARS-1驱动的印迹反应主要由IGHV1-8(严格与IGKV1-39配对,针对Class 5)和IGHV4-39介导,而SARS-2驱动的印迹则偏向使用IGHV1-69和IGHV3-53/66。结构与动物实验进一步揭示,抗体THZ937能够跨越RBM与保守核心区并结合高度保守的表位残基,其鼻腔给药在仓鼠模型中完全阻断了真实Omicron EG.5.1的接触与气溶胶传播,并显著减轻了鼻甲和肺部的病毒载量与病理损伤。
这项研究具有重要的科学与应用意义,首次在单克隆和分子水平上揭示了冠状病毒长达二十年的免疫印迹持久性及其表位进化规律,证明早期的原初印迹不仅不会阻碍对新变异株的应答,反而可以通过召回保守表位的记忆B细胞引导产生跨物种的高效广谱中和抗体,为开发通用冠状病毒疫苗(Pan-sarbecovirus vaccine)和预防性抗体药物提供了关键的理论依据与分子模板。此外,该工作是对清华大学团队2020年Nature研究(Ju et al., Nature 2020, PMID: 32454513)(http://t.cn/AX0ksNqw)的深刻延续与纵深拓展 — 研究视角从单次全新病毒感染的短期体液免疫,跨越至时隔20年的跨物种异源病毒暴露与突破性感染,不仅证实了此前发现的种系基因在长期免疫记忆中的演变轨迹,更从单纯的特定毒株中和升华至利用长效免疫印迹引导广谱冠状病毒保护的全新维度。
