單克隆抗體在抗擊病毒中發揮著關鍵作用，并已被證明能有效減少患者癥狀由輕癥向重癥的發展。然而，該領域未來的進展取決于抗體開發的時間和技術。近日，《Nature - Scientific Report》雜志最近發表的一篇文章論證了單B細胞克隆篩選在快速、可靠地識別高親和力、強效的病毒（SARS-CoV-2）中和抗體方面的應用，并解釋了如何增強其中和活性。

中和抗體
疫苗接種后，一般會產生不同類型的抗體，以中和抗體為例：中和抗體由病毒最外層的包膜或衣殼抗原刺激機體產生的一類能與病毒結合并使之喪失感染力的抗體。目前針對疫苗的研究中，中和抗體屬于研究的熱點，如針對S1蛋白的受體結合域（receptor-binding domain，RBD）、針對S1蛋白的N末端域（NTD）。

該研究中研究的中和抗體屬于前者，針對S1蛋白受體結合域（RBD），它可以和SARS-CoV-2的RBD區域結合，阻斷該區域與血管緊張素轉化酶II受體（ACE2 receptor）的結合，從而達到阻止病毒入侵細胞的功效。該類抗體是人體產生的最多、最主要也是阻斷病毒效果好的一類抗體。

圖1. SARS-CoV-2刺突(S)的蛋白結構。a. SARS-CoV-2病毒粒子及其S蛋白示意圖。 E包膜，M膜，N核衣殼，血管緊張素轉換酶2。 b. SARS-CoV-2 S蛋白三聚體(PDB 6VXX)低溫em結構。分別用橙色、綠色和藍色三種顏色來表示這三個亞基。 c. SARS-CoV-2 S受體結合域(RBD)和S1亞基n端結構域(NTD)。 d. SARS-CoV-2 RBD與人ACE2復合物的晶體結構(PDB 6M0J)。人類ACE2是淺藍色的

通過單B細胞的篩選，可以更快的發現抗體
通過單B細胞分選，可以將抗體的發現過程縮短至幾周之內。這種開創性的方法包括從免疫動物或康復患者中分離活細胞，分類抗原特異性細胞亞群，并通過RT-PCR和PCR恢復成對的VH/VL抗體基因; 編碼的抗體可以被表達和表征，以確定性能較好的克隆，如圖2所示：

圖2. 從單個B細胞中分離發現有效的SARS-CoV-2中和抗體并進行鑒定的方法綜述

該方法的優點是使用了經過體細胞高突變的原生抗體序列，并保留了原生VH/VL配對。此外，發現過程是高通量的，可以進一步對高免疫抗體庫進行評估。

針對SARS-CoV-2病毒的中和抗體
為了評估單B細胞篩選在分離針對SARS-CoV-2病毒的中和抗體的有效性，研究人員在HEK293T細胞中制備了一種重組形式的SARS-CoV-2受體結合域(receptor-binding domain，RBD)，并對其進行蛋白純化。

接著對BALB/c小鼠進行免疫后，通過單細胞分選從脾臟材料中分離anti?RBD IgG1+B細胞，并處理VH /VL基因。將得到的VH/VL基因對克隆到哺乳動物表達質粒(含人IgG1恒定區和用于嵌合抗體表達的kappa輕鏈區)中，瞬時轉染到HEK 293-6E細胞中。 抗體鑒定包括Protein A磁珠的純化、抗原結合能力、中和活性等性能的評估。

親和性分析
在重組抗體被生產出來后，必需對其的親和力進行分析，以便進行下游的相關應用。抗體親和力的檢測方法包括生物膜干涉技術（BLI）、固相放射免疫法（SP-RIA）、平衡透析法、結合抗原沉淀法、放射免疫法（RIA）、ELISA法、表面等離子共振法（SPR）。

該方法使用了結合抗原沉淀法進行親和力的分析，將鏈霉親和素-磁珠與包被有生物素化RBD一起孵育后，洗滌去除掉未結合的抗體。接著使用Alexa Fluor®647熒光二抗（山羊來源，抗人IgG，Fc片段特異性親和純化二抗，Jackson ImmunoResearch）進行孵育并通過流式細胞術進行分析。結果顯示，兩個克隆體(12H2和13I1)對RBD具有較低的pM EC50值，其值與先前報道的一種有效中和抗體CB6相當（圖3）。

圖3. 分離出的抗體與SARS-CoV-2受體結合區域具有高度親和力。

特異性分析
將帶有His標簽的SARS-CoV或SARS-CoV-2的RBD區域分別與Dynabeads™磁珠進行孵育，以檢測中和抗體的特異性。將這兩種磁珠與不同濃度的抗體分別進行孵育，并將未結合的磁珠洗脫。接著使用Alexa Fluor®488熒光二抗（山羊來源，抗人IgG，Fc片段特異性親和純化二抗，Jackson ImmunoResearch）進行孵育并通過流式細胞術進行分析。

同時，研究人員評估了包被13I1抗體的磁珠與野生型SARS-CoV-2 S1蛋白以及兩種變體(B.1.1.7和B.1.351)的S1蛋白結合情況。具體實驗方法是將珠子與SARS-CoV-2 S1蛋白孵育，然后添加雞屬來源的抗his標簽抗體，并使用Alexa Fluor®647 熒光二抗（驢來源，抗雞IgY，F（ab’）?片段親和純化二抗，Jackson ImmunoResearch），接著進行流式細胞檢測。 

數據顯示，13I1與B.1.1.7的結合保留了下來，但與B.1.351的結合基本消失，說明B.1.351這種變體的蛋白可能通過某種機制逃脫了SARS-CoV-2抗體的結合（圖4）。

圖4. 13I1抗體與SARS-CoV-2 S1亞基變異的親和性分析

研究還顯示，中和抗體具有較高的特異性和穩定性。如圖5A所示，未特異性結合的抗體通過與CHO細胞中生物素化的可溶性膜蛋白孵育進行分析，并通過流式分析法來檢測。兩種抗體：高非特異性結合（emibetuzumab）和低非特異性結合（elotuzumab），作為對照抗體。兩種對照抗體與實際藥物并不*相同，因為它們具有實際藥物的可變區域和共同的IgG1框架。

圖5. 中和抗體具有較高的特異性和穩定性

中和活性
通過與顯示SARS-CoV-2刺突蛋白和包含熒光素酶編碼RNA的偽病毒顆粒共孵卵來評估每個抗體的中和活性。 將每種混合物進行一系列稀釋，然后應用于穩定表達人ACE2 (SARS-CoV-2入侵宿主細胞的細胞受體)的工程HEK293T細胞，并通過檢測感染48小時后熒光素酶的相對表達量來量化假病毒的傳染性。 抗體12H2和13I1均具有亞nM的中和活性，IC50值分別為0.109和0.162 nM; 與CB6 (0.087 nM)的IC50相當。

通過技術手段提高中和活性
為了研究合價對中和活性的影響，文章作者設計了一個四價雙可變域(DVD) 13I1抗體，并使用SARS-CoV-2假病毒試驗與二價13I1 IgG進行了并排比較。 DVD顯示，相對于二價13I1抗體，其中和活性增強(IC50值分別為0.131 nM和0.324 nM)，突顯出其作為一種治療策略的潛力。

總結
B細胞篩選已被證明可以快速識別高親和力、強效的SARS-CoV-2中和抗體。 此外，將其與抗體改良結合使用有望成為預防的有效策略。

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