CA2 x CA1

*仅供医学专业人士阅读参考 众所周知，怀孕会对女性的身体产生深刻的影响。 其中，怀孕对大脑的影响，更是因“一孕傻三年”这句俗语广为人知。 2016年底，科学家通过分析孕前和产后的影像学数据，首次发现怀孕会导致大脑结构发生重大变化，尤其是与心智有关的灰质区域体积显著减少[1]。 然而，以上的研究只能让科学家了解到孕前和孕后大脑的差异，至于大脑的结构在整个孕期是如何变化的，目前仍无人知晓。 近日，由加州大学圣巴巴拉分校Laura Pritschet和Emily G. Jacobs，以及加州大学尔湾分校Elizabeth R. Chrastil领衔的研究团队，在著名期刊《自然·神经科学》上发表一项重磅研究成果[2]，一举填补了上述空白。 她们对一名健康初产妇进行了全面的孕期成像研究，结果发现，随着孕周的增加，大脑皮层灰质体积缩小、皮层厚度下降，海马体多个区域的体积也缩小；不过，白质微结构完整性却增强。 值得注意的是，她们也注意到层灰质体积缩小、皮层厚度下降，在产后2年仍会持续；而白质微结构完整性的增强，会在产后迅速恢复到基线状态（这也是之前的研究难以发现的变化）。 据了解，这也是迄今为止科学家首次揭示女性大脑在整个孕期的变化。 ▲ 论文首页截图 这个研究能顺利完成，得感谢一位38岁的妈妈。 她从怀孕前3周开始接受磁共振成像（MRI）扫描，孕期为36周，在生产前累计接受19次MRI扫描；产后随访2年，接受7次MRI扫描。在整个研究期间，研究人员还进行了近20次静脉采血。 从血液检测结果来看，血清激素（17β-雌二醇和孕酮）浓度在妊娠期间显著增加，产后急剧下降。 ▲ 研究流程图及血液检查结果 总的来看，在整个研究期间，大脑皮层灰质体积（GMV）、皮层厚度（CT）和脑容量在妊娠期间呈线性下降，产后似乎部分反弹。正如文章开头提及的那样，大脑皮层灰质与社会认知和心智密切相关。然而，在孕期，灰质体积确实缩小了。 与此相反，白质的整体微结构完整性在整个孕期的前6个月都在增加，然后在产后恢复到基线水平。白质位于大脑深部，通常负责促进大脑区域之间交流。 此外，她们还观察到侧脑室扩张和脑脊液在孕期的后6个月以非线性模式上升，然后在产后急剧下降。 ▲ 孕期大脑的主要变化 随后，Pritschet团队将研究范围聚焦到孕前和孕期的19次MRI扫描上。 她们发现，大脑总体积、灰质体积（GMV）和皮层厚度（CT）之间呈正相关，而侧脑室、脑脊液等与灰质体积（GMV）呈负相关。 她们还注意到，在整个大脑皮层中，灰质体积（GMV）的变化几乎无处不在。在她们感兴趣的400个大脑区域中，80%区域的灰质体积（GMV）与孕周呈负相关。 这说明，在整个孕期大脑皮层体积几乎都在减少。 ▲ 全脑灰质体积（GMV）在孕期的变化 值得注意的是，灰质体积（GMV）的减少与受试者的雌二醇和孕酮浓度显著相关。在研究与妊娠相关的皮层厚度（CT）变化时，也观察到了高度相似的结果。 此外，与广泛的皮层灰质体积（GMV）减少相一致的是，几个皮层下区域的体积在整个妊娠期也显著减少。例如，双侧腹侧间脑（包括下丘脑、黑质、乳头体、外侧膝状体核和红核等）、尾状核、海马、丘脑和脑干等。 具体到海马体而言，CA1、CA2和CA3的体积在整个妊娠期呈非线性下降，海马旁皮质（PHC）在整个妊娠期的体积呈线性下降。 ▲ 皮层下区域的体积变化 除了上面介绍大脑萎缩之外，Pritschet团队注意到，白质纤维束成像结果显示，在妊娠期间，整个大脑的微观结构完整性在增加，而且与17β-雌二醇和孕酮的增加同步。 白质的这种变化意味着大脑不同区域的交流增加，与母性行为有关。 ▲ 白质的变化 在研究的最后，Pritschet团队将这名女性的数据，与另外8名受试者的大脑成像数据做了比较。 她们发现，在整个妊娠期内灰质体积（GMV）的变化远远超过了正常大脑的变异性。平均而言，皮层灰质体积（GMV）的变化比在类似时间段内扫描的对照组高出近三倍。 总的来说，Laura Pritschet、Emily G. Jacobs和Elizabeth R. Chrastil团队的这项研究成果，填补了孕期对女性大脑影响的研究空白，促进了我们对人类大脑的认知。不过，这个研究是基于一名受试者开展的，还需要更多的人体数据验证这些发现。 此外，Pritschet和她的同事们只观察到了孕期大脑的变化，至于这种变化与行为之间究竟有何关系，这个研究没办法回答。未来，研究人员需要到模式动物身上寻找答案。 奇点糕近期推出了《2024ASCO年会深度盘点》课程，为大家系统盘点了2024ASCO年会上实体瘤领域的重磅进展，让您在100分钟内迅速深入把握前沿。 长按识别下图中的二维码即可购买，购买后您可以在「奇点网小程序」收听，或下载奇点网「医学奇点」苹果客户端收听。 如果遇到任何技术问题大家可以戳我们下图中的客服小伙伴来解决~~ 参考文献： [1].Hoekzema E, Barba-Müller E, Pozzobon C, et al. Pregnancy leads to long-lasting changes in human brain structure. Nat Neurosci. 2017;20(2):287-296. doi:10.1038/nn.4458 [2].Pritschet L, Taylor CM, Cossio D, et al. Neuroanatomical changes observed over the course of a human pregnancy. Nat Neurosci. Published online September 16, 2024. doi:10.1038/s41593-024-01741-0 本文作者丨BioTalker

*仅供医学专业人士阅读参考 就在两个月前，我们报道了密西根大学团队的一项研究成果。 那项研究发现，睡眠剥夺会削弱海马尖波涟漪（促进记忆形成）的功率，导致海马神经元的再激活和重放能力被减弱，进而损伤记忆[1]。 实际上，已经有很多研究观察到破坏睡眠中的尖波涟漪会损伤记忆[2]，而增强尖波涟漪则会提升记忆能力[3]。因此，海马尖波涟漪被认为是睡眠巩固记忆所必需的。 今天，康奈尔大学Azahara Oliva团队在《科学》杂志上发表的一项研究成果[4]，可能要打破我们的这一传统认知。 她们在海马体的CA2区发现了一种新型神经活动——动作电位网（BARRs）。这个BARRs有个奇特的作用，抵消海马尖波涟漪（SWRs），从而抑制非快速眼动（NREM）睡眠时期参与学习的神经元活动的增加。 按理说，BARRs应该是不利于记忆巩固的；然而，出人意料的是，破坏BARRs不仅不会增强记忆能力，反而会导致记忆受损。如此看来，虽然尖波涟漪有助于记忆的形成，但是如果海马神经元过度活跃的话，也会影响新记忆的形成；而BARRs的存在，就是一种平衡机制，它能重置大脑神经元，让大脑可以用有限的资源形成更多的记忆。 ▲ 论文首页截图 作为一名神经生物学专家，Azahara Oliva的研究方向是了解在学习、记忆和睡眠过程中，大脑状态是如何调节局部神经网络活动的。 海马尖波涟漪对记忆的重要性，Azahara Oliva肯定了然于心；然而，她心中一直有个疑问，我们大脑的容量是有限的，为什么能不断地学习新知识，而不耗尽所有的神经元呢？ 这个问题的背后，其实就是不断激活神经元的尖波涟漪是如何保持神经网络平衡的，或者说是如何恢复正常并给明天的学习和记忆留下空间的。这个问题目前无人知晓，我们所知的，只是增强尖波涟漪可以巩固记忆，削弱尖波涟漪会损害记忆，而且这种损害还不可逆。 Oliva团队推测，海马体中肯定还有一股力量，它在背后调节着尖波涟漪，平衡海马的神经信号网络。 在这个假设的基础上，Oliva团队监测了海马三个区（CA1、CA2和CA3）在非快速眼动（NREM）睡眠期间的活动情况。她们还真有收获，发现除了尖波涟漪（SWRs）之外，CA2的锥体细胞还发出了一波动作电位——BARRs，而且CA1和CA2之间还有一束中间神经元被激活。 ▲ BARRs和SWRs 她们还发现BARRs持续的时间约为300毫秒，而SWRs的持续时间仅有约50毫秒。此外，BARRs和SWRs都会在非快速眼动睡眠期间频繁出现，在学习后的睡眠期间会立即增加，并随着时间的推移逐渐减少。 Oliva团队还通过光遗传技术激活CA1区的兴奋性神经元来增加SWRs，神奇的是，在不久之后BARRs也会增加。而且，SWRs和BARRs不是同时出现，而是呈此长彼消的负相关。 ▲ BARRs和SWRs的关系 随后的单神经元活动研究发现，在清醒状态下参与学习的CA1神经元，在非快速眼动睡眠早期的SWRs中被重新激活，这种活动在非快速眼动睡眠晚期逐渐下降到基线水平。值得注意的是，这种下降似乎是由BARRs引起的，因为在BARRs信号活跃期间，CA1神经元不会被重新激活，而与学习有关的神经元会在此期间降低活性。 此外，在SWRs期间越活跃的神经元，在BARRs期间活性就越低。不难推测，BARRs似乎就是为抵消SWRs而生的，目的是降低学习后重激活引起的CA1神经活动。 对BARRs更深入的研究发现，CA2发射的BARRs经由抑制性中间神经元（CCK+篮状细胞），调节CA1的神经元活动。消除CCK+篮状细胞就能阻断BARRs对SWRs的影响。 按照传统认知，增强SWRs可以改善记忆；那么，阻断BARRs就可以避免SWRs被消除，会让CA1区神经元活动持续升高，进而促进记忆的巩固。然而，研究结果却出人意料，阻断BARRs虽然延长了参与学习的CA1神经元的活动，甚至可以延长到非快速眼动睡眠晚期；但是，BARRs带来的不是记忆改善，而是记忆能力受损。 机制示意图 至于破坏BARRs为何延长了CA1神经元活跃时间，却反而不利于记忆的形成，Oliva团队提出了她们的观点：BARRs的功能是抵消SWRs的作用，从而促进神经网络信号的平衡，将CA1神经元在非快速眼动睡眠期间的重新激活限制在巩固记忆所需的正常水平。 简单来说，BARRs的作用是在保证记忆形成的基础上，让部分神经元归于平静，为新的记忆形成奠定基础。 总的来说，Azahara Oliva团队的这项研究成果改变了我们对尖波涟漪巩固记忆的认知，让我们认识到，在睡眠期间不仅有促进记忆形成的尖波涟漪，还有平衡现在与未来记忆需求的BARRs。二者中的任何一个受损，都会损伤记忆。 不过，这个研究还留下了几个有趣的问题。例如，CA2区的BARRs究竟是如何启动的？大脑又是如何决定哪些神经元活动被BARRs抚平的？搞清楚这些问题，对于我们了解记忆的形成，进而开发改善记忆的方法，都有重要意义。 最后，我想说句废话：睡眠可真不简单啊，保持良好的睡眠真的非常重要。 参考文献： [1].Giri B, Kinsky N, Kaya U, Maboudi K, Abel T, Diba K. Sleep loss diminishes hippocampal reactivation and replay. Nature. 2024;630(8018):935-942. doi:10.1038/s41586-024-07538-2 [2].Girardeau G, Benchenane K, Wiener SI, Buzsáki G, Zugaro MB. Selective suppression of hippocampal ripples impairs spatial memory. Nat Neurosci. 2009;12(10):1222-1223. doi:10.1038/nn.2384 [3].Fernández-Ruiz A, Oliva A, Fermino de Oliveira E, Rocha-Almeida F, Tingley D, Buzsáki G. Long-duration hippocampal sharp wave ripples improve memory. Science. 2019;364(6445):1082- 1086. doi:10.1126/science.aax0758 [4].Karaba LA, Robinson HL, Harvey RE, Chen W, Fernandez-Ruiz A, Oliva A. A hippocampal circuit mechanism to balance memory reactivation during sleep. Science. 2024;385(6710):738-743. doi:10.1126/science.ado5708 本文作者丨BioTalker

单克隆抗体（mAb）具有高特异性并能增强免疫反应的特点，是一种潜在的病毒感染治疗剂和预防剂。而抗体工程可增强效应器功能，延长mAb半衰期。结构生物学的进步，则利于通过识别病毒蛋白中的易损区域选择和优化有效的中和mAb，并设计疫苗。COVID-19的爆发使针对严重急性呼吸综合征冠状病毒2（SARS-CoV-2）中和mAb的研发日益火热，目前已有几款mAb获得紧急使用授权（EUA）。mAb的应用不仅有益于COVID-19应对，而且还推动其他传染病的治疗和预防。在这里，我们总结了抗体发现和抗体工程的研究进展，以及抗病毒感染mAb的开发过程，这些病毒包括SARS-CoV-2、呼吸道合胞病毒（RSV）、埃博拉病毒（EBOV）、人类巨细胞病毒（HCMV）和流感病毒。自1970年代Köhler和Milstein开发能够产生单克隆抗体（mAb）的杂交瘤技术以来，mAb已成为治疗癌症和免疫疾病的关键药物，2021年第100种基于抗体的治疗药物已获得美国食品和药物管理局（FDA）批准。然而，尽管利用抗体对抗传染病的历史可以追溯到一个多世纪以前的血清应用，但只有少数mAb药物用于治疗或预防传染病。截至2022年初，已有6种针对病原体的mAb已获得FDA批准（表1），适应症包括预防呼吸道合胞病毒（RSV）感染、预防和治疗炭疽感染、预防艰难梭菌感染复发和治疗埃博拉病毒（EBOV）感染。表1：FDA批准的用于传染病适应症的mAb2020年，COVID-19的迅速传播使研究人员大力开发针对SARS-CoV-2的中和mAb。现阶段，超过20种mAb进入临床开发阶段，其中一些mAb已获得FDA和全球其他机构的EUA（表2）。尽管疫苗一直是应对COVID-19的主力军，但mAb也有一定贡献，特别是针对免疫功能低下或有轻度至中度COVID-19的患者。表2针对COVID-19上市或处于后期临床研究的mAb1抗体特性与抗体工程1抗体结构和功能抗体是病原体感染或接种疫苗后由浆细胞或受刺激的记忆B细胞产生的天然生物分子，为Y形异二聚体，由两条25kDa的轻链和两条至少50kDa的重链组成，重链和轻链之间通过多个二硫键和非共价相互作用连接（图1a）。抗体也可分为抗原结合结构域（Fab）和可结晶片段结构域（Fc）（图1b），两个Fab结合并中和病原体，通过铰链与Fc相连，Fab相对Fc具有较大的构象灵活性，能与抗原产生强烈相互作用。糖基化的Fc结构域与其他蛋白质结合，可以介导抗体依赖性细胞毒性（ADCC）、补体依赖性细胞毒性（CDC）和抗体依赖性等细胞吞噬作用（图1c）。Fc结构域还可以与新生儿Fc受体（FcRn）相互作用，影响抗体药代动力学。抗体的种类取决于alpha、mu、gamma、epsilon、delta等基因片段是否与其可变区重组。人类以下基因产生不同的抗体亚类：α基因片段产生IgA1和IgA2，γ基因片段产生IgG1、IgG2、IgG3和IgG4，mu片段产生IgM，epsilon片段产生IgE和delta片段产生IgD。除IgD外，每个亚类都能消除不同类型的病原体，IgG类主要针对血液和细胞外液中的病原体。不同抗体亚型的序列变异决定了它们对FcRn、FcγR和补体蛋白C1q的亲和力和特异性。其中IgG1启动ADCC和CDC（图1c），IgG2和IgG4是较差的CDC激活剂，而IgG3有效激活CDC，大多数临床使用或针对感染性疾病开发的治疗性mAb是IgG1亚型。图1：病毒感染期间单克隆抗体的作用机制2抗体作为抗病毒药物一个多世纪以来，单克隆或多克隆抗体已被用于传染病治疗和预防。抗体可以通过多种机制对抗病毒感染。首先，抗体可以防止包膜病毒的病毒糖蛋白或无包膜病毒的蛋白壳与靶宿主细胞结合，这些病毒蛋白在病毒生命周期中具有两个主要功能：与细胞受体结合，介导病毒和细胞膜融合（在包膜病毒的情况下）或渗透到细胞质中（在无包膜病毒的情况下）。例如，SARS-CoV-2进入宿主细胞是由病毒刺突（S）糖蛋白与宿主细胞表面的血管紧张素转换酶2（ACE2）受体之间相互作用介导的。ACE2在呼吸系统、胃肠道和内皮细胞上表达（图1b）。病毒刺突与ACE2的相互作用可以被靶向刺突受体结合域（RBD）的抗体阻断，抑制病毒感染。通过与白细胞上的补体蛋白C1q或FcγR结合的抗体也可以对抗病毒感染（图1c），导致病毒和/或受感染宿主细胞直接裂解；抗体还可以促进或诱导吞噬作用，或导致有毒化学物质的释放，如细胞因子或活性氧。极少数情况下，抗体与病毒粒子的次优结合可通过抗体依赖性增强（ADE）过程促进病毒发病，其中FcγR识别病毒-抗体复合物可利于病毒进入宿主免疫细胞。使用动物抗原血清是第一种被动免疫法，但有可能引发人类抗体免疫反应，因此可使用人的血液作为抗体来源，这就是恢复期血浆疗法（CPT）。但个体之间不同的抗体反应限制了其发展，且CPT还存在安全风险，包括过敏反应和感染其他病毒（如HIV、乙型肝炎和丙型肝炎）的低风险。总体而言，CPT作用可能仅限于治疗选择有限的早期阶段。鉴于CPT的局限性，研究人员越来越关注使用中和mAb对传染病进行被动免疫。3开发人类治疗性抗体治疗病毒感染的策略人类mAb治疗病原体的策略可分为靶向已知抗原和靶向未知抗原（图2）。靶向已知抗原的mAb从噬菌体展示文库中筛选，该文库由免疫或感染个体的免疫球蛋白可变基因构建。尽管这些方法已分离出针对多种病原体（例如HIV29、SARS-CoV-2和炭疽毒素）的中和抗体，但筛选出的mAb并不代表天然抗体库。随后开发的第二种靶向方法，是直接分离抗原特异性记忆B细胞，然后识别它们产生的mAb。记忆B细胞可以来自恢复期患者的血浆，或来自携带人类免疫球蛋白基因座的转基因小鼠。图2：抗体的发现方法4抗体工程对mAb进行工程改造以改善其治疗特性被称为是抗体工程，研究表明Fc区域突变会增加或降低ADCC和/或CDC有效性，减少IgG分解代谢可改善mAb体内半衰期。工程改造的Fc区域以延长其半衰期的多种抗病毒mAb已进入临床阶段，最先进的是sotrovimab（也称为VIR-7831和GSK4182136），使用LS修饰Fc区域氨基酸，由Vir Biotechnology和GSK开发，针对SARS-CoV-2病毒，于2021年获批。Vir Biotechnology还将LS修饰用于VIR-3434，该mAb旨在预防10种乙型肝炎病毒基因型对肝细胞的慢性感染，目前处于II期试验（NCT04856085）。其他使用LS修饰的抗病毒mAb，包括用于治疗HIV的VRC01LS、VRC07-523LS和elipovimab（GS-9722）。VRC01LS是一种由美国国立卫生研究院（NIH）开发的广泛中和mAb，其血清半衰期比未改造的长约四倍，且在血清中显示相似中和活性，目前处于I期试验（NCT02256631）中。抗体工程还可用于生成新的抗体形式，例如设计用于识别两种不同表位或抗原的双特异性抗体（bsAb）。因此，单个bsAb可以与两种不同蛋白质或同一蛋白质上的两个不同位点结合。目前科学家已开发了广泛的bsAb抗体，特别是应用于肿瘤学，以及传染病研究。其他可用于抗病毒药物的新型工程抗体形式包括纳米抗体（15kDa），与小鼠和人类抗体结合域（50kDa）相比，仍保留完整抗原特异性。此外，纳米抗体能够合常规抗体通无法触及的表位，如被聚糖掩盖的保守病毒结构域。最后，锚蛋白重复蛋白（DARPins）等抗体模拟物可以提供高亲和力并和多特异性。例如，由Molecular Partners和诺华开发的一种多DARPin（ensovibep）能同时与SARS-CoV-2刺突RBD的三个单元结合，目前正在临床试验中（NCT04828161）。2抗病毒感染的抗体1抗冠状病毒，包括SARS-CoV-2冠状病毒是冠状病毒科有包膜的正义单链RNA病毒，可以感染多种哺乳动物和鸟类，导致呼吸道和/或肠道疾病。人类冠状病毒是引起普通感冒的主要原因，导致人类约30%的轻度呼吸道感染和非典型肺炎。4种不同的冠状病毒通常在人群中传播，包括HCoV-OC43、HCoV-HKU1、HCoV-NL63和HCoV-229E。在过去的二十年中，出现了3种可能导致人类生命危险疾病的冠状病毒。严重急性呼吸综合征冠状病毒（SARS-CoV）于2002年在中国出现并传播，在37个国家造成8100人感染和近800人死亡。十年后，中东呼吸综合征冠状病毒（MERS-CoV）在阿拉伯半岛出现，并传播到21个国家，感染约2500人，致死率为35%。2019年，在中国发现了一种现在称为SARS-CoV-2的冠状病毒感染，这种冠状病毒可导致发烧、严重的呼吸道疾病、肺炎、腹泻、呼吸困难和多器官衰竭。根据世界卫生组织（WHO）的数据，截至2022年2月，已确认超过4.14亿例病例，导致至少580万人死亡。所有冠状病毒都使用三聚体刺突（S）跨膜糖蛋白进入宿主细胞。S蛋白是一种I型膜I类融合蛋白，其有两个功能亚基，它们在蛋白质融合前构象中保持非共价结合（图3a）。氨基末端S1亚基负责与宿主细胞受体结合，而羧基末端S2亚基负责融合病毒和细胞膜。S1亚基进一步分为N端结构域（NTD）和RBD（图3a）。SARS-CoV-2的基因组序列与SARS-CoV有79.6%的同一性，并且与SARS-CoV相似，依靠S1亚基RBD与宿主细胞（如肺细胞和肠细胞）上的ACE2受体结合。在与宿主细胞结合后，S2亚基构象变化导致病毒融合并进入靶细胞（图3b）。S糖蛋白一直是开发靶向SARS-CoV-2mAb的焦点蛋白，它是针对SARS-CoV和MERS-CoV的有效中和mAb靶标。超过20种靶向S糖蛋白的mAb已进入临床试验，其中一些已获得FDA批准（表2）。然而，迄今为止针对COVID-19治疗的大多数mAb会因为SARS-CoV-2变体（VOC）的迅速出现而治疗受限。诸如Alpha、Beta、Gamma和Delta等VOC在S糖蛋白区域有9-12个突变，这些突变会影响mAb的治疗性。Omicron变体在S糖蛋白中累积超过35个突变，其中15个发生在RBD中，RBD不仅是与宿主受体ACE2结合的位点，也是治疗性mAb的关键靶点。Omicron VOCs（BA.1、BA.1.1和BA.2）的出现使许多mAb失效，包括casirivimab和imdevimab的联合使用、bamlanivimab和etesevimab的联合使用以及sotrovimab（表2）。不过，最近开发的两种mAb，bebtelovimab和P2G3对OmicronVOC依然能保持活性。S蛋白上的NTD结构域也是一个重要靶点（图3a），NTD特异性抗体的结构表征表明mAb靶向NTD突出区域的上侧。41个NTD特异性mAb的表位作图鉴定了6个抗原位点，其中一个被所有已知NTD特异性中和抗体识别，并被称为“NTD超位点”，由残基14-20、140-158和245–264组成，目前NTD特异性抗体起作用的中和机制仍有待确定。确定使用mAb治疗的目标人群和最佳时机至关重要。mAb被认为在具有严重COVID-19高风险的个体中发挥预防作用，如老年人和/或患有多种疾病的个体，以及对疫苗接种反应不佳或免疫功能低下的个体。最后，尽管最初担心抗SARS-CoV-2mAb会引起ADE风险，但目前没有证据表明在临床试验中任何mAb都会发生ADE。图3：针对受体结合域的SARS-CoV-2刺突蛋白和中和抗体2抗人呼吸道合胞病毒RSV是一种有包膜的负链RNA病毒，属于肺病毒科。RSV感染极为常见，通常会导致轻微的呼吸道症状。1990年代末至2000年代初，第一个名为RespiGam的RSV静脉注射免疫球蛋白制剂被用于预防患有支气管肺发育不良和早产幼儿的严重RSV相关下呼吸道疾病。RespiGam于2003年停止使用，取而代之的是帕利珠单抗预防，帕利珠单抗也是第一个用于治疗高危婴儿严重RSV感染的中和mAb，于1998年获批。在三种RSV表面蛋白（F、G和SH）中，F特异性抗体在受感染的人类血清中具有中和活性，因此F糖蛋白一直是RSV单克隆抗体开发的重点。F糖蛋白是负责将病毒膜与细胞膜融合的三聚体I型融合糖蛋白，与许多其他病毒融合糖蛋白类似。帕利珠单抗是一种人源化mAb，可与F糖蛋白的抗原位点II结合（图4a）。Motavizumab是一种亲和力高的帕利珠单抗衍生物，效力高10倍，与帕利珠单抗相比，其RSV住院率相对降低了26%。然而，2010年III期临床试验的结果显示，与帕利珠单抗相比，Motavizumab不良事件增加，导致其开发终止。用于治疗RSV的新型mAb，例如nirsevimab（MEDI8897）和suptavumab（REGN2222），Nirsevimab衍生自一种名为D25的mAb，由AIMM Therapeutics分离，靶向抗原位点Ø，在体外比帕利珠单抗更有效。3抗埃博拉病毒埃博拉病毒是属于丝状病毒科的单链RNA病毒。埃博拉病毒属包含6种不同名称：本迪布焦埃博拉病毒（Bundibugyovirus）、雷斯顿埃博拉病毒（Restonvirus）、苏丹埃博拉病毒（Sudanvirus）、塔伊森林埃博拉病毒（TaïForestvirus）、邦巴里埃博拉病毒（Bombalivirus）和扎伊尔埃博拉病毒（埃博拉病毒，EBOV）。EBOV会导致严重疾病，病死率高达25-90%。EBOV的糖蛋白是三聚体I类融合蛋白，由三个二硫键连接的GP1-GP2异二聚体在病毒表面形成三聚体。GP1亚基与EBOV受体NPC1结合，允许GP2介导的病毒和宿主细胞膜融合（图4b）。GP1带有RBS、聚糖帽和粘蛋白样结构域。GP2包含一个N端肽、内部融合环和跨膜结构域。1995年从埃博拉病毒幸存者中分离出两种mAb（mAb100和mAb114），REGN-EB3（以Inmazeb销售，再生元）是三种针对EBOV糖蛋白的完全人源mAb（REGN3470、REGN3479和REGN3471）的组合。REGN3479（现称为maftivimab）识别GP2融合环并提供中和活性，REGN3471（现称为odesivimab）识别外部聚糖帽并具有细胞靶向功能。REGN3470（现在称为atoltivimab）与GP1头部结合，提供中和活性和细胞靶向活性。图4：与来自各种病原体的糖蛋白结合的中和抗体4抗人类巨细胞病毒人类巨细胞病毒（HCMV）是一种有包膜的双链DNA病毒，其基因组大小超过235kb，是已知最大的人类疱疹病毒。HCMV是betaherpesvirus家族成员，可以在健康个体中建立终生潜伏期。原发感染一般无症状；然而免疫功能低下宿主中的病毒再激活可能危及生命，并且怀孕期间的垂直病毒传播是先天性出生缺陷的主要原因之一。HCMV利用不同的糖蛋白复合物允许细胞进入多种细胞。两种含gH / gL的复合物可调节病毒嗜性，gH / gL / gO三聚体与PDGFRα结合，是成纤维细胞感染所必需，gH / gL / UL128 / UL130 / UL131A五聚体与神经纤维蛋白2结合，是病毒进入上皮细胞、内皮细胞和骨髓细胞所必需的。（图4c）。几种靶向gH / gL或gB复合物的mAb已被分离出来，并在体外感染模型中显示出适度的功效。为了鉴定最有效的HCMV中和抗体，Lanzavechia小组从自然感染供体的记忆B细胞中分离出一大组mAb，发现五聚体复合体是HCMV中和的主要靶点，其产生的中和抗体的效力比其他HCMV复合体的效力大几个数量级。这一发现揭示了抗原选择对鉴定有效的中和mAb和设计有效疫苗的重要性。在同种异体造血干细胞移植或实体器官移植后，使用HCMV特异性mAb预防HCMV感染和疾病已得到广泛研究。MSL-109是一种靶向HCMV表面糖蛋白gH的mAb，且作为AIDS患者的HCMV诱导性视网膜炎的补充治疗，但由于缺乏疗效，在II/III期停止开发。RG7667是结合gH / gL和五聚体复合物的两种mAb的混合物，可以有效地中和所有测试细胞类型的HCMV感染。然而，在对肾移植受者进行的II期试验评估时，发现缺乏疗效。CSJ148由两种抗HCMV mAb组成，一种抗gB mAb（LJP538）和一种抗五聚体 mAb（LJP539），用于预防造血干细胞移植患者的HCMV，也终止于II期试验。因此，尽管抗HCMV mAb已做出了重大开发努力，但尚未获得FDA批准。临床上唯一可用的基于抗体的疗法仍然是Cytogam，一种用于静脉注射的CMV免疫球蛋白制剂。5抗流感病毒流感是正粘病毒科的一员，有4种类型——甲型、乙型、丙型和丁型流感——它们都有一个分段的负义单链RNA基因组。甲型和乙型流感是造成人类严重感染的原因，而丙型流感仅引起轻微症状，丁型流感不会感染人类。该病毒基因组由编码至少12种蛋白质的8个片段组成：血凝素（HA）、神经氨酸酶（NA）、PB2、PB1、PB1-F2、PA、PA-X、NP、M1、M2、NS1和NS2。病毒表面的两种糖蛋白是HA和NA，HA比NA更丰富（每个病毒粒子约500个分子），比例为4:1至5:1。HA头部是发生抗体反应的主要目标，其序列和糖基化位点变化多样。尽管HA的结构总体上是保守的，但其序列和糖基化模式在不同亚型之间不同。由于其高序列可变性，针对免疫优势头部的抗体反应是菌株特异性的，并且仅提供短期免疫。其头部含有RBS，它通过与唾液酸受体结合将病毒附着到宿主细胞上。RBS形成一个浅口袋，由4个部分组成：190螺旋和130、150和220环，除了220环外，RBS本身相对保守，而其余的头部在序列上是高度多样化的。抗体通常针对5个主要抗原位点，即H1的Ca1、Ca2、Cb、Sa和Sb，以及H3的位点A-E，它们位于RBS周围。RBS位点的抗体可以阻断病毒附着或阻止受体介导的内吞作用，因此中和病毒。HA茎部主要在亚型内高度保守，并且在某种程度上跨亚型，以比头部结构域慢得多的速度进化（图4d）。MEDI8852是一种人IgG1 mAb，从一名无并发症的甲型流感感染患者中分离出来，目前处于IIa期。Vir Biotechnology正在开发VIR-2482，这是一种中和甲型流感的mAb，它与HA的保守区域结合并能中和自1918年西班牙流感（H1N1）以来的所有主要毒株。因此，这种类型的抗体可用作通用预防剂，克服当前流感疫苗的局限性。此外，由于VIR-2482已通过改造其Fc区域延长血清半衰期。3对疫苗开发的影响1用于疫苗设计的抗原-抗体相互作用和结构疫苗学疫苗已被证明是传染病最有效的预防策略。然而，依赖三类传统疫苗（减毒活疫苗、灭活疫苗和解离病原体）对HIV、RSV、流感、丙型肝炎病毒、HCMV或EBOV等病毒已不起作用。对于大多数疫苗而言，抗体反应至关重要。因此，鉴定能够有效中和病原体的抗体是加速疫苗开发的关键因素。反向疫苗学2.0，也称为基于抗体的疫苗学，旨在克服传统方法的局限性，通过基于抗原与其同源抗体复合的结构表征设计新型疫苗（图5）。通常通过对感染细胞的粗匀浆进行蛋白质组学分析来鉴定抗原，然后根据免疫原性及其刺激免疫反应的能力进行选择。然而，这种方法非常耗时，并且在鉴定新的蛋白质时不能保证其结构完整性或免疫原性。实验驱动的中和mAb的分离和其靶标鉴定，仍然是鉴定候选疫苗的最佳方法。抗体驱动和基于结构的抗原设计策略在开发新出现的传染病疫苗方面特别有效。图5：反向疫苗学2.02人呼吸道合胞病毒对于RSV，中和抗体主要针对融合（F）蛋白的头部结构域（图4a），为了集中针对F头部抗原位点的免疫反应，Boyington等人设计了仅包含头部区域的截断F免疫原。这些蛋白质在融合前状态下特别脆弱，因此需要稳定其结构，将抗原锁定在融合前构象中，以促进阻止膜融合的中和抗体反应。这种结构信息可用于识别稳定突变，多种基于结构的设计策略已被应用来稳定F蛋白的融合前构象。基于结构的疫苗设计中一个相对年轻的领域是表位支架，它依赖于将病毒表位移植到不相关的载体蛋白上，即所谓的支架蛋白，以将免疫反应集中于保守的、功能性的位点上，这些位点是中和抗体的靶标。这一策略首先应用于设计新的HIV免疫原，由McLellan等人首次实现，他们通过将莫他珠单抗的表位移植到不相关的蛋白质支架上，将F蛋白的抗原位点II设计成免疫原。3埃博拉病毒多个平台的疫苗已显示出对EVD的保护作用，其中两种并非基于反向疫苗学概念的疫苗已获得许可：包括Ervebo（rVSV-ZEBOV）和Zabdeno / Mvabea的联合使用。这两种疫苗都基于病毒载体，最近对接种疫苗的人类B细胞反应的分析表明，疫苗诱导的mAb中的体细胞超突变水平较低。基于蛋白质的亚单位疫苗的合理设计工作正在进行中。其他正在开发的疫苗包括cAd3-EBOZ，一种黑猩猩腺病毒（cAd3）的减毒型，编码EBOV-GP糖蛋白。最后，发现含有EBOV-GPMakona株的重组纳米颗粒疫苗可诱导有效的免疫反应。4人类巨细胞病毒HCMV疫苗的开发始于1970年代初期，实验室工作分离了两种减毒病毒株：AD169和Towne。AD169减毒株很快被放弃，Towne减毒株在实体器官移植受者和健康志愿者中进行了广泛测试。寻找CMV疫苗的关键是鉴定CMV的表面蛋白，称为糖蛋白B或gB（图4c）。当与MF59水包油佐剂联合使用时，该疫苗是安全且部分有效的，但在人体中3次注射后中和抗体水平较弱。亚基gB蛋白还与AS01佐剂结合以刺激TLR4受体，从而在人体中引发更高和更长时间的抗gB抗体水平。gB抗原是III类三聚体融合蛋白并且在融合后构象发挥作用，有人提出融合前构象中的gB可以产生更高的中和反应，但最近的结果表明可能并非如此。CMV表面存在的蛋白质五聚体复合物由糖蛋白H（gH）、糖蛋白L（gL）和基因UL128、130和131A的产物组成，该复合物已被证明能产生比gB更高滴度的中和抗体（图4c），这一发现推动了HCMV疫苗领域的发展。然而，如果需要中和抗体来预防HCMV的感染和传播，则还需要强烈的T细胞反应来抑制血清阳性患者的病毒再激活。即将进行的使用重组蛋白亚基（NCT05089630）或mRNA（NCT05105048）的临床试验将表明五聚体是否可以单独使用，或者是否需要与gB一起使用。5流感病毒开发流感疫苗的主要障碍之一，是病毒附着的高度变化的HA头部的免疫优势。因此，基于结构的设计方法一直专注于HA茎区（图4d）。为了将抗体反应转移到HA茎结构域，对嵌合HA分子进行了改造，该分子由与不同HA头配对的共同HA干组成。小鼠的反复免疫表明可以产生HA干特异性抗体反应，从而产生异源和异源亚型免疫。在雪貂中，这些构建体显示出在流感病毒攻击后减少病毒载量。嵌合HA已在I期临床试验中进行测试，证明其安全性，以及能够诱导广泛、强烈、持久和功能性的免疫反应。也有设计策略通过去除HA头产生分离的HA干抗原，如Yassine等人的无头HA和Impagliazzo等人的mini-HA设计。6冠状病毒获取SARS-CoV-2 S蛋白的结构数据在开发多种COVID-19疫苗（包括非常成功的mRNA疫苗）中发挥重要作用。开发有效疫苗的另一个关键方面，是从HCoV-HKU1和MERS-CoV等其他冠状病毒的S蛋白研究中获得丰富经验。7艾滋病病毒HIV疫苗开发研究极大受益于人类bNAb的分离，使用bNAb指导的HIVEnv三聚体稳定化是许多免疫原的基础。此外，最有希望的策略是使用稳定的三聚体，来激活特定的产生bNAb细胞前体并引导它们产生成熟的bNAb——这种策略称为种系靶向。最近，在接种eOD-GT8免疫原的健康受试者中报告了97%的血清转化，展示了种系靶向策略的强大潜力。4总结与展望SARS-CoV-2的出现强调了传染病的严重性，短时间内几种抗COVID-19疫苗和mAb疗法的发现和开发、制造和监管评估方面取得了前所未有的成功。这些进步是基于过去几十年在免疫学和疫苗学方面取得的巨大科学进步，也是基于对冠状病毒生物学重要知识的了解。利用抗体来治疗COVID-19也受益于技术进步和专业知识完善，但mAb有一定局限性，如SARS-CoV-2 Omicron VOC会导致抗体的病毒靶标发生突变以致病毒逃脱中和。希望本文和其他地方总结的近期临床成功药物和案例研究，对抗感染mAb的研发能有所启示。鉴于目前mAb的一个关键限制仍然是其在组织中的有限分布，将mAb特异性递送至靶标的新型的递送策略，可能会使mAb成为对抗病毒感染的更强大工具。