新冠病毒变体如何智胜免疫系统
作者：西奈山医院
编辑：Sadie Harley 编辑，Robert Egan 审阅
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上图：SARS-CoV-2刺突蛋白的卡通模型，显示了与已知病毒突变相关的不同区域（或结构域），以及抗体可以识别和附着的区域。这些区域包括与人类细胞结合并帮助病毒与之融合的区域。来源：Feng等人，《Cell Systems》。
西奈山伊坎医学院的研究人员及其合作者创建了迄今为止最全面的地图，展示了抗体如何附着在引起COVID-19的SARS-CoV-2病毒上，以及病毒突变如何削弱这种附着。发表在《Cell Systems》上的研究结果解释了为何奥密克戎等变体能够逃避免疫防御，并提出了构建更持久抗体疗法和疫苗的新策略。该论文题为"一千个SARS-CoV-2抗体结构揭示了趋同结合与近乎普遍的免疫逃逸"。
抗体图谱的创建方法
研究团队分析了1000多个抗体与病毒刺突蛋白结合的三维结构（刺突蛋白是免疫识别的主要靶标），并将它们编译成一份COVID-19抗体的结构图谱。通过首次共同研究这些结构，研究人员揭示了免疫系统如何靶向病毒以及病毒如何进化以逃避免疫的详细图景。
"世界各地的科学家已经解析了数千个单独的抗体-病毒结构，但在此之前，没有人将它们放在一起研究，"西奈山伊坎医学院药理科学副教授、蛋白质工程与治疗中心负责人Yi Shi博士表示。
"通过整合所有这些数据，我们能够看到更大的图景——抗体如何全面覆盖病毒表面，以及奥密克戎等新变体中的突变如何削弱这种保护。这使我们更清楚地了解了我们免疫系统的优点和局限性。"
主要发现和意义
研究人员发现，抗体（包括许多用于临床治疗的抗体）能够识别病毒刺突蛋白受体结合域的几乎所有暴露区域，这是病毒的一个关键区域。尽管覆盖范围广泛，但新变体中的突变在某种程度上削弱了几乎所有抗体的结合。
许多抗体虽然在序列上不同，但以惊人相似的方式与病毒结合，这表明中和病毒的有效结构方式只有少数几种。研究人员认为，这种趋同性有助于解释为什么病毒能够如此高效地突变绕过免疫力。
该研究还强调了纳米抗体的潜力——这是一种微小、高度稳定的抗体片段，可以到达标准抗体常常错过的病毒部分。由于它们能够识别病毒进化过程中往往保持不变的刺突蛋白深埋区域，纳米抗体可以作为开发下一代抗病毒药物的有力起点。
"我们的研究结果强调了我们目前依赖的抗体的局限性，"Shi博士表示。"虽然这些抗体非常有效，但病毒不断找到逃避它们的方法。"
"为了保持领先，我们需要设计能够同时识别并附着在病毒多个区域的下一代抗体，使病毒在继续进化时更难逃避我们的防御，"该研究的第一作者、西奈山生物医学数据科学和人工智能项目硕士生Frank（Zirui）Feng补充道。
未来方向和更广泛的影响
尽管该研究集中于刺突蛋白的一个关键部分——受体结合域，但研究人员指出，类似的免疫逃逸模式可能在病毒的其他部位发生。他们强调，这些结果并不意味着免疫系统或疫苗不再起作用。即使某些抗体效力降低，疫苗接种和自然免疫仍通过广泛的免疫反应提供重要的保护。
接下来，研究团队计划将这种大规模结构方法应用于其他病毒，以揭示抗体识别的共同原理。最终，他们希望这些见解将指导开发能够抵御病毒进化的持久抗体治疗方法，并提高应对未来大流行的准备能力。
"免疫系统具有显著的适应能力，但病毒也很聪明，"西奈山伊坎医学院医学教授、全球健康与新兴病原体研究所所长Adolfo Garcia-Sastre博士表示。
"通过分析抗体如何附着在病毒上以及它们在哪些方面不足，我们获得了病毒脆弱性的详细地图。这一见解不仅帮助我们理解为什么某些抗体在病毒进化时停止工作，还指导了下一代治疗方法的设计，使我们能够领先一步，可能改善我们预防和治疗COVID-19和其他病毒感染的方式。"
作为这项研究的一部分，研究团队创建了一个开放获取的数据集和交互式网络工具，使科学家能够详细探索抗体结构，为集体加速COVID-19和其他病毒的研究提供了强大资源。
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