论文标题：Low dose of hydroxychloroquine is associated with reduced COVID-19 mortality: a multicenter study in China

期刊： Frontiers of Medicine

作者：Wu He, Ke Xu, Yongcui Yan, Gen Li, Bo Yu, Junfang Wu, Kaineng Zhong, Da Zhou, Dao Wen Wang

发表时间：15 Apr 2025

DOI：10.1007/s11684-025-1123-9

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导 读

中国科学院生物物理研究所杨鹏远、章新政，同济大学医学院附属东方医院王海坤等在Frontiers of Medicine发表研究论文《催化新冠病毒刺突三聚体降解的纳米抗体的鉴定》（Identification of a nanobody able to catalyze the destruction of the spike-trimer of SARS-CoV-2）。本研究发现一种纳米抗体VHH21，可通过催化刺突三聚体不可逆构象变化实现快速破坏，展现出广谱结合能力和高效抗病毒特性，为抗冠状病毒策略提供了新思路。

自新冠病毒病（COVID-19）大流行以来，严重急性呼吸综合征冠状病毒2（SARS-CoV-2）的基因组通过积累突变不断进化，给全球公共卫生带来了持续威胁。其中，奥密克戎变异株的刺突蛋白携带超过30个氨基酸替换，远超原始株，仅受体结合域就有15处突变。这些变异导致现有疫苗接种者和既往感染者的血清中和能力显著下降，许多针对原始株有效的单克隆抗体对新亚型失效。病毒入侵宿主细胞的过程依赖于刺突蛋白形成的同源三聚体，其通过介导病毒膜融合实现感染。尽管多数已知中和抗体可靶向刺突蛋白的受体结合域，但奥密克戎变异株已展现出对这类抗体的显著逃逸能力，这促使科研人员探索破坏刺突三聚体结构完整性的新型抗病毒策略。

中国科学院生物物理研究所杨鹏远、章新政，同济大学医学院附属东方医院王海坤等报道了一种名为VHH21的纳米抗体，其能够通过催化刺突三聚体的不可逆构象变化实现快速破坏。研究发现，VHH21通过自发形成二聚体形式，靶向刺突蛋白上保守的新型表位，而非受体结合域的血管紧张素转换酶2结合位点，从而破坏病毒融合过程，展现出广谱结合能力和高效抗病毒特性。

为获得具有广谱活性的纳米抗体，研究团队采用多抗原免疫策略，用包含全长刺突蛋白、刺突蛋白S1亚基及受体结合域的混合免疫原免疫双峰驼（图1）。随后构建了高质量的噬菌体展示VHH文库，通过酶联免疫吸附实验和生物层干涉技术筛选，获得了对多种冠状病毒刺突蛋白具有高亲和力的候选纳米抗体。其中，VHH21对所有关注变异株的S1蛋白均表现出纳摩尔级亲和力，且结合稳定性极高，10分钟内几乎无解离现象。功能筛选阶段，研究人员利用共聚焦显微镜建立的可视化超分辨率成像平台，将刺突三聚体标记为红色荧光，纳米抗体标记为绿色荧光，动态监测发现VHH21在20分钟内可破坏68%的刺突三聚体，显著优于其他候选抗体（图2）。负染色电镜进一步证实，仅VHH21能导致刺突三聚体完全解离，而其他抗体及血管紧张素转换酶2均无此效果。

图1 抗SARS-CoV-2纳米抗体的免疫与分离

图2 刺突三聚体破坏性纳米抗体的功能筛选与鉴定

为验证VHH21的作用机制，研究团队通过尺寸排阻色谱和冷冻电镜分析发现，VHH21与刺突三聚体以1:4摩尔比混合后，可催化其分解为S1亚基与VHH21的复合物及游离的S2亚基（图3）。冷冻电镜结构显示，74%的复合物中一个刺突三聚体结合两个VHH21分子，分辨率达3.3埃。其中一个VHH21结合处于半开放构象的受体结合域，另一个则与相邻处于闭合构象的受体结合域相互作用，两者均靶向受体结合域上远离血管紧张素转换酶2结合位点的保守表位（图4）。该表位在SARS-CoV-2各变异株中高度保守，仅在SARS-CoV和中东呼吸综合征冠状病毒中存在结构差异，这解释了VHH21对不同冠状病毒的中和活性差异（图5）。伪病毒中和实验表明，VHH21对所有关注变异株均表现出高效中和活性，且其作用机制并非通过阻断血管紧张素转换酶2结合，而是通过破坏刺突三聚体实现。

图3 纳米抗体催化S1亚基释放及刺突三聚体构象变化

图4 VHH21与刺突三聚体结合的冷冻电镜结构

图5 不同冠状病毒结合表位的比较

综上所述，VHH21的自发二聚化特性增强了其破坏刺突三聚体的效率，而超分辨率筛选平台的建立为开发催化靶蛋白结构变化的功能蛋白提供了通用工具。与传统中和抗体相比，VHH21通过靶向保守表位和催化机制，展现出应对病毒变异的广谱潜力。研究团队指出，这种纳米抗体酶为冠状病毒感染的防治提供了有前景的候选分子，其独特的作用机制有望在未来疫情应对中发挥重要作用。

原文信息

标题

Identification of a nanobody able to catalyze the destruction of the spike-trimer of SARS-CoV-2

作者

Kai Wang¹, Duanfang Cao², Lanlan Liu^1,3, Xiaoyi Fan^2,3, Yihuan Lin¹, Wenting He^2,3, Yunze Zhai⁴, Pingyong Xu^2,3, Xiyun Yan^2,3, Haikun Wang⁴, Xinzheng Zhang^2,3, Pengyuan Yang^1,3

机构

1. Key Laboratory of Epigenetic Regulation and Intervention, Institute of Biophysics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100101, China

2. National Laboratory of Biomacromolecules, CAS Center for Excellence in Biomacromolecules, Institute of Biophysics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100101, China

3. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China

4. State Key Laboratory of Cardiology and Medical Innovation Center, Shanghai East Hospital, School of Medicine, Tongji University, Shanghai 200120, China

通讯作者

Haikun Wang, Xinzheng Zhang, Pengyuan Yang

引用这篇文章

Kai Wang, Duanfang Cao, Lanlan Liu, Xiaoyi Fan, Yihuan Lin, Wenting He, Yunze Zhai, Pingyong Xu, Xiyun Yan, Haikun Wang, Xinzheng Zhang, Pengyuan Yang. Identification of a nanobody able to catalyze the destruction of the spike-trimer of SARS-CoV-2. Front. Med., 2025, 19(3): 493–506

https://doi.org/10.1007/s11684-025-1128-4

https://journal.hep.com.cn/fmd/EN/10.1007/s11684-025-1128-4

https://link.springer.com/article/10.1007/s11684-025-1128-4

感谢作者对Frontiers of Medicine的信任和支持。

期刊简介

Frontiers of Medicine是中国工程院院刊，由教育部主管，高等教育出版社、中国工程院与上海交通大学医学院附属瑞金医院共同主办。期刊聚焦医学前沿领域的学术进展，关注国际研究热点与中国优秀研究成果，主编为陈赛娟院士、张伯礼院士和王小凡院士。主要报道领域涵盖临床医学、基础医学、转化医学、流行病学、公共卫生、中医药学和人工智能医学等，刊载文章类型包括Research Article、Review、Perspective、Editorial、Case Report、Comment、Letter等。

期刊已被SCI、PubMed、Scopus、中国科技核心期刊、中国科学引文数据库（CSCD）核心库、第三批临床医学领域高质量科技期刊分级目录T1级、化学文摘数据库（CAS）等权威数据库收录，在2025中国科学院文献情报中心期刊分区表医学大类中位列二区。

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