人们普遍认为，抗体通过附着在病毒表面并阻止它们感染宿主细胞来中和病毒。但新的研究表明，这种屏障方法并不是抗体使病毒失效的唯一方法。由宾夕法尼亚州立大学领导的一个国际研究小组发现，抗体也会扭曲病毒，从而阻止它们正确地附着和进入细胞。
在他们今天(11月30日)在线发表在《细胞》杂志上的研究中，Anand和他的同事研究了人类单克隆抗体(HMAb) C10与两种致病病毒:寨卡病毒和登革热病毒之间的相互作用。他们使用的HMAb C10抗体以前是从感染登革热病毒的患者中分离出来的，并且也被证明可以中和寨卡病毒。
研究人员使用了多种技术，包括低温电子显微镜(cryo-EM)来观察病毒，氢/氘交换质谱(HDXMS)来了解它们的运动。
阿南德解释说:“Cryo-EM包括快速冷冻含有感兴趣分子的溶液，然后用电子瞄准它们，以产生不同方向的单个分子的大量图像。”“然后将这些图像整合到分子的快照中。这项技术提供了比其他形式的显微镜更精确的分子图像。”
为了记录抗体对寨卡病毒和登革热病毒的影响，研究小组在抗体浓度增加的条件下收集了病毒的冷冻电镜快照。
与此同时，该团队应用了HDXMS，一种感兴趣的分子-;在这种情况下，寨卡病毒和登革热病毒，以及HMAb C10抗体;被淹没在重水里。阿南德解释说，重水的氢原子已经被氘取代了，氘是氢的同位素表兄。
“当你将病毒浸入重水中时，病毒表面的氢原子会与氘交换，”他说。“然后你可以使用质谱法来测量病毒的重量，作为这种氘交换的函数。通过这样做，我们观察到，随着更多抗体加入到溶液中，登革热病毒(而不是寨卡病毒)随着氘的增加而变得更重。这表明，对于登革热病毒，抗体使病毒变形，并允许更多的氘进入。就好像病毒被压扁了，更多的表面积暴露出来，在那里氢可以交换成氘。”
相比之下，寨卡病毒在重水中并没有变重，这表明它的表面虽然被抗体完全占据，但没有被抗体扭曲。
阿南德解释说，通过结合冷冻电镜和HDXMS，研究小组能够全面了解抗体附着在寨卡病毒和登革热病毒上时会发生什么。
“这就像那些卡通翻页书，每一页都有一个略有不同的图像，当你翻阅这本书时，你会看到一个短片，”他说。“想象一下，一本绘有赛马图案的翻页书。Cryo-EM向你展示赛马的样子，HDXMS向你展示赛马移动的速度。你需要这两种技术来描述一匹运动中的赛马。这一套互补的工具使我们能够了解一种抗体如何不同地影响两种病毒。”
他指出，他们添加的抗体越多，登革热病毒颗粒就变得越扭曲，这一事实表明，化学计量学-;化学反应前、反应中和反应后的反应物和生成物的数量之间的关系;很重要。
“仅仅有抗体是不够的，”他说。“添加多少抗体决定中和的程度。”
事实上，研究小组发现，在饱和条件下，抗体以足够高的浓度添加，以填充登革热病毒上所有可用的结合位置，60%的病毒表面变得扭曲。这种扭曲足以保护细胞免受感染。
SARS-CoV-2感染可加剧与自身免疫性疾病相关的自身抗体的产生
基因剪接决定CD20的水平和反应从零到零非克隆抗体治疗
抗磷脂抗体阳性1与狼疮患者心血管风险增加有关
阿南德说:“如果你有足够的抗体，它们会扭曲病毒颗粒，使其在到达目标细胞之前就被先发制人地破坏稳定。”
事实上，当科学家们将抗体结合的登革热病毒与BHK-21细胞孵育时，他们发现感染的细胞减少了50-70%。BHK-21细胞是一种来自幼鼠肾脏的细胞系，经常用于病毒感染研究。
阿南德解释说，对于包括寨卡病毒在内的一些病毒，抗体会堵塞出口，使乘客无法下车。我们在登革热病毒中发现了一种新的机制，抗体基本上可以阻止病毒进入细胞，因此病毒甚至无法进入细胞。”
抗体是如何扭曲登革热病毒颗粒的?
阿南德解释说，与我们现在熟悉的SARS-CoV-2相反，它的刺突蛋白在各个方向突出，寨卡病毒和登革热病毒的表面都是一个平滑的表面，有峰和谷。
Anand指出，对于登革热病毒，抗体特别倾向于结合被称为5倍顶点的“峰”。一旦5倍顶点上的所有蛋白质都被结合，抗体就会转向它们第二喜欢的峰-;三倍顶点。最后，它们只剩下2倍顶点。
阿南德说:“抗体不喜欢双重顶点，因为它们非常灵活，很难结合。”“我们发现，一旦5倍和3倍顶点与抗体完全结合，如果我们向溶液中添加更多的抗体，病毒就会开始颤抖。这种竞争发生在试图进入的抗体和试图摆脱它们的病毒之间。因此，这些抗体最终会钻入病毒中，而不是结合在2倍顶点上，我们认为正是这种钻入病毒颗粒导致病毒摇晃和扭曲，最终变得没有功能。”
寨卡病毒和登革热有什么区别?
阿南德解释说，寨卡是一种比登革热更稳定、更不活跃的病毒，而登革热有很多活动部分。
“登革热和寨卡病毒看起来很相似，但各自有不同的特点。登革热可能已经进化为一种更具流动性的病毒，以避免被抗体捕获。它的活动部分混淆了免疫系统。不幸的是，对于登革热来说，抗体已经进化出一种方法，通过钻入病毒并扭曲它。”
他说，似乎同一类型的抗体可以通过两种不同的方式中和寨卡病毒和登革热;一种是它与病毒结合并使其失活，这是我们对抗体活性的传统看法，另一种是它钻入并扭曲病毒。
什么是其他病毒呢?
阿南德说，他的团队发现的这种扭曲策略也可能被抗体在面对其他类型的病毒时使用。
他说:“登革热只是我们在实验中使用的一种模型病毒，但我们认为这种先发制人的破坏稳定策略可能广泛适用于任何病毒。”“这可能是抗体首先试图通过屏障方法中和病毒，如果不成功，它们就会诉诸扭曲方法。”
这些发现有任何潜在的应用吗?
阿南德说，这些发现可能对设计治疗性抗体有用。
他说:“HMAb C10抗体是针对登革热和寨卡病毒的特异性抗体，恰好能够以两种不同的方式中和寨卡病毒和登革热病毒。”“但你可能会设计出具有相同能力的治疗方法来治疗其他疾病，比如COVID-19。通过创造一种既能阻断病毒又能扭曲病毒的抗体治疗方法，我们可能会实现更大的中和作用。”
他补充说:“你不想等待病毒到达目标组织，所以如果你能在病毒第一次进入人体时引入一种治疗鸡尾酒，比如鼻腔喷雾剂，你甚至可以阻止它进入人体系统。”通过这样做，你甚至可以使用更少的抗体，因为我们的研究表明，通过扭曲方法来中和病毒需要更少的抗体。你可以得到更好的回报。”
总的来说，Anand强调这项研究的重要性在于它揭示了一种全新的策略，即一些抗体用来使某些病毒失效。
他说:“以前，我们对抗体的了解只是它们能结合并中和病毒。”“现在我们知道抗体至少可以通过两种不同的方式中和病毒，甚至可能更多。这项研究为全新的探索途径打开了大门。”
