截至SARS-CoV-2大流行，尚未批准任何预防和治疗方法，有效和通用的SARS-CoV-2疫苗仍有待开发。因此，开发新的治疗和预防方法仍然至关重要。

9月，我们报道了一篇发表在《自然通讯》上的文章，其中描述了瑞典科学家成功地从一只名为“泰森”的羊驼身上提取出了能够中和SARS-CoV-2的纳米抗体(单结构域抗体)Ty1。研究人员发现Ty1会附着在与ACE2受体结合的尖峰蛋白上，从而有效地中和病毒。表明Ty1纳米抗体可以防止病毒进入细胞，从而防止感染。

https://doi.org/10.1038/s41467-020-18174-5

事实上，这并不是羊驼纳米抗体能够中和SARS-CoV-2的首次报道。今年5月，《细胞》杂志还介绍了根特大学和德克萨斯大学奥斯丁分校的科学家发现的羊驼新冠肺炎中和抗体。

DOI:https://DOI . org/10.1016/j . cell . 2020 . 04 . 031

最近，在《科学》杂志上发表的一项新研究中，来自加州大学旧金山分校和其他研究机构的研究人员通过在酵母表面展示文库(包含超过2×109个合成纳米抗体序列)中筛选与S蛋白外域结合的纳米抗体序列，分离出中和SARS-CoV-2的纳米抗体。

DOI: 10.1126/science.abe3255

在这项研究中，研究小组将SARS-CoV-2 s蛋白的突变形式SpikeS2P作为抗原注射到羊驼体内。SpikeS2P在S1和S2结构域之间缺少两个蛋白质切割位点中的一个，并引入两个突变和一个三聚结构域来稳定S蛋白的融合前构象。他们用生物素或荧光染料标记SpikeS2P，并通过磁珠结合和荧光激活细胞分选选择显示纳米抗体的酵母(图1A)。

图1。发现了两种不同种类的抗硫蛋白纳米抗体。图片来源:science，doi: 10.1126/science.abe3255

经过三轮筛选，产生了21种独特的与SpikeS2P结合的纳米抗体，ACE2胞外结构域(ACE2-Fc)的二聚体结构可以降低这种结合。这些纳米抗体分为两类。一类纳米抗体结合RBD并直接与ACE2-Fc竞争(图1B)。这类纳米抗体的一个典型例子是Nb6，它可以单独与eS2P和RBD结合，结合常数分别为210纳米和41纳米(图1C)。第二类纳米抗体，以纳米抗体Nb3为例，结合Spike2p(KD = 61nM)，但不显示与RBD的独立结合。在存在过量ACE2-Fc的情况下，Nb6与其他I类纳米抗体的结合被完全阻断，而Nb3与其他II类纳米抗体的结合适度减少(图1B)。

这些结果表明，第一类纳米抗体以RBD为靶点阻断ACE2结合，而第二类纳米抗体以其他表位为靶点。事实上，表面等离子共振(SPR)实验表明，第一类和第二类纳米抗体可以同时结合eS2P(图1D)。与SpikeS2P相比，I类纳米粒子和分离的RBD粒子之间的结合速率常数(ka)始终更快，这表明RBD的可及性影响KD。接下来，这些作者测试了第一类和第二类纳米抗体在抑制荧光标记的尖峰eS2P与表达ACE2的HEK293细胞的结合中的效率(图1E)。

第一类纳米抗体Nb6和Nb11似乎是最有效的两个克隆，其IC50值分别为370和540纳米。二类纳米抗体在这次测试中几乎没有表现出活性。他们更喜欢两种I类纳米抗体:Nb6和Nb11，它们与SpikeS2P强结合，它们与SpikeS2P或RBD之间的ka差异相对较小。对于二类纳米抗体，它们优先考虑Nb3，这是基于其在纯化过程中的较高相对产率。

防止SARS-CoV-2进入宿主细胞的策略旨在阻断ACE2-RBD RBD之间的相互作用。虽然高亲和力的单克隆抗体作为潜在的治疗方法处于领先地位，但它们通过哺乳动物细胞表达的成本很高，需要由医疗保健专业人员静脉注射。预防性使用需要大剂量，因为只有少量抗体能穿过气道上皮细胞层。相比之下，纳米抗体可以在细菌或酵母中廉价生产，纳米抗体的固有稳定性使其能够直接雾化并输送到鼻腔和肺上皮(图2)。

图2mNb6和mNb6-tri在雾化、冷冻干燥和热处理后保持活性。图片来源:science，doi: 10.1126/science.abe3255

事实上，针对呼吸道合胞病毒的三聚体纳米抗体(ALX-0171)的气溶胶递送最近已被证明能有效降低住院婴儿的可测病毒载量。此外，骆驼来源的纳米抗体的潜在免疫原性可以通过既定的人源化策略来降低。

纳米抗体的聚合已被证明能提高目标的亲和力。对于Nb6和mNb6，同时参与三种rbd的聚合物结构的结构导向设计，可以显著提高其有效性。此外，由于限制性商业惯例必须呈向上的构象才能与乙酰胆碱酯酶2结合，因此对RBD可及性的构象控制可以作为一种额外的中和机制发挥作用。事实上，当mNb6三聚体(mNb6-tri)与S蛋白结合时，它通过直接阻断结合位点并将RBD锁定在非活性构象来防止ACE2结合。

一般来说，研究人员发现的第二类中和纳米抗体显示出破坏S蛋白功能的潜在新机制。在预防性或治疗性鸡尾酒疗法中，一类和二类纳米抗体或逃逸变异体的配对使用，可中和和预防SARS-CoV-2。因此，由这些作者筛选的抗S蛋白纳米抗体的组合稳定性、有效性和多种表位结合为限制新冠肺炎大流行引起的持续死亡提供了独特的潜在预防和治疗策略。

参考文献:

1.一种超高效的合成纳米体通过稳定非活性尖峰来中和非典病毒