科学家们发现抗体攻击病原体的新策略：物理扭曲

在最近发表在《细胞》杂志上的研究中，宾夕法尼亚州立大学化学副教授阿南德和他的同事调查了人类单克隆抗体（HMAb）C10和两种致病病毒之间的相互作用。寨卡和登革热。他们使用的HMAb C10抗体以前曾从感染登革热病毒的病人身上分离出来，也被证明能中和寨卡病毒。

研究人员发现，同一类型的抗体能以两种不同的方式中和寨卡和登革热病毒--一种是它与病毒结合并使其失活（左），这是我们认为抗体活性的传统方式，另一种是它钻入病毒并使其变形（右）。

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，以及氢/氘交换质谱（HDXMS）来了解其运动。低温电子显微镜包括闪电式冷冻含有感兴趣的分子的溶液，然后用电子瞄准它们，以产生不同方向的单个分子的许多图像，这些图像然后被整合成分子外观的一个快照。该技术提供了比其他形式的显微镜更准确的分子图片。

为了记录抗体对寨卡病毒和登革热病毒的影响，该团队收集了抗体浓度增加条件下的病毒的低温电镜快照。同时，该团队还应用了HDXMS，这是一种将感兴趣的分子--在这种情况下，寨卡和登革热病毒以及HMAb C10抗体--浸没在重水中的技术。阿南德解释说，重水的氢原子已被替换为氘，即氢的更重的同位素表亲。

当你把病毒浸没在重水中时，病毒表面的氢原子与氘交换，然后可以使用质谱仪来测量病毒的重量，作为这种氘交换的函数。通过这样做，我们观察到登革热病毒，但不是寨卡病毒，随着更多的抗体被添加到溶液中，其氘含量变得更重。这表明，对于登革热病毒来说，抗体正在扭曲病毒，并允许更多的氘进入。这就好像病毒被压扁了，更多的表面积暴露出来，氢可以被交换成氘。

相比之下，寨卡病毒放在重水中时并没有变得更重，这表明它的表面虽然完全被抗体占据，但没有被抗体扭曲。通过结合低温电镜和HDXMS，该团队能够全面了解当抗体附着在寨卡和登革热病毒上时会发生什么。这就像那些卡通翻页书，每一页都有一个稍微不同的图像，当你翻阅这本书时，你会看到一个简短的动画。加入的抗体越多，登革热病毒颗粒就越扭曲，这一事实表明，化学计量学--在化学反应之前、期间和之后，反应物和产物的数量之间的关系很重要。

事实上，研究小组发现，在饱和条件下，即以足够高的浓度添加抗体以填补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。

事实上，当科学家们将抗体结合的登革热病毒与BHK-21细胞（一种来自小仓鼠肾脏的细胞系，通常用于病毒感染研究）一起孵化时，他们发现感染的细胞减少了50%-70%。对于包括寨卡在内的一些病毒，抗体的作用是干扰出口，使它们无法正常离开细胞。在对登革热病毒的研究中也发现了一种新的机制，抗体基本上将其完全包围，它甚至无法接近一个细胞。与现在熟悉的SARS-CoV-2不同，它的尖峰蛋白向各个方向突出，而寨卡和登革热的表面都比较光滑，但有明确的山峰和山谷。

对于登革热病毒，抗体特别喜欢结合被称为五倍顶点的"山峰"。一旦五倍顶点上的所有蛋白质都被结合，抗体将转向它们第二喜欢的山峰--三倍顶点。最后，它们就只剩下二倍顶点了。抗体不喜欢二倍顶点，因为它们的流动性很强，很难与之结合。研究人员发现一旦五倍和三倍顶点被抗体完全结合，如果我们在溶液中加入更多的抗体，病毒就开始颤抖。在试图进入的抗体和试图甩掉它们的病毒之间发生了这种竞争。结果，这些抗体最终钻进了病毒中，而不是结合到二重顶点上，我们认为正是这种对病毒颗粒的挖掘导致了病毒的抖动和扭曲，并最终变得没有功能。

与登革热相比，寨卡是一种更稳定、更少动态的病毒，登革热有很多移动的部分。

看来同一类型的抗体能够以两种不同的方式中和寨卡和登革热--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。阿南德说，他的团队发现的扭曲策略可能也会被抗体在面对其他类型的病毒时使用。

这些发现在设计治疗性抗体方面可能是有用的。HMAb C10抗体对登革热和寨卡病毒具有特异性，并且恰好能够以两种不同的方式中和寨卡和登革热病毒，在此基础上，有可能设计出具有同样能力的治疗方法来治疗其他疾病，如COVID-19。通过创造一种具有既能阻断又能扭曲病毒的抗体的治疗方法，我们有可能实现更大的中和作用。

他补充说："你不想等待病毒到达它的目标组织，所以如果你能在病毒第一次进入身体的地方引入这样一种治疗性鸡尾酒作为鼻腔喷雾，你甚至可以防止它进入系统。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，通过变形法中和病毒需要的抗体更少。你可以得到更好的回报"。这项研究的重要性在于它揭示了一种全新的策略，即一些抗体用来让病毒失活。以前，我们所知道的关于抗体的一切是它们与病毒结合并中和病毒，现在我们知道，抗体可以通过至少两种不同的方式中和病毒，甚至可能更多。这项研究为我们开辟了一条全新的探索之路。