Biacore助力新冠病毒入侵机制研究

新冠病毒肆虐的背后，是到目前为止仍然对新冠病毒的入侵机制缺乏详细的了解，也无十分有效的治疗药物。因此研究新冠病毒的详细入侵机制，并在此基础上开发出高效、低毒的药物仍是目前世界范围内对抗新冠病毒的当务之急。

抗病毒药物的研发有多种方案，目前比较常用的主要有以下两种：

一是通过对病毒与相应受体结合的结构解析，发现两者互作的界面，并针对这些互作位点，筛选特异的中和抗体或抑制剂，阻碍病毒表面的蛋白或多糖与细胞表面受体的结合，从而阻断病毒的入侵途径，将病毒隔离在细胞之外。

另一种方式是针对病毒增殖过程，通过筛选特异的抑制剂，阻断病毒核酸的复制、蛋白的合成或病毒的组装，从而阻断病毒在细胞内的增殖，达到治疗的效果。

作为基础科研和药物研发的利器，Biacore 已经广泛应用到各种病毒入侵机制及相应抗病毒药物的研发过程中，如 SARS、MERS-CoV 与受体的识别及中和抗体的研发，乙肝、丙肝、流感以及埃博拉病毒的入侵机制及治疗药物的研发等等。在新冠病毒的传播机制及抗新冠病毒药物研发的过程中，广大的科研工作者也都不约而同地选择了 Biacore 用于新冠治疗药物研发。

案例 I

2020 年 3 月 30 日，Nature 在线发表了清华大学王新泉教授团队的研究成果，他们解析了新冠病毒 Spike 蛋白受体结合结构域与人受体蛋白 ACE2 复合物 2.45 埃的高分辨率晶体结构，并准确定位了新冠病毒 RBD 和受体 ACE2 的相互作用位点，揭示了受体 ACE2 特异性介导新冠病毒细胞侵染的结构基础。在这篇文章中研究人员利用 Biacore 分别检测了新冠病毒和 SARS 病毒的 Spike 蛋白 RBD 与 ACE2 受体的相互作用，结果表明新冠病毒与受体的亲和力要高于 SARS 病毒。而且从动力学数据可以看出，这种亲和力的差异主要是由解离速率引起的（图 1）。

图 1. Biacore 检测 ACE2 与 SARS-CoV-2（左）和 SARS-CoV（右）的亲和力和动力学

案例 II

近日清华大学和深圳市第三人民医院的研究团队合作，从 8 名新冠病毒感染者的单个 B 淋巴细胞中克隆分离了 206 个针对 Spike-RBD 的单克隆抗体，并利用 Biacore 对这些抗体的结合特异性、中和能力以及结合表位进行了深入研究。

他们首先用 Biacore 验证了筛选到的这些抗体和靶点结合的特异性。结果显示这些分离得到的抗体与新冠病毒 RBD 的 亲和力（Kd）都比较强，在 10^-8M 到 10^-9M 范围内，并且这些抗体只特异性结合 SARS-CoV-2 的 RBD，与 SARS-CoV 和 MERS-CoV 的 RBD 没有交叉反应（图 2），与血浆和细胞实验结果完全吻合。这也解释了为什么之前分离的 SARS 病毒的抗体对新出现的新冠病毒没有中和作用。

图 2. Biacore 检测分离得到的抗体与 SARS-CoV-2 RBD 的亲和力和动力学

然而，抗体结合病毒表面蛋白的特异性和亲和力高低并不足以说明其中和能力，只有具有中和活性的抗体才具有治疗的潜力。随后科研人员又在 Biacore 上巧妙地设计了竞争实验，对这些抗体的中和活性进行研究。科研人员将病毒 RBD 共价偶联在 CM5 芯片上，通过抗体与 ACE2 竞争结合病毒 RBD 的效率来表征抗体的中和效能，只有竞争效率高的抗体能有效阻碍病毒蛋白和细胞受体结合，阻止病毒的入侵。

Biacore 竞争实验结果表明，有两个抗体 P2C-1F11 和 P2B-2F6 能够以近 100% 的效率与 ACE2 竞争和 SARS-CoV-2 RBD 结合，具有潜在的中和活性（图 3）。这与假病毒中和实验结果完全一致（表 1）。在竞争实验中，Biacore 特有的管路进样的设计和连续进样的模式（dual injection），能够实现两种样品连续无缝进样，方便研究人员设计各类竞争实验，获得可靠全面的数据。

图 3. 抗体和 ACE2 竞争结合 SARS-CoV-2 RBD 的 Biacore 检测结果

表 1. 抗体和 RBD 亲和力、与 ACE2 竞争效率以及假病毒中和实验结果

抗体结合不同的抗原表位显示了不同的功能特征和作用机理，因此表位分析是抗体药物研究中的重要环节。那么，这些具有潜在中和活性的抗体是否都结合在相同的抗原表位呢？

随后研究人员选择了 6 个竞争效率高于 70%，具有潜在中和活性的抗体，并利用 Biacore 对其抗原结合表位进行了深入探索。结果表明，这些抗体之间都有不同程度的竞争，例如 P2C-1A3 和 P2B-2F6 几乎与所有检测的抗体都存在明显的竞争，而 P2C-1F11 与 P2C-1C10 之间几乎没有竞争（表 2，图 4）。说明这些抗体所识别的抗原表位既有重叠又有不同，证实这些抗体中和病毒的机制可能有所不同。

表 2. 针对 SARS-CoV-2 RBD 表位分析的 Biacore 结果

图 4. Biacore 对不同抗体结合的抗原表位分析结果

目前 Biacore 升级的表位分析（Epitope binning）模块能提供 Sandwich assay，Premix assay 和 Tandem Assy 等三种实验设计，两小时内即可完成 8x8 组抗体的表位分析，并给出可视化的热图，让表位分析更加简单高效。

回顾整篇新冠病毒的中和抗体研究，Biacore 提供了大量的核心数据，不仅能够确认抗体结合病毒的特异性，提供亲和力和动力学的定量数据，还能对抗体的中和活性、结合表位等进行深入研究，为潜在的治疗性抗体的研发提供了详实的数据。

更多案例，请访问Cytiva思拓凡官方微信号。更多Biacore相关详情可致电：13338466967。