Cell Reports：張林琦/向燁/張復春團隊揭示寨卡病毒人源單克隆抗體結構和中和作用機

2019年3月19日，清華大學醫學院張林琦、向燁兩個課題組與廣州市第八人民醫院張復春科研團隊合作，在國際期刊Cell Reports在線發表了題為Structural basis for neutralization and protection by a Zika virus specific human antibody的研究論文。該研究綜合運用X-射線晶體學與冷凍電鏡三維重構技術，解析了高效和保護性抗體ZK2B10與寨卡病毒E蛋白複合物的晶體結構和與成熟寨卡病毒顆粒複合物的電鏡結構，為深入探索ZK2B10的中和和保護機制提供了關鍵的結構基礎。

寨卡病毒是以埃及伊蚊等為媒介傳播的黃熱病毒，也可通過血液、母嬰和性接觸傳播。從2013年起，寨卡病毒疫情以加勒比海地區和美洲大陸為中心，不斷蔓延，至今已波及全球70多個國家和地區，預計每年感染人數超過200萬。鑒於寨卡病毒與新生兒小頭畸形症、格林-巴利綜合症等嚴重神經系統疾病密切關聯，此次寨卡疫情被世界衛生組織宣布為「國際關注的突發公共衛生事件」。截至目前，臨床上仍沒有針對寨卡病毒的特異性治療藥物和預防性疫苗正式上市。

2016年初，正值寨卡病毒在美洲及加勒比海地區爆發時期，清華大學醫學院張林琦教授帶領的科研團隊就在國內率先開展了針對寨卡病毒的抗體研究工作。通過與廣州市第八人民醫院張復春科研團隊通力合作，從寨卡病毒自然感染者體內成功分離出以ZK2B10為代表的，一系列具高中和能力的抗寨卡病毒人源單克隆抗體；隨後，該團隊通過與中國科學院遺傳與發育生物學研究所許執恆教授合作，利用感染寨卡活病毒的胎鼠小頭症動物模型及免疫缺陷成年鼠模型，首次闡述抗寨卡病毒單克隆抗體的體內保護作用與體外中和活性的正相關性，其中最為高效的人源單克隆抗體ZK2B10可有效保護胎鼠免於寨卡病毒感染及小頭症的相關癥狀。

在這項研究中，研究人員合作解析了ZK2B10與寨卡病毒E蛋白複合物的晶體結構和與成熟寨卡病毒顆粒複合物的電鏡結構，探索了中和和保護機制。研究發現，ZK2B10識別的表位位於E蛋白第三結構域的側脊（the lateralridge of DIII）；相較已知的黃病毒同類中和抗體，ZK2B10結合抗原的角度獨特，作用面積精小，不僅能夠結合三次軸和二次軸附近而且能夠結合五次軸頂點處的第三結構域，展示其結合乃至中和寨卡病毒的獨到特點。

圖：人源單克隆中和抗體ZK2B10的結構和中和機制

此外，通過結構和功能的綜合分析，初步闡明了ZK2B10的高效中和機制。清華與廣州八院研究團隊正在全力推進單克隆抗體的生產和工藝開發，為研發高效抗寨卡病毒預防和治療抗體藥物，有效阻斷寨卡病毒在我國和世界的傳播做出積極努力。

據悉，此項工作由清華大學醫學院張林琦與向燁的研究團隊合作完成。清華大學醫學院博士生汪林和王若珂為本文的並列第一作者，技術員王雷對冷凍電鏡非對稱重構提供了協助，清華大學醫學院張林琦教授與向燁教授為共同通訊作者。

Highlights

?A potent and protective human ZIKV-specificantibody was characterized

?Crystal structure defined the epitope at aresolution of 2.32 ?

?Cryo-EM analyses revealed the unique coverage onthe mature virion

?The antibody interferes with postattachment stepsof ZIKV infection

Summary

We previously reported a human monoclonal antibody, ZK2B10, capable of protection against Zika virus (ZIKV) infection andmicrocephaly in developing mouse embryos. Here, we report the structural features and mechanism of action of ZK2B10. The crystal structure at are solution of 2.32 ? revealed that the epitope is located on the lateral ridge of DIII of the envelope glycoprotein. Cryo-EM structure with mature ZIKV showed that the antibody binds to DIIIs around the icosahedral 2-fold, 3-fold, and5-fold axes, a distinct feature compared to those reported for DIII-specific antibodies. The binding of ZK2B10 to ZIKV has no detectable effect on viral attachment to target cells or on conformational changes of the E glycoproteinin the acidic environment, suggesting that ZK2B10 functions at steps between the formation of the fusion intermediate and membrane fusion. These results provide structural and mechanistic insights into how ZK2B10 mediates protection against ZIKV infection.

1.Lin Wang, Ruoke Wang, Lei Wang, Haijing Ben, Lei Yu,Fei Gao, Xuanling Shi, Chibiao Yin, Fuchun Zhang, Ye Xiang, Linqi Zhang.Structural Basis for Neutralization and Protection by a Zika Virus-Specific Human Antibody.Cell Rep. 2019, 26(12): P3360-3368.e5, March 19, 2019

DOI:https://doi.org/10.1016/j.celrep.2019.02.062

2.清華大學醫學院：清華大學醫學院合作揭示寨卡病毒人源單克隆抗體結構和中和作用機制

http://www.tsinghua.edu.cn/publish/thunews/10303/2019/20190320092401085407147/20190320092401085407147_.html

本期編輯：Annabella

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