1. Author
Ian A. Wilson致力于研究微生物病原体的免疫识别，主要目标是利用结构解析技术，解析抗体、可变淋巴细胞直肠（VLRs）和抗原、细胞系统中与MHC I类和II类的T细胞受体复合物。以及通过模式识别受体，如TLRs，了解免疫系统对外来抗原的相互作用和中和作用，在先天免疫系统中。除此之外，IanA. Wilson的工作还集中在HIV-1和流感病毒上。他们确定了几乎所有罕见的、广泛中和的抗HIV-1包膜蛋白gp120和gp41抗体的结构，以阐明可用于HIV-1疫苗设计的脆弱位点。他们已经在所有第1组流感亚型中定义了一个广泛中和的表位，并正在研究识别第2组以及跨所有亚型的其他抗体。
2. Background
2.1 关键突变位点对SARS-CoV-2功能的影响
1. 69-70del
该突变表现为新冠N端结构域（NTD）中H69和V70缺失，单一的H69/V70缺失并不常见，其常常伴随着RBD突变。除了B.1.1.7病毒株（N501Y+69-70del）外、丹麦水貂突变毒株（N439K+Y453F+69-70del）也呈现这种趋势。H69/V70缺失会使周围I68、S71、G72、T73、N74和G75向内移动形成突起环，并靠近NTD的结合表位。已有研究表明NTD中的H69/V70缺失可以逃避NTD特异结合中和抗体的途径，有利于病毒逃离宿主的免疫反应，但目前尚未明确免疫逃逸是由H69/V70缺失导致的NTD构象引起的。
2. D614G突变
D614G突变具有更强的感染性，目前是新冠突变毒株的主要形式。D614G突变会增加S1/S2交界处Furin蛋白酶切割效率。当D突变为G时，D614残基与相邻原聚体S2区域上T859残基形成的氢键消失，提升了Furin蛋白酶切割效率，使得S1蛋白更易从S2蛋白-病毒膜融合体上脱落，促进病毒膜融合进程，暗示D614G突变对宿主细胞具有更强或更快的感染力。同时，D614G还会改变RBD蛋白的构象去更好地与ACE2配位。D614毒株中，53%RBD聚体为全封闭，47%为单开放，40%的RBD处于“向上”状态；G614毒株中，5%为全封闭，36%为单开放，39%为双开放，20%为三开放，82%的RBD处于“向上”状态。这种更高的RBD状态“向上”的倾向以及更加开放的RBD聚体结构使得D614G突变更易与ACE2结合。
3. N501Y
N501位氨基酸是新冠病毒RBD蛋白的关键接触残基之一，直接参与RBD和ACE2的结合作用，而N501Y突变增强了RBD和ACE2的结合亲和力。N501属于亲水性残基，病毒结合ACE2时，N501靠近ACE2的Y41疏水苯环和K353疏水烷烃链；但当N501突变为疏水残基Y时，Y501则可以通过疏水作用与ACE2中的Y41和K353更好的配位，改善RBD和ACE2互作构象，将结合亲和力提高约0.81kcal/mol，同时使原来不感染小鼠的新冠病毒毒株获得感染能力。N501Y突变对于靶向RBD中和表位的中和抗体的结合效力影响较小。研究发现，N501毒株与中和抗体结合VH-Fc ab8后（该分子融合表达了可变重链区域VH和人类IgG1的Fc片段），S蛋白呈现两种构象即两个RBD分子处于“向上”位置和仅有一个RBD分子处于“向上”位置。N501Y突变毒株的S蛋白则表现为单一构象：两个RBD分子处于“向上”位置。每个RBD分子都会绑定到VH-Fc ab8上，突变的存在不会改变RBD与中和抗体的相互作用，不存在免疫逃逸现象。
3. Methods
1. B细胞单细胞测序
2. 单克隆抗体的表达制备
3. ELISA
4. 斑块减少中和试验（PRNT）
5. SPR
6. BLI
7. X射线晶体衍射
4. Results
首先作者团队收集了40个β毒株感染的个体，对他们的血清进行收集，通过斑块减少中和试验（PRNT）分析抗体中和活性。对两种分离株的中和活性有一定的相关性，但是与Beta相比，对野生型病毒的中和活性降低了约20倍。有趣的是后续也有报道显示了截然不同的结果。总的来说，这些数据表明，beta感染患者的血清对野生型SARS-CoV-2的交叉反应减少。
通过对收集到的外周血中的B细胞（CD19+CD27+）进行单细胞测序，得到感染诱导产生的抗体序列。与先前WT得到的数据相比，IGHV4-39的抗体在先前从未出现过，并IGHV1-2的抗体明显减少，说明了E484位点的突变逃逸了IGHV1-2。同时因为β变异株拥有K417N 和 E484K突变，导致了VH3-53/VH3-66家族抗体的减少。实验团队假设在Beta感染后VH3-53/VH3-66单克隆抗体同样减少。出乎意料的是，检测到了15个VH3-53/VH3-66单克隆抗体，这说明了VH3-53/VH3-66的结合方式有了改变。β特异性抗体中，IGHV3-30这之类，如果针对WT，J区为JH4；针对β毒株的，J区为JH6。但是竞争性实验表明二者的竞争性很强，换言之二者的识别表位大致相同。
紧接着作者团队研究具体的残基突变对结合与中和的影响。来自3个不同患者的9个β特异性VH439单克隆抗体均为Y501依赖型（Y501是Beta, Alpha, Gamma和Omicron中存在的一种残基，但不存在delta）。但这9个抗体的中和也有着很大的差异。就3-53家族而言，所有的3-53家族的抗体都表现出强中和活性。那么“β与WT诱导产生的3-53家族的抗体的结合模型是否相同呢？“。众所周知，之前WT的3-53家族抗体拥有短CDRH3的序列，经典的结合模式高度依赖K417，如果K417N突变发生，3-53家族的抗体作用将大打折扣。实验团队选取了CC12.3(WT)，CS23(β)作为研究对象，比较解析了他们的结构特征。CS23依然具有IGHV3-53家族特有的NY与SGGS模体，结合方式也相同。但是之前的CC12.1与CC12.3 重链可变区的D97与F99/G97分别和K417相互作用，β特异性抗体CS23重链M98与T96与N417形成了相互作用，并具有特殊的模体”96TXMX99“。交叉抗体COVOX-222的轻链具有S30P突变，以此来识别Y501位点。除此之外IGHV3-53家族的CS82可以与CR3022抗体相互竞争，也许存在着一种不同的结合机制。
当对这些分离得到的抗体有一个初步认识后，实验团队想探究他们的广谱性。以Beta, Alpha, Beta，Gamma和Delta作为抗原，开展ELISA与PRNT来表征结合与中和能力。发现IGHV1-58的抗体的交叉中和能力最强。以CS44、CV07-287作为研究对象，解析其结合模式结构。同时作为对照的还有COVOX-253 , S2E12 ,A23-58.1, 和 B1-182.1。一般IGHV1-58的抗逃逸能力较强，原因是他与RBD的接触残基为471-491，而突变的残基位于417，484（鲜有报道被影响），501。抗体CV07-287/CS44CDR VH W50和Y52与RBD有疏水相互作用。CDRH3也与RBD形成广泛的相互作用。VH D100d与S477、T478形成H键，另外， VH P95、F100f与RBD-F486、VH W50、VL Y91、VL W96存在着堆积力。除此之外，通过广谱图发现：IGHV3-53可以有效的中和Omicron和Beta，但是IGHV4-39，IGHV1-58不能发挥抗Omicron的作用。这解释了为什么前面几个变异株诱导产生的胚系基因IGHV4-39，IGHV1-58抗体不能抗Omicron。同时β变异株相比于其他的VOC毒株，诱导产生的抗体广谱性更强。
5. Discussion
作者：Ian A. Wilson
单位：Department of Neurology and Experimental Neurology,
Charité–Universitätsmedizin Berlin
年份：2022.1.25
期刊：Science
科学问题：β变异株的抗体是否与WT抗体一样，诱导产生3-53家族的抗体；具有代表性的K417N和E484K是否也采取VH3-53/ VH3-66抗体典型结合模式。
结论： 严重急性呼吸综合征冠状病毒2 (SARS-CoV-2) Beta亚型对感染WT毒株以及接受过疫苗的患者产生了逃逸。在本研究中，β病毒感染患者的血清显示WT型病毒交叉中和作用减少。β毒株诱导产生的的交叉反应抗体与野生型诱导的抗体具有相同的遗传和结构特征：包括一种针对RBD ridge的VH1-58克隆型。同时β毒株诱导产生的抗体更加具有广谱性，这个为疫苗的研究与免疫顺序提供了新思路。
