靶向甲型流感病毒血凝素颈部区的中和抗体动态机制研究及其广谱性改造

Influenza A virus is the main pathogen of influenza. This type of virus owns many subtypes and mutates rapidly, causing the prevention and cure plans via using the vaccine and the chemical medicine face the challenges. To improve the level of influenza prevention, researchers have been struggling to find new treatment strategies. In recent years, antibody-based immunotherapy has attracted much attention in the field of influenza prevention and treatment, but no breakthrough has been made. Based on the previous research on influenza virus hemagglutinin (HA), this project will analyze the microcosmic interaction mode between a series of broad-spectrum neutralizing antibodies targeting HA and various subtypes of HA proteins by means of simulation calculation and biological experiments. Based on the action mode data, the antibody complementary determination region and skeleton region will be precisely mutated and designed. A novel antibody with strong specificity, high affinity, good broad spectrum and strong stability can be obtained by detecting the activity of the new antibodies through the pseudo virus detection platform. The project focuses on the analysis of the dynamic mechanism of HA-antibody from the atomic and molecular level, and applies the simulated calculation data to facilitate the antibody design, shorten the traditional experimental period, and improve the success rate of antibody design. The implementation of this project can provide a new platform for the design of antibodies against influenza virus, which is expected to be applied in immunotherapy and play an active role in the prevention and treatment of influenza in the future.

甲型流感病毒为流行性感冒的主要病原体。该型病毒亚型多、抗原变异快，致使以疫苗与化学药物为主的防治方案时刻面临挑战。为提高流感防治水平，研究者一直竭力寻找新治疗策略。近年，基于抗体的免疫治疗在流感防治领域备受关注，但仍未取得突破性进展。本项目基于前期针对流感病毒血凝素(HA)的相关研究基础，采用模拟计算结合生物实验的方式，解析系列靶向HA的广谱中和抗体与各亚型HA蛋白的微观作用模式；基于作用模式数据，对抗体互补决定区及骨架区进行精准突变改造；通过假病毒检测平台对新抗体进行活性检测，拟获得特异性强、亲和力高、广谱性好、稳定性强的新型抗体。项目着重从原子分子层面对HA-抗体动态作用机制进行分析，应用模拟计算数据助力抗体设计，缩短传统实验周期，提高抗体设计成功率。本项目的开展可为流感病毒抗体设计提供理实结合的新平台，成果有望应用于免疫治疗，在未来的流感防治中发挥积极作用。

甲型流感病毒可引起人类呼吸道疾病，是迄今为止对人类生产生活影响较大的病原体之一。甲型流感病毒血凝素蛋白（Hemagglutinin，HA）是诱导机体产生抗流感免疫的重要抗原之一，抗HA广谱中和抗体成为近年来研究机体抗流感的热点。本研究重点选取了已分离得到的系列靶向流感病毒HA的单克隆抗体为主要研究对象，基于甲型流感病毒HA蛋白的颈部保守区序列信息，以及HA颈部区域与系列中和抗体的结合机制为基础，进行了抗体序列的设计与改造，并对抗体的稳定性、结合力以及抗原序列的免疫原性进行了评价。研究结果表明，在中国流行的H1亚型禽类流感病毒的短螺旋序列和其他地区高度相似，而长螺旋区域有较大不同，中国流行的宿主为禽类和人类的HA序列的短螺旋和长螺旋区域差异较大；宿主为禽的H3序列与人源序列存在差异较小，HA2的长螺旋部分氨基酸残基相对于短螺旋突变残基更加多样化；H5亚型的HA2序列第19号位置出现过一次His19的突变，Asp是典型的带负电侧链的残基，在特定的质子化状态下该残基可与抗体或其他分子以盐桥或氢键等微观作用力结合，该位点的His突变可能会对此类作用产生影响；研究过程中对3E1轻链第32号及重链103号残基进行了突变，同时对MEDI8852抗体的重链第32号残基进行了突变，研究结果表明抗体与HA结合具有一定的稳定性，突变后抗体对HA的总结合能贡献有所增强，突变可能消除了原有野生型抗体与HA之间的部分空间阻碍，后续研究将继续对新型抗体序列进行中和活性评价。本研究在构建流感病毒相关抗体与血凝素蛋白的模拟计算体系过程中，建立了蛋白-蛋白微观作用分析策略，为深入理解蛋白互作构建了模拟计算与实验结合的平台，实现了病毒相关蛋白的功能分析，为抗体原料设计提供了依据，同时也为疾病相关靶点蛋白的功能分析提供了平台。基于甲型流感病毒表面抗原蛋白HA及抗体的序列结构信息数据、甲型流感病毒表面蛋白同源蛋白结构数据及研究过程中所建立的蛋白互作分析策略，已发表SCI论文3篇。另有基于中和抗体动态机制及结合中和实验的数据尚未发表。后续课题组将持续汇报相关的研究成果进展情况。