手足口病肠道病毒跨血清型广谱中和抗体的表位结构与作用机制研究

Hand, foot, and mouth disease (HFMD) is an important public health concern in China mainland caused by a variety of enterovirus of different serotypes, which includes EV71, CA16, CA6, CA10 and other HEVs. It would be of significance to study the cross-serotype neutralizing antibodies and their epitopes in developing broad-spectrum vaccines and therapeutic drugs for HFMD. In our previous study, a class of broad-spectrum neutralizing antibodies against different serotypes of EV71, CA16, CA6 and CA10 had been discovered and also shown to have good cross-protection in vivo and in vitro. However, the epitope characteristics and mechanism of protection still remain unknown. In this study, we intend to identify the critical amino acid residues and structural characteristics of the broad-spectrum neutralizing epitope by using three-dimensional reconstruction of cryo-electron microscopy (Cryo-EM) and antibody-induced escape mutation methods. In addition, to demonstrate the antiviral mechanism, series of virological and biochemical analysis will be performed. The anticipated results will provide the theoretical basis and scientific evidence for further studying the broad-spectrum HFMD vaccine and antiviral drugs.

手足口病（HFMD）是我国当前重要的公共卫生问题，病原体主要包括EV71、CA16、CA6和CA10等不同血清型的肠道病毒。跨血清型的广谱中和抗体及表位对于研究HFMD广谱疫苗和治疗药物具有重要意义。课题组在前期工作中发现了对不同血清型肠道病毒EV71、CA16、CA6和CA10具有广谱中和能力的单克隆抗体，在体内、外感染模型中兼具良好的交叉保护效果，但尚不了解该类抗体的表位结构特征和作用机制。本研究将在前期工作基础上，应用低温电镜（Cryo-EM）三维重构与抗体诱导逃逸突变等技术，获得该类单抗与病毒颗粒复合物的Cryo-EM结构，解析广谱中和表位的表位结构特征与关键氨基酸位点，并应用病毒学和生化分析方法研究抗体与肠道病毒的相互作用，揭示该类中和抗体的抗病毒作用机制，为发展新型HFMD广谱疫苗和抗病毒治疗药物提供理论基础和科学依据。

本研究按计划开展了我国手足口病（HFMD）主要肠道病毒病原体EV71、CA16、CA6和CA10的广谱中和抗体构建、中和表位结构解析和抗病毒作用机制等研究，发现了靶向上述不同血清型肠道病毒的广谱中和抗体，包括BB1A5、1D5、2G8、18A7、14B10和NA9D7等，应用体内外感染模型证明了上述广谱中和抗体对不同型别和流行地域的代表性肠道病毒毒株具有高效的体内外中和效能。本研究构建了上述广谱中和抗体对不同型别肠道病毒代表株的不同类型病毒颗粒的免疫复合物，应用Cryo-EM等方法解析获得了上述广谱中和抗体与不同型别和类型肠道病毒颗粒免疫复合物的高分辨率三维结构，发现了与不同型别肠道病毒颗粒免疫原性和交叉中和能力相关的广谱中和表位，揭示了广谱中和表位的精确结构特征和关键氨基酸位点。本研究发现广谱中和抗体可通过结合保守的病毒受体结合域阻断病毒与宿主细胞相互作用、诱导病毒颗粒变构等多种不同作用机制阻断肠道病毒的感染。基于上述发现，本研究发展了新型手足口病疫苗主要保护性免疫原的特异检测方法，为新型疫苗和治疗性抗体等研究提供了关键支持。本研究相关成果已发表9篇SCI论文和3篇中文论文，已申请2项中国发明专利，获得2项中国发明专利授权，培养2名博士研究生和3名硕士研究生。本研究成果可为进一步开展新型手足口病广谱疫苗和抗病毒药物研究提供理论支持和科学依据。