摘要：目前還沒有針對(duì)淋巴細(xì)胞性脈絡(luò)叢腦膜炎病毒(LCMV)感染的疫苗或療法。這種病原體很容易傳播，在世界各地的人群中極為常見。拉霍亞免疫研究所(LJI)的科學(xué)家們的新發(fā)現(xiàn)展示了工程抗體如何靶向LCMV并中和病毒。

淋巴細(xì)胞性脈絡(luò)叢腦膜炎病毒（LCMV）是一種古老的病毒，也是科學(xué)家們探索免疫系統(tǒng)隱藏機(jī)制的燈塔。該病毒可由嚙齒動(dòng)物攜帶，這使得它成為在小鼠身上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室研究的有用工具。自20世紀(jì)30年代以來，通過研究小鼠免疫系統(tǒng)如何對(duì)抗LCMV，研究人員探究了免疫細(xì)胞和抗體的作用。但是，LCMV也是一種人類病原體，由居住在我們家里和城市里的老鼠傳播。LCMV感染也會(huì)讓人病得很重，尤其是免疫系統(tǒng)受損的人——比如接受器官移植的人。這種病毒還可以穿過胎盤感染正在發(fā)育的胎兒，導(dǎo)致嚴(yán)重的出生缺陷甚至胎兒死亡。“盡管LCMV主要被描述為小鼠病原體，但不幸的是，這種病毒也能夠作為人類病原體，這被忽視了，”拉霍亞免疫研究所(LJI)的Kathryn Hastie博士說，她也是LJI抗體發(fā)現(xiàn)中心的主任。“所以還沒有針對(duì)LCMV的疫苗或治療方法。”

圖1 淋巴細(xì)胞性脈絡(luò)叢腦膜炎病毒(LCMV)：這個(gè)旋轉(zhuǎn)的藍(lán)色形狀是病毒衣殼(糖蛋白)，可以保護(hù)LCMV免受免疫系統(tǒng)的攻擊。灰色部分示意抗體中和病毒。
圖源:拉霍亞免疫研究所Saphire實(shí)驗(yàn)室，作者提供

拉霍亞免疫研究所(LJI)科學(xué)家Erica Ollmann Saphire博士和Shane Crotty博士領(lǐng)導(dǎo)的一項(xiàng)新研究表明，一種抗體(上圖的灰色部分)可以結(jié)合并中和LCMV。多虧了這項(xiàng)新工作，我們現(xiàn)在更接近于設(shè)計(jì)針對(duì)LCMV的疫苗和治療方法。他們的論文“抗體介導(dǎo)的淋巴細(xì)胞性絨膜腦膜炎病毒中和的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)”于2023年3月28日發(fā)表在《細(xì)胞化學(xué)生物學(xué)》上。

圖2 研究表明一種抗體可以結(jié)合并中和LCMV

目前還沒有針對(duì)淋巴細(xì)胞性脈絡(luò)叢腦膜炎病毒(LCMV)感染的疫苗或療法。這種病原體很容易傳播，在世界各地的人群中極為常見。

LCMV感染可導(dǎo)致發(fā)育中的胎兒出生缺陷，免疫功能低下者可能會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重疾病甚至死亡。

拉霍亞免疫研究所(LJI)的科學(xué)家們的新發(fā)現(xiàn)展示了工程抗體如何靶向LCMV并中和病毒。他們發(fā)現(xiàn)這種抗體有預(yù)防感染和治療已經(jīng)感染的潛力。

用這個(gè)更好地理解LCMV的弱點(diǎn)，科學(xué)家們可以推進(jìn)具有廣泛保護(hù)性的疫苗策略。

早期在小鼠身上進(jìn)行的LCMV研究首次揭示了免疫細(xì)胞如何識(shí)別入侵者以及T細(xì)胞如何記憶過去的感染。1996年諾貝爾生理/醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)授予了用LCMV揭示免疫細(xì)胞是如何區(qū)分病原體和人體自身細(xì)胞的科學(xué)家Rolf M. Zinkernagel和Peter Doherty。“LCMV作為一種了解宿主免疫反應(yīng)如何應(yīng)對(duì)病毒感染的燈塔，已經(jīng)被利用了近一個(gè)世紀(jì)”Alex Moon-Walker博士是LJI的博士后研究員。然而，科學(xué)家們還沒有清楚地了解LCMV用來感染宿主細(xì)胞的病毒機(jī)制。解決LCMV糖蛋白的機(jī)械結(jié)構(gòu)對(duì)于開發(fā)疫苗或未來對(duì)抗病毒的療法非常重要。

現(xiàn)在拉霍亞免疫研究所的新研究讓科學(xué)家首次看到融合前LCMV糖蛋白三聚體。這個(gè)3D結(jié)構(gòu)精確地顯示了病毒機(jī)制可能容易受到抗體攻擊的位置。更重要的是，這項(xiàng)新研究首次表明，一種工程抗體可以預(yù)防由病毒引起的疾病，為所需的醫(yī)療開辟了一條途徑。

高分辨率地觀察LCMV的糖蛋白結(jié)構(gòu)是發(fā)現(xiàn)病毒脆弱部位的重要一步。事實(shí)證明，這種結(jié)構(gòu)很難捕捉，病毒結(jié)構(gòu)實(shí)際上是一個(gè)移動(dòng)的目標(biāo)。一旦病毒進(jìn)入嚙齒動(dòng)物或人體內(nèi)，病毒就會(huì)直奔宿主細(xì)胞。附著后，LCMV被帶入宿主細(xì)胞，并被送往酸性的“隔間”。隔間內(nèi)的酸性環(huán)境改變了LCMV糖蛋白的形狀或構(gòu)象，這種構(gòu)象變化促進(jìn)了病毒和宿主細(xì)胞膜之間的融合——這是病毒感染周期的關(guān)鍵步驟。抗體只有在融合前階段抓住糖蛋白才能對(duì)抗病毒。“免疫系統(tǒng)很擅長制造抗體，但除非你的免疫細(xì)胞能在病原體上看到正確的目標(biāo)，否則它們無法正常工作。為了預(yù)防或治療LCMV感染，我們需要知道病毒在哪里容易受到抗體攻擊，”Shane Crotty博士表示。“如果你能阻止糖蛋白發(fā)生這種構(gòu)象變化，那么你基本上就能中和病原體，并從一開始就阻止它感染細(xì)胞。”

在這項(xiàng)新研究中，研究人員設(shè)計(jì)了一種處于“預(yù)融合狀態(tài)”的糖蛋白。他們的工作建立在Hastie對(duì)另一種危險(xiǎn)病原體拉沙病毒（Lassa virus）的經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上。拉沙病毒和LCMV都屬于沙粒病毒科（Arenaviridae）。拉沙也感染嚙齒動(dòng)物，但它比LCMV更有可能在人類宿主中引起嚴(yán)重癥狀，甚至死亡。2017年， Hastie解決了Lassa糖蛋白在融合前階段的結(jié)構(gòu)。她在Saphire實(shí)驗(yàn)室的工作展示了如何穩(wěn)定一種棘手的糖蛋白，并為新的LCMV研究提供了模板。

一旦他們有了穩(wěn)定版本的LCMV糖蛋白，研究人員將其引入一種名為M28的抗體。研究人員從拉沙病毒幸存者血液中發(fā)現(xiàn)的抗體中設(shè)計(jì)了M28。因?yàn)樗鼈兪窍嚓P(guān)的，Lassa和LCMV足夠相似，M28也可以瞄準(zhǔn)并結(jié)合LCMV。然后，科學(xué)家們使用一種稱為冷凍電子顯微鏡的高分辨率成像技術(shù)，捕捉到LCMV糖蛋白與抗體M28一起(“復(fù)合物”)的3D結(jié)構(gòu)。新結(jié)構(gòu)揭示了近原子水平的三面糖蛋白“三聚體”的細(xì)節(jié)。

圖3 多克隆m28蛋白在體外有效中和LCMV

研究人員還可以看到M28如何通過將LCMV糖蛋白“鎖定”到融合前狀態(tài)來阻止感染。這是一個(gè)巨大的進(jìn)步。正如Hastie解釋的那樣，科學(xué)家們從未在小鼠或人類身上發(fā)現(xiàn)過一類對(duì)抗LCMV的中和抗體。多虧了M28, LJI團(tuán)隊(duì)第一次看到了LCMV治療中的中和抗體可以攻擊的地方。克羅蒂實(shí)驗(yàn)室的下一步是研究這種抗體是否能預(yù)防或治療這種疾病。

在小鼠實(shí)驗(yàn)中，研究人員發(fā)現(xiàn)M28可以作為對(duì)抗LCMV的療法。可以在病毒暴露前注射工程抗體以阻斷感染，也可以在暴露后注射以治療感染。“這是第一次有人證明了人類抗體對(duì)LCMV的保護(hù)活性，”Hastie說。她想象有一天，類似的療法可能會(huì)在手術(shù)前用于器官移植患者，或者在已知的LCMV暴露后用于孕婦。

展望未來，研究人員有興趣繼續(xù)尋找更多可以中和LCMV的抗體。他們說，科學(xué)家有一天可能會(huì)發(fā)現(xiàn)能夠交叉中和不同類型沙粒病毒的抗體，從而為對(duì)抗拉沙病毒、LCMV和其他病原體的“泛沙粒病毒”疫苗打開大門。Saphire相信:“結(jié)合力量和工具揭示了目標(biāo)，設(shè)計(jì)了治療方法，并證明了它是有效的。”“團(tuán)隊(duì)從洞察一種病毒擴(kuò)展到另一種病毒，從而創(chuàng)造出更廣泛地保護(hù)人類健康的東西。”

[1] Structural basis for antibody-mediated neutralization of lymphocytic choriomeningitis virus