近日，实验室与中国科学院广州生物医药与健康研究院、广州国家实验室等单位合作在Nature Communications上发表了题为“Antibodies utilizing VL6-57 light chains target a convergent cryptic epitope on SARS-CoV-2 spike protein and potentially drive the genesis of Omicron variants”的研究论文。

自新冠病毒爆发以来，新的变异株不断出现，病毒的刺突蛋白（S）也呈现明显的抗原漂移。长期以来，病毒的抗原漂移被认为与群体免疫压力相关，但是作为一种假说，群体免疫压力导致抗原漂移的分子机制长期不明。自2021年底以来Omicron BA.1变异株及其后续的衍生变异株在S蛋白上携有数十个抗原漂移突变，其中出现在刺突蛋白371-373-375位点的S371L/F-S373P-S375F突变被认为与病毒的传播特征变化相关。这3个位点的突变被发现改变了S蛋白的功能，扰乱了免疫细胞的S蛋白抗原呈递并导致了Omicron变异株的鼻腔组织嗜性。但371-373-375位点突变的驱动因素尚不明确。

在前期同一研究团队发表于Nature Microbiology的研究中（见前期报道， https://www.gibh.ac.cn/gb_kxyj/gb_kyjz/202407/t20240702_7206916.html），研究人员在新冠病毒野生株（WT）感染者中分离到6个靶向S蛋白受体结合域（RBD）的中和抗体，分别名为R1-32、R1-26、R1-30、R2-3、R2-6和R2-7。除R1-32外，其余5个抗体的轻链均由VL6-57基因编码，且HCDR3均含有相似的疏水氨基酸基序。结合竞争实验显示，R1-26、R1-30、R2-3、R2-6和R2-7之间以及与受体ACE2之间存在竞争，表明它们的结合表位重叠。进一步研究发现，R1-26能有效结合并中和原始株（WT）及Alpha、Beta、Delta变异株，但对Omicron BA.1之后的突变株无效。冷冻电镜结构分析显示，代表性抗体R1-26通过HCDR3的“LGPWV”疏水性基序和LCDR1的“NY”基序结合S蛋白371-373-375位点定义的隐藏表位，属于“4类抗体”（结合新冠S蛋白隐藏表位的一类抗体）。但是与相当多的4类抗体不同，R1-26能与ACE2竞争结合S蛋白并诱导S蛋白发生构象变化而抑制病毒入侵从而发挥中和作用（图1）。

图1. R1-26结构和作用机制的分析

深度分析PDB结构数据库显示近10个解析的4类新冠抗体的轻链均由VL6-57编码，且这些抗体均靶标趋同的由371-373-375位点定义的表位。深度分析冠状病毒抗体数据库（CoV-AbDab）胚系基因发现，VL6-57是4类新冠抗体中最常见的轻链编码基因，有290个轻链由VL6-57基因编码的新冠抗体。这些抗体利用多种不同的重链基因，但是它们的重链和轻链序列大多具有12个氨基酸长的HCDR3和9-10个氨基酸长的LCDR3的共性特征。序列分析显示，这些VL6-57抗体的共性特征还包括：HCDR3富含“WLRG”基序，LCDR3富含“QSYDSS”基序。以上共性特征也在R1-30、R2-3、R2-6和R2-7中发现。抗体埋藏面积（BSA）分析显示，VL6-57抗体的重链与轻链在RBD上的BSA相当，表明VL6-57轻链在抗原结合中的重要性。结构分析显示，VL6-57抗体主要通过HCDR3上趋同的疏水“WLRG”等基序以及相同的LCDR1“NY”基序与RBD上的371-373-375位点定义的趋同表位相互作用。以上结果表明，VL6-57轻链能与多种重链基因配对，为生成4类新冠病毒RBD特异性抗体提供了高效的框架，提示在相同的新冠S蛋白的抗原刺激下，由于人群中抗体胚系基因的相似性，具有以上描述共性特征的VL6-57抗体可能会在人群中被广泛诱导，产生一类人群抗体。

通过对33名新冠感染者和28名健康人的抗体组库数据分析发现，含“WLRG”基序的IgH序列在新冠感染和健康人群中均存在，但在感染后显著扩增并发生类别转换，最终有接近90%的感染者表达了具有“WLRG”基序的抗体重链序列，该特征与分析得出的VL6-57编码的人群抗体共性特征相符合；而含共性特征 - “QSYDSS”基序的VL6-57轻链在新冠感染和健康人群中的表达水平相当，表明该类VL6-57轻链基因在B细胞库中基础表达水平高，广泛存在。单细胞V(D)J序列分析显示，接种疫苗或感染新冠后，表达含“WLRG”基序的VL6-57抗体的B细胞显著扩增。这些结果确认了，在广泛人群中，受新冠病毒S蛋白抗原的刺激，表达重链HCDR3含“WLRG”基序，轻链为VL6-57且含“QSYDSS”基序抗体的naïve B细胞被广泛激活，并发生克隆扩增和类别转换，广泛诱导了VL6-57类人群抗体（图2）。

图2. VL6-57抗体的序列特征分析

最后，研究人员探讨了Omicron 变异株逃逸VL6-57类人群抗体的机制。结构分析发现RBD 371、373和375位氨基酸残基位于VL6-57人群抗体的结合表位中，提示Omicron逃逸VL6-57抗体可能与S371L-S373P-S375F突变有关。突变结果显示，将Omicron RBD中的这三个突变同时回复至野生型后，可完全恢复R1-26等VL6-57人群抗体的结合能力，表明371、373和375位点的突变是Omicron变异株逃逸VL6-57人群抗体的关键因素。

综上，该研究鉴定出一类由VL6-57轻链基因编码的人群共享抗体，揭示了该类人群抗体介导的群体免疫压力驱动新冠病毒进化潜在导致Omicron变异株产生的分子机制。

熊晓犁研究员、赵金存教授、陈凌研究员和何俊研究员为本论文的共同通讯作者。实验室博士后颜奇鸿、实习研究员高夕杰和广州健康院助理研究员刘邦慧为本论文的共同第一作者。该研究得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划、广州实验室应急攻关项目、广东省自然科学基金和中国博士后科学基金等的支持。