结构导向的双特异性抗体工程赋予对KP.3.1.1和sarbecoviruses的广谱保护作用

为应对SARS-CoV-2变异株（如KP.2/KP.3.1.1）的免疫逃逸，复旦大学等团队通过结构导向设计双特异性抗体（bsAb）G7-Fc。该抗体通过独特的"三聚体-二聚体"空间构象阻断ACE2结合，对22种假病毒（含KP.2）的中和效力较S309提升18倍，并通过A227S/T-Y229N突变成功恢复对KP.3.1.1的活性。研究系统揭示了scFv序列排列对bsAb功能的影响，为应对快速变异的冠状病毒提供了新策略。

　　

当全球还在与COVID-19疫情周旋时，SARS-CoV-2病毒已悄然进化出更具威胁的变异株——从早期的Alpha、Delta到后来的Omicron亚型BA.2.86、JN.1，再到最新出现的KP.2和KP.3.1.1。这些变异株通过刺突蛋白（Spike）上的关键突变（如R346T、F456L、L455S等）不断逃逸现有抗体药物的中和作用，使得单克隆抗体疗法相继失效。更令人担忧的是，变异株对疫苗诱导的免疫保护也展现出越来越强的逃逸能力。面对这场"道高一尺魔高一丈"的进化竞赛，科学家们迫切需要开发具有广谱保护效力的新一代抗体药物。

在这一背景下，复旦大学基础医学院医学分子病毒学教育部/卫健委/中国医学科学院重点实验室的研究团队开展了一项突破性研究。他们从COVID-19康复者体内分离出XBB.1特异性抗体7F3，与广谱中和抗体GW01组合，通过创新性的结构导向设计，构建出四种不同架构的双特异性抗体（bispecific antibody, bsAb）。令人振奋的是，其中G7-Fc展现出对包括KP.2在内的22种SARS-CoV-2变异株及sarbecoviruses的广谱中和能力，效力比经典抗体S309高出18倍。这项研究成果发表在《iScience》期刊，为应对持续演变的冠状病毒威胁提供了重要解决方案。

研究人员采用多项关键技术：通过记忆B细胞培养和高通量中和筛选从康复者获得7F3抗体；构建(scFv)₂-Fc和scFv-Fc-scFv四种bsAb架构；利用冷冻电镜（cryo-EM）解析BA.2.86 Spike与G7-Fc的3.1?复合物结构；建立K18-hACE2转基因小鼠模型评估体内保护效果；通过位点定向突变优化抗体对KP.3.1.1的活性。

研究结果

bsAb构建与筛选

研究团队设计出四种bsAb架构：G7-Fc（GW01-7F3串联scFv）、7G-Fc（7F3-GW01串联scFv）、G-Fc-7（GW01-Fc-7F3）和7-Fc-G（7F3-Fc-GW01）。尽管四种bsAb对Omicron变异株RBD的亲和力相似（nM级），但仅G7-Fc能有效中和EG.5、JN.1和KP.2假病毒。

广谱中和活性

在22种假病毒测试中，G7-Fc展现出100%的中和覆盖率，几何平均IC₅₀为0.18 nM，显著优于S309（3.21 nM）。对KP.2的中和效力达到0.483 nM，而S309完全失效（IC₅₀>333 nM）。

结构机制解析

冷冻电镜揭示G7-Fc通过独特的"顶端-顶端"三聚体-二聚体构象锁定Spike蛋白：每个RBD同时结合GW01（靶向RBD侧面的Barnes class 4表位）和7F3（靶向RBM的Barnes class 2表位）。GW01的CDRH1/CDRH3与RBD形成6个氢键（涉及F375、K378等），7F3的CDRH3-Y229插入由L455、F456等形成的疏水口袋。

抗体优化

针对KP.3.1.1的L455S/Q493E突变，研究团队通过结构预测设计出A227S/T-Y229N突变体，成功恢复中和活性（IC₅₀从>1000 nM降至~10 nM）。

体内保护效果

在K18-hACE2小鼠模型中，腹腔注射（200μg）或鼻内给药（20μg）G7-Fc均能完全预防或显著降低EG.5感染（肺病毒载量降低100倍，p<0.0001）。

研究结论与意义

该研究首次系统阐明了scFv序列排列对双特异性抗体功能的决定性影响：G7-Fc通过独特的空间构象同时靶向Spike蛋白上两个保守表位（GW01结合RBD侧面，7F3结合RBM），形成稳定的三聚体-二聚体复合物，立体阻断ACE2结合。这种协同作用使其中和广度覆盖从SARS-CoV到KP.3.1.1的多种sarbecoviruses。

更重要的是，研究建立了"结构指导-功能验证-快速优化"的抗体研发范式：通过冷冻电镜精准定位逃逸突变的作用位点，针对性改造抗体CDR区（如Y229N缓解L455S造成的空间位阻），为应对未来可能出现的高逃逸变异株提供了技术储备。G7-Fc的广谱性和可优化性，使其成为预防和治疗COVID-19的有力候选药物，也为其他快速变异病毒（如流感、HIV）的抗体设计提供了重要参考。

这项研究不仅解决了当前抗体药物对KP.2/KP.3.1.1失效的临床难题，更开创性地揭示了bsAb架构与功能的关系，为全球抗疫贡献了中国科学家的智慧。随着病毒持续进化，这种基于结构生物学的理性设计策略，将在未来传染病防控中发挥越来越重要的作用。