單克隆抗體（mAb） 是防控和治療新冠肺炎的重要手段，特別是通過靶向新冠病毒刺突蛋白（S蛋白）的受體結合域（RBD），阻斷病毒與宿主細胞受體結合，從而防止病毒入侵。然而，自2021年底Omicron變異株出現以來，病毒不斷進化，衍生出包括BA.2、BQ.1、XBB.1.5、BA.2.86、KP.2等多個亞變體。許多原本有效的抗體藥物，包括已上市的埃特司韋單抗（etesevimab, CB6），已無法有效應對這些新變體，治療效果大打折扣。面對這一難題，科學界亟需新的策略使失效的抗體“重獲新生”。

近日，高福院士團隊在 hLife 上發表題為“Enabling the immune escaped etesevimab fully-armed against SARS-CoV-2 Omicron subvariants including KP.2”的文章（圖1），提出了一種基于骨架和序列設計的廣譜親和力成熟抗體開發策略，稱為 BAADesign。

圖1 論文標題及作者信息

利用這一策略成功改造了CB6抗體，使其具備強大的廣譜結合能力，能夠有效中和Omicron亞變體，包括最新的KP.2毒株。本研究成果不僅為抗體藥物改造提供了新工具，也為應對未來新冠病毒的變異帶來了重要啟示（圖2）。

圖2BAADesign抗體設計策略示意圖

BAADesign方法詳解

BAADesign程序包括三個核心步驟：分類、計算設計和體外驗證。1. 分類：通過對抗體與抗原結構的詳細分析，識別可能影響抗體結合新抗原的關鍵氨基酸，并將其負面效應分為兩類：產生空間位阻和降低相互作用。2. 計算設計：針對分類識別的負面效應，利用Rosetta工具進行詳細的骨架設計與序列優化。3. 體外驗證：利用表面等離子體共振（SPR）技術，評估設計突變對CB6抗體與RBD結合的影響，篩選出提升親和力的突變，并組合成最終抗體序列（圖3）。

圖3 CB6抗體的計算設計流程

埃特司韋單抗的改造與優化

首先對CB6抗體的輕鏈和重鏈進行多輪突變篩選，最終獲得了對Omicron亞變體表現出顯著增強結合能力的優化版本—CB6-IV。其突變位點包括：? 重鏈：G26E、T28I、S31Y等7個突變位點 ? 輕鏈：S30A、R31Y、Y92缺失等4個突變位點。CB6-IV 展現了廣譜的結合能力，其對Omicron亞變體（如KP.2、XBB.1.5）的結合親和力達到了納摩爾級別（0.36-19.07 nM），其中與KP.2的結合能力幾乎與原始毒株持平。在細胞實驗中，CB6-IV對多種Omicron亞變體展現了顯著的中和效果。通過高分辨率冷凍電鏡（cryo-EM），研究團隊還解析了CB6-IV與原始毒株RBD及XBB.1.5 RBD的復合物結構，證實關鍵突變顯著增強了抗體與RBD的相互作用（圖4）。

圖4 用SPR表征CB6及其突變體與PT和變異株RBD的結合親和力

突變策略的共享性與進一步優化

CB6-IV的CDR1和CDR2區域突變不僅適用于CB6抗體，也可以用于其他具有相似RBD結合模式的抗體。研究人員選擇了P2C-1F11、BD-629、CC12.3等四種抗體進行改造，結果顯示，這些抗體在改造后均展現出更強的結合能力與中和活性。此外，團隊進一步優化了P2C-1F11 和 Omi-3的CDR3區域。結果表明，BAADesign方法能夠顯著提高抗體對Omicron子代變異株的廣譜中和效果（圖5）。

圖5 改造后P2C-1F11、BD-604、BD-629和CC12.3突變體的結合親和力和中和活性均增強

總結與展望

BAADesign為恢復失效抗體活性提供了全新的思路。通過骨架與序列設計相結合，這一策略賦能了埃特司韋單抗，使其重新獲得對Omicron子代變異株的中和能力，也為其他抗體藥物的改造提供了范例。未來，這一方法有望為應對新冠病毒及其他快速變異的病原體提供強有力的技術支持。