随着新型冠状病毒（SARS-CoV-2）的不断传播，其突变株如B.1.1.7（英国株）、B.1.351（南非株）、B.1.617（印度株）等开始在世界各地出现。新冠突变株可以通过刺突蛋白（Spike）的受体结合结构域（RBD）和N末端结构域（NTD）上的突变引起免疫逃逸，这些突变对新冠康复者和疫苗接种者的体液免疫应答和抗体识别有哪些影响，目前仍欠缺系统性研究。
2021年5月21日，北京大学生物医学前沿中心（BIOPIC）、北京未来基因诊断高精尖创新中心（ICG）、生命科学联合中心（CLS）谢晓亮课题组与合作者共同在Cell Research 上发表题为 Humoral immune response to circulating SARS-CoV-2 variants elicited by inactivated and RBD-subunit vaccines 的研究论文。在本研究中，谢晓亮团队利用高通量单细胞测序、冷冻电镜、病毒中和实验等多种技术手段解析了新冠病毒灭活疫苗（科兴）和RBD亚单位重组蛋白疫苗（智飞）接种者以及新冠感染康复者的血浆和诱导的中和抗体对于目前流行新冠突变株（例如南非株）的应答情况。
谢晓亮团队利用高通量单细胞测序，从两种类型疫苗的接种者和康复者外周血的记忆B细胞中筛选并表达出831个抗刺突蛋白抗体，并从中筛选出86个对新冠病毒野生型具有高中和活性的抗体。假病毒中和测试实验显示，超过一半的抗RBD中和抗体对K417N / E484K / N501Y突变组合的中和活性大幅下降。高分辨率冷冻电镜结构显示，引起中和抗体活性大幅降低的原因是E484K突变导致的电荷反转。
图注：抗RBD和抗NTD中和抗体对新冠病毒N501Y突变株免疫应答情况
尽管如此，因抗RBD中和抗体的表位分布具有多样性，其在应对K417N / E484K / N501Y等RBD突变时显示出了高度多样性。相比之下，南非株携带的NTD上242-244位点的缺失（242-244Δ）则会改变NTD抗原热点的蛋白构象，从而消除绝大部分抗NTD抗体的中和活性，这意味着抗NTD中和抗体的多样性远少于抗RBD中和抗体。
为了进一步证实抗RBD抗体具有多样性，研究团队分析了18种VH3-53/VH3-66基因型抗体对南非株的中和能力。VH3-53/VH3-66型抗体是不同感染者体内共同出现的抗体，这些抗体在RBD上的表位和结构高度相同。尽管如此，VH3-53/VH3-66型抗体对突变株的反应性仍有所差异，例如：少数VH3-53/VH3-66不受突变株影响，多数VH3-53/VH3-66抗体对K417N / E484K / N501Y突变株失效，结构解析证明这部分失效的抗体主要是由于K417N突变降低了抗体互补决定区与RBD的极性相互作用引起的。
与中和抗体实验结果类似，康复者和灭活疫苗接种者的血浆对南非突变株均表现出中和活性下降的趋势。假病毒和真病毒中和实验结果显示，相比于普通流行株，新冠感染康复者和灭活疫苗接种者的血浆针对南非株的中和活性下降4倍左右。其原因主要是由E484K / N501Y和242-244Δ突变引起，且这两个区域的突变对血浆中和活性的削弱程度可叠加。而RBD亚单位重组蛋白疫苗的血浆中和活性在真病毒和假病毒中只下降2倍左右，表明RBD亚单位重组蛋白疫苗接种者血浆对南非株的耐受性优于康复者血浆。其主要原因是由于其诱导的抗RBD中和抗体具有丰富的多样性，且不受NTD突变的影响。
此研究还发现，与标准的RBD重组蛋白亚基疫苗三剂免疫（第0天/30天/60天）相比，第三剂和第二剂重组蛋白疫苗免疫之间的接种间隙延长（第0天/30天/140天）会产生更强中和活性的抗体，对南非突变株具有更强的耐受性。这些结果表明，如果未来新冠突变株大流行，特别是对于携带能改变NTD抗原热点蛋白构象突变的病毒株，注射第三剂RBD重组蛋白疫苗来加强免疫或是一种优化方案。
BIOPIC/ICG/CLS谢晓亮教授为本研究通讯作者，BIOPIC曹云龙副研究员为本研究论文的共同第一作者兼共同通讯作者，ICG/CLS肖俊宇研究员、北京佑安医院冯英梅教授、中国食品药品检定研究院王佑春研究员、中国人民解放军军事科学院军事医学研究院秦成峰研究员为本研究论文的共同通讯作者，该研究项目得到科技部、北京市教委、北京未来基因诊断高精尖创新中心、生命科学联合中心的支持。
论文链接：https://www.nature.com/articles/s41422-021-00514-9
