《Nature Communications》：A highly potent nanobody-based bispecific therapeutic provides broad-spectrum protection against ebolavirus
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本研究为应对埃博拉病毒（EBOV、SUDV、BDBV）现有疗法缺乏广谱中和能力的挑战，开发了一种基于骆驼源纳米抗体（1A10和BA2）的双特异性抗体（BA2-1A10）。该双特异性抗体在雌性啮齿动物模型中展现出针对三种病毒的高效保护作用，为开发下一代广谱抗病毒药物提供了新思路。
埃博拉疫情，这个在电影和新闻中时常令人不寒而栗的名字，其背后的元凶——埃博拉病毒，至今仍是全球公共卫生的重大威胁。在病毒学分类中，埃博拉病毒属包含多个物种，其中扎伊尔型（EBOV）、苏丹型（SUDV）和本迪布焦型（BDBV）以其高致死率对人类构成最直接的危害。目前，单克隆抗体疗法，如针对EBOV的疗法，已在临床上取得一定成功。然而，一个棘手的难题横亘在科学家面前：这些疗法往往“专一”有余而“广谱”不足，即一种抗体通常只能有效对抗某一种埃博拉病毒，无法覆盖其他种类。面对未来可能出现的新型或未知埃博拉病毒疫情，开发能够“以一敌多”的广谱抗病毒武器显得尤为迫切。为此，研究人员将目光投向了自然界中一种独特的武器——源自骆驼等动物的纳米抗体。与传统的抗体相比，纳米抗体分子量小、稳定性高，且能识别传统抗体难以触及的病毒表位，这为设计新型抗病毒药物提供了全新思路。为了攻克埃博拉病毒广谱治疗的难题，一个研究团队开展了一项探索，其成果最终发表于国际知名期刊《自然·通讯》（Nature Communications）。
为开展此项研究，研究人员主要运用了以下几项关键技术：通过噬菌体展示等技术筛选能中和多种埃博拉病毒的骆驼源纳米抗体；利用冷冻电镜（cryo-EM）单颗粒分析技术解析纳米抗体与病毒表面蛋白（糖蛋白GP）复合物的高分辨率三维结构，以阐明其结合表位和作用机制；基于结构信息，通过基因工程手段（如借助GS linker和IgG-Fc片段融合）构建双特异性抗体；最后，在雌性啮齿动物感染模型中评估候选抗体的体内保护效力。
研究结果
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广谱中和性纳米抗体的鉴定与表征
研究人员从免疫的骆驼体内筛选到两个纳米抗体，分别命名为1A10和BA2。体外实验表明，这两个纳米抗体均能有效中和EBOV、SUDV和BDBV三种高致病性埃博拉病毒假病毒，显示出优异的广谱中和活性。进一步在雌性小鼠感染模型中验证，发现它们能对这三种活病毒的攻击提供有效的保护，证明了其治疗潜力。
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结合表位与中和机制的结构生物学解析
为了理解1A10和BA2为何能广谱中和，研究团队利用冷冻电镜技术，解析了这两个纳米抗体分别与EBOV和SUDV病毒表面GP蛋白复合物的高分辨率结构。结构显示，尽管两者都能广谱中和，但它们结合的却是GP蛋白上两个不同的、进化上高度保守的关键区域：1A10结合在GP1亚基的基部区域，而BA2则靶向GP2亚基的内部融合环（IFL）区域。这两个表位在三种埃博拉病毒的GP蛋白上都非常保守，这解释了它们广谱活性的结构基础。进一步的生化分析揭示了它们不同的中和机制：1A10可能通过空间位阻阻止病毒与宿主细胞受体的结合，而BA2则可能通过稳定GP蛋白的构象，干扰其介导的膜融合过程。
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双特异性抗体的理性设计与效能提升
基于上述结构信息，研究人员设想，如果将这两个靶向不同保守表位、具有不同作用机制的纳米抗体“合二为一”，或许能产生协同效应，获得比单一抗体或简单混合物更强大的抗病毒能力。于是，他们通过基因工程，将一个纳米抗体（BA2）通过一个柔性的GS连接肽（linker）与另一个纳米抗体（1A10）融合，并将此融合蛋白进一步与人IgG抗体的Fc片段连接，构建出了一种双特异性抗体，称为BA2-1A10。这种设计旨在使一个抗体分子同时具备结合两个不同表位的能力。
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双特异性抗体展现卓越的体内外保护效果
对BA2-1A10的测试结果令人振奋。体外实验表明，其广谱中和效力相较于亲本纳米抗体或其混合物有显著提升。更关键的是，在雌性小鼠的致死性感染模型中，BA2-1A10对EBOV、SUDV和BDBV三种活病毒的攻击都提供了极其强效的保护，其保护效果远超单个纳米抗体或两者的鸡尾酒混合疗法。这证明了这种结构导向的双特异性设计策略在增强抗病毒效能方面的成功。
结论与意义
这项研究成功地从骆驼源纳米抗体中鉴定出两个具有广谱中和活性的先导分子（1A10和BA2），并通过高分辨率冷冻电镜结构阐明了它们靶向GP蛋白上不同保守表位的独特机制。在此基础上，研究团队创造性地设计并构建了一种双特异性纳米抗体BA2-1A10。该双特异性抗体不仅在理论上结合了两种不同的作用机制，更在动物模型中证实了其对抗多种埃博拉病毒的超高保护效力。这项工作的重要意义在于：首先，它提供了一种强大的、具有广阔应用前景的泛埃博拉病毒治疗候选药物。其次，它展示了一种“结构指导的双特异性纳米抗体”研发策略，即通过结构生物学手段精准解析抗体作用位点与机制，进而理性设计多功能抗体，这为开发针对其他复杂病原体的下一代抗病毒疗法提供了可借鉴的范式。最后，该成果再次凸显了纳米抗体等小型化抗体平台在开发新型生物药方面的独特优势，如易于改造、可渗透至传统抗体难以到达的靶点等，为生物医学研究带来了新的工具和思路。
