Нейтрализующие антитела к вирусу SARS-CoV-2 и другим коронавирусам человека
Оригинал: Neutralizing Antibodies against SARS-CoV-2 and Other Human Coronaviruses
Авторы: Shibo Jiang, Chrisopher Hilyer, Lanying Du.
Дата публикации: 20.05.2020, Trends in Immunology
Перевод: Анна Ковалева, Фонд профилактики рака
Редакция: Дмитрий Сергеев, Научный центр неврологии
Нейтрализующие антитела к вирусу SARS-CoV, MERS-CoV и SARS-CoV-2.
Нейтрализующие антитела (НАТ) к вирусу, который образовались вследствие вакцинации или заражения вирусом, играют ключевую роль в контроле распространения вирусной инфекции. Созданные к настоящему моменту НАТ к SARS-CoV и MERS-CoV включают в себя моноклональные антитела (МАТ), их функциональный антигенсвязывающий фрагмент (Fab), одноцепочечный вариабельный участок (scFv) или однодоменные антитела (наноантитела). Они связываются с S1-RBD-, S1-NBD- или S2-участками, блокируя процесс связывания рецептор-связывающего домена (RBD) с соответствующими рецепторами и создавая препятствия для слияния опосредованного S2 слияния с мембраной или попадание в клетку организма-хозяина, таким образом блокируя развитие вирусных инфекций [2, 5]. Предполагаемые мишени и механизмы действия этих НАТ к SARS-CoV и MERS-CoV показаны на рис. 1. Сводная информация о репрезентативных НАТ к SARS-CoV и MERS-CoV, специфичных для RBD, приведена в таблице 1. Сведения о НАТ, специфичных для SARS-CoV-2, отсутствуют, но в настоящей статье мы хотели бы представить специфичные для SARS-CoV и MERS-CoV НАТ в контексте их потенциальной перекрестной нейтрализующией активности в отношении SARS-CoV-2.
НАТ к SARS-CoV
Мишенью всех созданных на данный момент НАТ к SARS-CoV является вирусный протеин S. Непосредственной мишенью большинства является RBD, в то время как некоторые из них связываются с участками S2-субъединицы или с сайтом протеолитического расщепления S1/S2. Например, у пациентов, инфицированных SARS-CoV, были выделены человеческие нейтрализующие МАТ S230.15 и m396. Они нейтрализуют инфекцию, вызванную SARS-CoV у людей и пальмовых циветт, за счет взаимодействия с RBD, что блокирует связывание RBD вируса и клеточного рецептора ангиотензин-превращающего фермента 2 типа(АПФ2) [9]. Другие человеческие МАТ, такие как S109.8 и S227.14, обладают способностей к перекрестной нейтрализации в отношении против многочисленных клонированных инфекций, вызываемых SARS-CoV у человека, пальмовой циветты или енотовидной собаки, защищая мышей от четырех разных гомологичных и гетерологичных штаммов SARS-CoV [10]. Человеческие НАТ 80R (scFv или МАТ) нейтрализуют инфекцию, вызванную SARS-CoV, блокируя взаимодействие RBD и АПФ2, однако сведений об их защитных свойствах еще не опубликовано [11]. Некоторые мышиные нейтрализующие МАТ к SARS-CoV, специфичные для RBD, в достаточной степени эффективны, чтобы заблокировать взаимодействие RBD и АПФ2, нейтрализуя таким образом вирусную инфекцию в трансфицированных AПФ2 клетках линии HEK293T [12]. Несмотря на их сильные нейтрализующие и/или защитные свойства, выявленные в исследованиях с использованием клеточных линий у животных, ни одно из этих НАТ к SARS-CoV НАТ не изучалось в клинических исследованиях. Таким образом, чтобы определить их потенциальную способность к перекрестной нейтрализации SARS-CoV, необходимо срочно предпринять активные усилия для проведения таких исследований.
НАТ к MERS-CoV
Было описано несколько НАТ к MERS-CoV, мишенью большинства из которых является RBD протеина S [3, 8]. Некоторые из них распознают эпитопы N-концевого домена (NTD) субъединицы S1 и области субъединицы S2 [3]. В числе этих НАТ приближенные к человеческим МАТ или Fab (MERS-27, m336, MERS-GD27 или MCA1, выделенные у человека), приближенные к человеческим МАТ (hMS-1, 4C2 h), мышиные МАТ (Mersmab1, 4C2 или D12, выделенные у мышей) и наноантитела (HCAb-83 или NbMS-10 Fc, выделенные у одногорбых верблюдов и лам) распознают эпитопы RBD и демонстрируют способность нейтрализовывать псевдотипированный и/или живой MERS-CoV [3, 8]. Некоторые человеческие/приближенные к человеческому МАТ и наноантитела могут защищать мышей, кроликов, а также игрунок обыкновенных от инфекции, вызванной MERS-CoV [3, 8]. На данный момент только НАТ к MERS-CoV, выделенное у трансхромосомного крупного рогатого скота, исследовалось в рамках 1-й фазы исследований (SAB-301) [8]. Другие НАТ не изучались в клинических исследованиях, что вновь подчёркивает необходимость срочной разработки НАТ с возможностью перекрестной нейтрализации инфекции, вызванной SARS-CoV-2.
НАТ SARS-CoV-2
В настоящее время поликлональные антитела, полученные у выздоровевших пациентов, которые перенесли SARS-CoV-2, использовались для лечения инфекции, вызванной SARS-CoV-2, однако специфичных для SARS-CoV-2 нейтрализующих МАТ выявлено не было. Исследователи упорно трудятся, чтобы создать такие МАТ и/или их функциональные фрагменты в качестве профилактических или терапевтических препаратов, которые могли бы использоваться для предотвращения или лечения COVID-19. Как только такие антитела будут созданы, следующими шагами станут in vitro тестирование на выявление у них нейтрализующего или перекрестного нейтрализующего действия, in vivo исследование на моделях COVID-19 у животных защитной эффективности этих антител, доклинические и клинические исследования их безопасности и эффективности перед тем, как будет получено разрешение на их клиническое применение. Таким образом, может пройти год и более перед тем, как такие нейтрализующие МАТ к SARS-CoV или их фрагменты будут готовы для применения у человека.
Тем не менее, т.к. SARS-CoV-2 имеет сходную природу с SARS-CoV и последовательности протеинов S этих вирусов высоко идентичны [4], исследователи сделали попытку обнаружить НАТ к SARS-CoV, обладающие потенциалом к перекрестной реакции или перекрестной нейтрализации инфекции, вызванной SARS-CoV-2. Необходимо отметить, что специфичное для RBD человеческое нейтрализующее МАТ к SARS-CoV, CR3022 может связывать с RBD SARS-CoV-2 с высокой аффинностью и распознавать эпитоп на RBD, который не перекрывается с АПФ2- связывающим участком [13]. Кроме того, сыворотка выздоровевших пациентов, перенесших SARS, или животных, специфичная в отношении SARS-CoV S1, может перекрестно нейтрализовывать инфекцию, вызванную SARS-CoV-2, за счет снижения проникновения SARS-CoV-2, опосредованного протеином S [4]. Более того, специфичные для RBD поликлональные антитела к SARS-CoV перекрестно реагировали с RBD-белком SARS-CoV и демонстрировали перекрестную нейтрализацию инфекцию, вызванной SARS-CoV-2, в клетках линии HEK293T, которые стабильно экспрессировали рецептор АПФ2 человека, что открывает возможности для потенциальной разработки вакцины на основе RBD SARS-CoV, которая могла бы, в конечном итоге, предотвращать инфекцию, вызванную SARS-CoV-2 и SARS-CoV [15]. Также возможно, что НАТ, специфичные для RBD SARS-CoV, могут применяться для профилактики и лечения инфекции, вызванной SARS-CoV-2, в текущей ситуации, когда отсутствует специфичная вакцина и антитела к SARS-CoV-2. Тем не менее, надежные исследования еще только предстоят.
Заключение и будущие перспективы
SARS-CoV-2 продолжает инфицировать людей по всему миру, что подчеркивает необходимость срочного создания профилактических и терапевтических препаратов на основе эффективных НАТ, способных предотвращать и лечить инфекцию, а также остановить ее распространение. В исследованиях SARS-CoV и MERS-CoV было показано, что многие фрагменты (S1-NTD, RBD, S2) протеинов S могут использоваться для создания НАТ. При этом специфичные для RBD антитела обладают большим потенциалом в плане нейтрализации инфекции с дивергирующими штаммами. Предполагается, что RBD SARS-CoV-2 также может служить важной мишенью для разработки эффективных и специфичных НАТ. «Коктейли», содержащие антитела, специфичные для RBD и для других участков протеина S, могут способствовать расширению спектра действия и повышения эффективности НАТ к SARS-CoV-2 и «ускользнувшим мутантным» штаммам вируса. Сыворотка выздоровевших пациентов использовалась для лечения COVID-19, но уроки, усвоенные во время эпидемии SARS, показывают, что некоторые не-нейтрализующие антитела, мишенью которых являются не относящиеся к RBD участки протеина S, могут вызывать оказывать эффект антителозависимого усиления инфекции в отношении инфекционной способности вируса и заболевания, а также вызывать другие неблагоприятные эффекты со стороны иммунной системы [2]. Среди положительных моментов следует отметить, что некоторые НАТ к SARS-CoV in vitro продемонстрировали перекрестную реактивность или перекрестный нейтрализующий эффект в отношении SARS-CoV-2. Таким образом, исследования НАТ к SARS-CoV и MERS-CoV должны подготовить важные рекомендации для быстрого создания и разработки специфичных НАТ к SARS-CoV-2.