一荤一素
在2019-nCoV爆发期间，对抗病毒最简单、最直接的方法就是阻止病毒进入细胞，这也是抗体通常在体内发挥的功能。而在开发2019-nCoV的中和抗体时，我们很难快速地去验证其是否为具有足够广度的中和抗体，同时，还要确保变异的RNA病毒不会逃脱其中和作用。在这种情况下，我们不仅可以直接瞄准病毒的糖蛋白，还可以通过靶向细胞表面的病毒受体蛋白来获得中和效果，从而阻止病毒结合并进入细胞。
2月7日，来自美国Johns Hopkins医院的Robert L. Kruse博士发表了文章《Therapeutic strategies in an outbreak scenario to treat the novel coronavirus originating in Wuhan, China》，作者阐述了相比与ACE2受体结合的阻断剂，利用可溶性的病毒受体血管紧张素转换酶2（ACE2） 与免疫球蛋白Fc域（ACE2-Fc）融合，既可阻断2019-nCoV的进入，又可以帮助免疫系统建立持久的免疫。此外，ACE2- Fc治疗还可以补充感染期间肺部ACE2水平的降低，从而直接治疗急性呼吸窘迫综合征。
众所周知，2019-nCoV使用ACE2作为细胞入口的受体，该受体与SARS冠状病毒用于细胞入口的受体相同。对于这两种冠状病毒病毒，其通过病毒粒子上的S蛋白与ACE2结合。随后，RNA病毒将在细胞内复制其基因组，并最终产生新的病毒粒子，这些病毒粒子将被分泌出来感染其他细胞。基于2019-nCoV与SARS的相似性，根据SARS的相关文献，我们可以考虑针对ACE2使用以下两类阻断策略，而这些策略在SARS模型中已被证明是有效的。
与ACE2受体结合的阻断剂
第一种策略是给患者使用一种与ACE2受体结合的药物。这里的关键优势是，宿主ACE2蛋白不会发生变化，因此无需担心ACE2会脱离。而病毒在此期间，没有能力突变并结合一个全新的宿主受体，因而也就无法进入细胞。目前，已知有两种试剂可与ACE2受体结合。
（一）使用来自SARS的S蛋白的小分子受体结合域（RBD）
RBD是在病毒进入时结合ACE2受体的关键域。对该域的193个氨基酸的控制管理可有效阻断SARS进入细胞[1]。因此，可以
将SARS RBD给予患者，其将与靶细胞的ACE2受体蛋白结合，从而防止感染。同样地，2019-nCoV RBD也有可能被用于治疗。当然，这种策略是假设SARS和2019-nCoV ACE具有相同的结合位点，但考虑到SARS和NL63冠状病毒类似的ACE2结合位点，这是极有可能的。此外，RBD蛋白可以再连接到Fc片段上进行延长。已有报道表明了MERS的RBD-Fc融合蛋白具有阻止病毒向细胞受体感染的能力，以及刺激小鼠对特定病毒区域的免疫反应的能力[2]。（二）使用一种可以与ACE2蛋白结合的抗体
根据已有文献报道，这种策略可以有效地阻止SARS的进入和复制[3]。尽管目前没有ACE2抗体序列在文献中被公开，但确实存在单克隆抗体，并且相关的杂交瘤序列也可以在数天内被克隆。又或者，可以研发一种与ACE2结合的单链抗体片段（scFv）。这些片段可以在细菌中产生，而且体积小，可以迅速渗透到不同的组织中。缺点是在没有Fc结构域的情况下，半衰期较短。
而上述两种阻断策略具有以下三个限制：
（1）关于SARS RBD策略，机体最终可能会对SARS蛋白产生免疫应答。但如果使用2019-nCoV自身的同源RBD，这种免疫反应可能是非常有利的，因为它可以产生阻断效应和疫苗效应；
（2）阻断体内不同器官的ACE2受体所需的剂量尚不清楚，需要饱和的ACE2受体的比例也不清楚。此外，细胞表面ACE2受体的更替也会影响治疗性蛋白的使用频率；
（3）直接与ACE2受体结合可能会恶化肺的病理损伤和临床症状。
ACE2免疫粘附素策略
相比开发与ACE2受体结合的阻断剂，更有希望的策略是研发与冠状病毒本身结合的抗体分子，而不是保护细胞不被感染。对于此策略，可以使用可溶的ACE2受体，该受体可与2019-nCoV的S蛋白结合从而中和病毒。目前已有报道表明，可溶性ACE2对SARS S蛋白的亲和力为1.70 nM，与单克隆抗体的亲和力相当[4]。此外，我们还可以使用可溶性ACE2转化为与免疫球蛋白Fc结构域（ACE2-Fc）融合的免疫粘附素形式（图A），从而延长分子的寿命，同时可以帮助免疫系统建立持久的免疫。尽管未在动物模型中进行实验，但先前的研究表明，与人IgG1域融合的ACE2胞外结构域（ACE2-NN-Ig）在体外能够有效中和SARS冠状病毒[5]。这项研究为ACE2-Fc可以抑制2019-nCoV提供了借鉴的依据。
作为2019-nCoV S蛋白中和剂，使用ACE2的另一个优点是，可以直接治疗肺炎的病理损伤。部分SARS和2019-nCoV感染患者出现肺炎，以肺水肿和急性呼吸窘迫综合征(ARDS)为特征。病毒可能通过病毒诱导的ACE2蛋白的脱落和ACE2蛋白表达的降低而引起ARDS，而这两者都是通过S蛋白结合介导的。而重组的ACE2蛋白可以通过降低血管紧张素II水平和随后与血管紧张素II型1a受体结合的激素来改善急性肺损伤[6]。重组的ACE2还可以减少呼吸道合胞体病毒和H5N1流感模型中的ARDS[7][8]。
研究表明，18-615个ACE2氨基酸足以与SARS S蛋白结合，其也涵盖了ACE2酶功能所必需的肽酶结构域[9]。目前，需要进一步的研究来表明2019-nCoV S蛋白结合所需的最小ACE2结构域，从而构建更小的ACE2-Fc蛋白。虽然我们还不知道2019-nCoV S蛋白的结构，也不知道它是如何与ACE2受体结合的，但有理由假设，SARS与2019-nCoV利用相同的ACE2蛋白结构域，从而感染细胞。
而结合Fc域的优势在于可以延长了药物的半衰期。同时，Fc域的部分效应功能还可以保留在这个分子中，允许树突状细胞、巨噬细胞等通过CD16受体的募集来对抗病毒颗粒或感染细胞，可能
促进宿主抗病毒免疫反应的快速激活和病毒的消除。与单独中和病毒的抗体相比，Fc结合抗体通过吞噬细胞的激活更有效地消除SARS[10]。总体而言，ACE2-Fc融合蛋白将具有与传统中和抗体相同的许多好处。事实上，已有研究表明，SARS相比人冠状病毒NL63的致病性更强，这与NL63对人ACE2的亲和力较低有关，NL63 S蛋白降低ACE2水平的作用小于SARS S蛋白。因此，如果2019-nCoV试图通过降低亲和力来逃避ACE2中和，它将突变为致病性较低的病毒。因此，2019-nCoV在面临潜在的ACE2-Fc治疗时可能会出现一个进化陷阱，导致更良性的临床过程。
此外，文章还提供了ACE2-Fc结构的蛋白序列，如上图B所示。研发人员可以考虑采用不同的Fc结构域（IgG1、IgG2、IgG3或IgG4）。但使用ACE2-Fc策略的一个挑战是，细胞外ACE2水平的增加可能会对机体产生未知的影响，特别是当通过Fc域延长半衰期时。研究者可以将ACE2肽酶活性的关键氨基酸发生突变，从而取消该序列的固有功能，同时保留对SARS和2019-nCoV s蛋白的高亲和力结合。但ACE2肽酶突变会消除重组蛋白对肺损伤治疗的有利影响。
综上所示，相比阻断策略，ACE2-Fc疗法可以提供三重作用机制来帮助缓解2019-nCoV的症状和预防死亡：
（2）病毒中和；
（3）免疫效应招募。
从本质上讲，ACE2-Fc可能是目前对抗2019-nCoV的有效中和抗体，因为利用自身的同源受体进行，使得2019-nCoV无法逃脱ACE2-Fc治疗策略。ACE2-Fc不仅可以治疗当前患者的感染，防止重大疾病和死亡，同时也可以作为一种潜在的预防药物，为一线的临床服务人员以及可能接触过病毒的个人提供被动免疫。文中还提到，ACE2-Fc疗法还可以
用于治疗其他无关病毒和急性肺损伤的急性呼吸窘迫综合征以及在未来可能出现的以ACE2受体进入的其他新型冠状病毒。总之，ACE2-Fc有潜力成为治疗和预防2019-nCoV感染所需要的中和抗体。如果希望在一个分子中实现受体阻断和疫苗接种的双重功能，或许可以寻求另一种2019-nCoV RBD-Fc融合。同时，我们也期待针对2019-nCoV的有效的疫苗能尽早现世，能够遏制疫情的蔓延和保护易感人群。
参考文献：
[1] Wong SK, Li W, Moore MJ, et al.: A 193-amino acid fragment of the SARS coronavirus S protein efficiently binds angiotensin-converting enzyme 2. J Biol Chem. 2004; 279(5): 3197–3201.
[2] Du L, Kou Z, Ma C, et al.: A truncated receptor-binding domain of MERS-CoV spike protein potently inhibits MERS-CoV infection and induces strong neutralizing antibody responses: implication for developing therapeutics and vaccines. PLoS One. 2013; 8(12): e81587.
[3] Li W, Moore MJ, Vasilieva N, et al.: Angiotensin-converting enzyme 2 is a functional receptor for the SARS coronavirus. Nature. 2003; 426(6965): 450–454.
[4] Sui J, Li W, Murakami A, et al.: Potent neutralization of severe acute respiratory syndrome (SARS) coronavirus by a human mAb to S1 protein that blocks receptor association. Proc Natl Acad Sci U S A. 2004; 101(8): 2536–2541.
[5] Moore MJ, Dorfman T, Li W, et al.: Retroviruses pseudotyped with the severe
acute respiratory syndrome coronavirus spike protein efficiently infect cells
expressing angiotensin-converting enzyme 2. J Virol. 2004; 78(19): 10628–10635.
[6] Imai Y, Kuba K, Rao S, et al.: Angiotensin-converting enzyme 2 protects from severe acute lung failure. Nature. 2005; 436(7047): 112–116.
[7] Gu H, Xie Z, Li T, et al.: Angiotensin-converting enzyme 2 inhibits lung injury induced by respiratory syncytial virus. Sci Rep. 2016; 6: 19840.
[8] Zou Z, Yan Y, Shu Y, et al.: Angiotensin-converting enzyme 2 protects from lethal avian influenza A H5N1 infections. Nat Commun. 2014; 5: 3594.
[9] Li F, Li W, Farzan M, et al.: Structure of SARS coronavirus spike receptorbinding domain complexed with receptor. Science. 2005; 309(5742): 1864–1868.
[10] Yasui F, Kohara M, Kitabatake M, et al.: Phagocytic cells contribute to the antibody-mediated elimination of pulmonary-infected SARS coronavirus. Virology. 2014; 454–455: 157–168.
bioSeedin柏思荟是生物医药行业的交流互动和知识服务平台，以优质的知识分享和领先的用户体验，帮助更多的生物医药人自我优化与提升，旨在汇聚行业领袖与人才，共同播种中国生物医药创新梦想的胚芽，重塑中国企业创新思考和认知边界。
bioSeedin目前正在进行关于抗体药技术和细胞治疗技术的相关分享，配合workshop、webinar、lab、conference等多种活动形式，满足企业不同所需。
bioSeedin Workshop以“融全球智力，为中国新药”为目标，着意于对创新型生物药研发人员的培养，致力于突破国内抗体药的转折点，向全球化、国际化迈进。
閱讀更多 bioSeedin柏思薈 的文章
