Nature丨利用 “抗原不可知”策略开发高效单抗克服泛耐药肺炎

撰文丨易

抗菌素耐药性（AMR）已被世界卫生组织（WHO）等机构列为全球健康的优先事项，其中，肺炎克雷伯菌（ Klebsiella pneumoniae , Kp）是最高优先级的病原体。全球AMR的蔓延很大程度上是由极具适应性的优势细菌克隆的传播驱动的，特别是那些携带新德里金属-β-内酰胺酶（NDM）的菌株，它们对包括碳青霉烯类在内的最后防线抗生素产生耐药。序列147型（ST147）NDM-1阳性肺炎克雷伯菌（ST147NDM-1）便是这样一个在全球传播的高风险谱系，它不仅具有泛耐药性（对几乎所有可用抗生素耐药），致死率高，还携带KL64荚膜。这种KL64荚膜在同时具有高毒力和广泛耐药性的菌株中正变得越来越普遍。面对这种可能引发灾难性疫情的“无声大流行”，亟需寻找抗生素之外的有效治疗策略。单克隆抗体（mAbs）在肿瘤和自身免疫病领域已被证明是革命性且安全的药物，但其在感染性疾病，尤其是应对AMR威胁方面的应用尚未被充分探索。尽管已有一些针对肺炎克雷伯菌其他血清型的mAbs被报道，但它们对ST147 NDM-1 的适用性有限，因为缺乏针对这种泛耐药菌株的保护性关联知识，且不同菌株间的抗原结构存在巨大差异。

近日，意大利锡耶纳生物技术中心基金会Rino Rappuoli和托斯卡纳生命科学基金会Anna Kabanova联合在Nature期刊上发表题为Monoclonal antibodies protect against pandrug-resistant Klebsiella pneumoniae的研究论文，开发了一种不依赖特定抗原的筛选策略，成功分离出可高效对抗泛耐药肺炎克雷伯菌的人源单克隆抗体；研究发现，尽管靶向荚膜和O抗原的抗体均具有极强体外杀菌活性，但仅荚膜抗体能通过促进巨噬细胞吞噬和诱导细菌链式生长，在体内提供有效保护。

作者团队 采用了一种“抗原不可知”的策略，从7名感染了意大利托斯卡纳地区医院爆发的ST147 NDM-1 并康复的患者体内分离记忆B细胞。共筛选了18,390个B细胞，通过ELISA初步鉴定出214个能与固定菌株表面结合的单克隆抗体。随后，克隆了这些抗体的基因序列，并重组表达了134个抗体。为了筛选出功能性抗体，开发了一种高通量的基于发光的血清杀菌试验（L-SBA），以ATP含量作为细菌存活指标，从中筛选出25个具有强效杀菌活性的候选mAbs ，其半数最大抑制浓度（IC 50 ）值达到了皮摩尔级别，其中最强的O-抗原抗体05D08的IC 50 值甚至低至约0.5 ng/mL，展现了惊人的体外杀菌潜力。随后，这些抗体被清晰地分为两个功能簇：簇1抗体特异性靶向KL64荚膜，而簇2抗体则靶向O2a O-抗原。

接下来，通过流式细胞术分析了这些抗体与一个包含多种不同基因型肺炎克雷伯菌、其他克雷伯菌属和共生菌的菌株库的结合情况，从而根据结合谱将抗体分为两个主要簇。通过全基因组测序比较、基因功能分析以及通过基因回补实验（如对O-抗原缺陷菌株ST147 NDM-9 回补关键的wbbO基因），最终确定了簇1抗体靶向KL64荚膜多糖，而簇2抗体靶向O2a O-抗原。 高分辨率成像技术揭示了二者在细菌表面的结合模式存在显著差异：KL64荚膜抗体（如08O09）结合信号更强、覆盖面积更广，位于细菌的最外层，这与荚膜作为主要表面结构的特性相符；而O-抗原抗体（如05D08）则结合更分散、面积更小。

最后，建立了暴发性血流感染模型，以评估最具杀菌潜力的荚膜特异性抗体（08O09）和O-抗原特异性抗体（05D08和05N02）在预防（攻毒前24小时给药）和治疗（攻毒后1小时给药）场景下的体内保护效果，并通过脾脏细菌负荷（CFU计数）和存活率来量化保护效力。 然而，最引人注目的发现在于体外极高杀菌活性与体内保护效力之间的脱节。尽管所有选定的mAbs在体外都表现出卓越的杀菌能力，但后续的功能学实验揭示了它们的分化。只有靶向KL64荚膜的抗体（如08O09）表现出多功能性：它们不仅能高效介导补体依赖的杀菌作用，还能显著增强巨噬细胞对细菌的吞噬（opsonophagocytosis, OPA），并且能诱导细菌出现 “ 链式生长 ” 的表型，即抑制细菌分裂后的分离，形成长链结构，这可能使其更容易被宿主免疫机制清除。相反，靶向O-抗原的抗体尽管杀菌力顶尖，却缺乏促吞噬和诱导链式生长的能力。这种功能上的差异直接转化为了天壤之别的体内效果。在小鼠暴发性血流感染模型中，预防性给予KL64特异性抗体08O09能产生强大的剂量依赖性保护作用，显著延长小鼠生存期并大幅降低脾脏细菌负荷（达1.9-3个对数单位），甚至在其治疗后1小时给药也能有效干预疾病进程。而两种最强的O-抗原抗体（05D08和05N02）在体内却完全无法提供任何保护，所有小鼠均迅速死亡，其脾脏菌落数与对照组无异。这一结果强烈表明，对于高度荚膜化的肺炎克雷伯菌，抗体的体内保护效力并非由其直接的、补体介导的杀菌能力单一决定，而是由其多效性功能（尤其是促吞噬作用）所驱动的。

最后，研究的另一项重要成果是证明了先导抗体08O09具有广谱保护潜力。它不仅能对抗其原本的靶标ST147 NDM-1 ，对两个地理分布遥远、遗传背景不同（ST231和ST2096）、但同样携带KL64荚膜的碳青霉烯类耐药临床分离株也提供了坚实的保护。尽管08O09对这两个菌株的直接杀菌活性较弱，但其关键的促吞噬和链式生长功能得以保留，从而在体内实现了高效的清除（脾脏菌落减少高达4.7-5.2个对数单位）和长期生存保护。这预示着08O09有潜力发展成为应对正在全球扩散的KL64阳性耐药克隆的一种新型通用免疫疗法。

总而言之，本研究针对全球蔓延的泛耐药肺炎克雷伯菌ST147型，采用抗原不可知策略成功筛选出高效人源单克隆抗体。研究发现虽然靶向荚膜和O抗原的抗体均具皮摩尔级体外杀菌活性，但仅KL64荚膜特异性抗体能在暴发性感染模型中提供有效保护，其作用机制与增强巨噬细胞吞噬及诱导细菌链式生长密切相关。该研究不仅首次报道了对泛耐药菌具有保护效力的抗体，更为抗耐药菌治疗提供了新的策略平台。

https://doi.org/10.1038/s41586-025-09391-3

制版人： 十一

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