Nature丨高效广谱抗体MARV16有望终结马尔堡病毒威胁

撰文丨易

马尔堡病毒与埃博拉病毒同属丝状病毒科，能引发致命性极高的出血热，病死率可达88%，对公共卫生构成严重威胁。近年来，非洲地区马尔堡病毒疫情频发，但与之形成鲜明对比的是，目前尚无任何针对该病毒的疫苗或特效药获得正式批准。尽管针对埃博拉病毒的有效疫苗和抗体疗法已成功研发，为丝状病毒防控提供了概念验证，但马尔堡病毒的防治手段仍存在巨大空白。病毒表面的糖蛋白（GP）是中和抗体和疫苗开发的主要靶点，因为它介导病毒进入宿主细胞。然而，与埃博拉病毒GP的研究进展相比，马尔堡病毒GP的预融合构象稳定性较差，这限制了其作为免疫原的效果，也导致目前研发中的疫苗难以诱导出强效的中和抗体反应。此外，此前从幸存者体内分离出的靶向GP受体结合区（RBS）的中和抗体，其中和活性普遍较弱，且病毒单个氨基酸突变即可轻易逃逸其抑制作用。

近日，美国华盛顿大学David Veesler和Fabio Benigni在Nature期刊上发表题为Potent neutralization of Marburg virus by a vaccine-elicited antibody的研究论文，通过设计突变成功获得了稳定的马尔堡病毒预融合糖蛋白三聚体，并利用其筛选出一种全人源单克隆抗体MARV16；该抗体通过独特的中和机制展现出卓越的广谱抗病毒活性，且能够与现有抗体组成高耐药屏障的联合疗法，为马尔堡病毒的防治提供了突破性方案。

研究团队 首先对马尔堡病毒GP胞外区结构进行了理性设计，去除了非中和抗体靶向的黏液样区域，并引入了已知能促进蛋白正确折叠的突变。为了进一步提升GP的稳定性和免疫原性，借鉴了对埃博拉病毒等同类蛋白的研究经验，利用计算蛋白质设计工具ProteinMPNN，在GP2区域的HR1C环区进行突变筛选，最终鉴定出T582P和F583V这两个能显著提高蛋白表达量、热稳定性和免疫原性的关键点突变。随后，利用这种优化后的稳定GP三聚体（MARV GPΔMuc PV ）免疫携带人类抗体基因的转基因小鼠，以模拟人类免疫反应。通过荧光激活细胞分选技术分离出抗原特异性的记忆B细胞，并利用逆转录PCR克隆其抗体基因，从而获得了一系列全人源单克隆抗体。对这些抗体进行功能性筛选后，鉴定出一个名为MARV16的高效中和抗体，其表现出前所未有的强效和广谱中和能力。

定量分析显示，MARV16对疫苗匹配的马尔堡病毒假病毒的中和活性（IC50为36.4 ng/mL）比之前最先进的抗体（如MR78和MR191）强40到100倍。更重要的是，在更具临床相关性的真病毒实验中，MARV16实现了显著的中和（PRNT50为2.2 µg/mL），而MR78和MR191在检测上限（>100 µg/mL）时仍未表现出任何中和活性，这确立了MARV16的 “ 同类最佳 ” 地位。其中和广度同样令人印象深刻，MARV16能有效对抗所有七种经过测试的历史和当代马尔堡病毒变异株，以及亲缘关系密切的RAVV和DEHV，但对更远缘的埃博拉病毒等无效，这提示其特异性靶向马尔堡病毒属的保守位点。

为了在原子水平上理解MARV16如此高效的原因，研究 团队 通过高分辨率（2.6 Å）冷冻电镜解析了抗体-病毒蛋白复合物的结构。结构生物学分析揭示，MARV16并非像此前大多数抗体那样靶向GP上的单个线性片段，而是识别一个由GP1和GP2亚基上的部分共同组成的、依赖于蛋白三维空间构象的 “ 四级表位 ” 。该抗体通过其重链和轻链上的互补决定区与病毒蛋白形成了广泛的相互作用网络，包括氢键、盐桥和范德华力，这解释了其皮摩尔级别的超高亲和力。尤为关键的是，MARV16的结合表位正好位于病毒蛋白发生融合构象变化的要害区域。结构比对表明，MARV16的作用机制类似于一把 “ 分子锁 ” ，其结合同时实现了两种功能：一是通过空间位阻效应，物理性阻断病毒糖蛋白与宿主细胞受体NPC1的结合；二是像 “ 订书钉 ” 一样，将GP1和GP2牢牢固定在预融合状态，从而阻止了病毒进入细胞所必需的、不可逆的融合构象变化。这种双管齐下的机制是其强大中和能力的结构基础。

此外，电镜结构首次清晰展示了马尔堡病毒GP“糖帽”区域的结构，发现其通过β链增强和苯丙氨酸（F212）插入RBS的方式部分屏蔽受体结合位点，这种结构与埃博拉病毒GP惊人地相似，修正了此前认为马尔堡病毒糖帽无序、RBS完全暴露的假设。这解释了为何RBS抗体能中和马尔堡病毒却不能中和埃博拉病毒 —— 后者的糖帽结合更紧、更不易被位移。研究还证明，MARV16的表位与MR78/MR191的RBS表位完全不重叠，两者可同时结合在一个GP三聚体上，这为开发抗体鸡尾酒疗法奠定了理论基础。病毒逃逸实验强有力地验证了这种策略的优势：病毒在MARV16单药压力下，仅需一个突变（如GP2上的A514T或K550E）即可逃逸；而当MARV16与一种RBS抗体（MR78或MR191）联合使用时，病毒必须同时获得两个或三个位于不同表位上的突变才能存活，极大地提高了遗传屏障，降低了临床耐药风险。最后，体内实验证实，即使在豚模型感染马尔堡病毒后4天再注射MARV16，仍能挽救60%的动物，显著降低病毒载量并缓解疾病症状，证明了其作为暴露后治疗药物的巨大潜力。这些结果共同表明，MARV16是一个极具开发前景的候选疗法，为应对马尔堡病毒这一重大威胁提供了强有力的新武器。

综上所述，本研究成功开发出了一种高度稳定的马尔堡病毒预融合糖蛋白（GP）三聚体免疫原。基于此，鉴定到一种名为MARV16的全人源单克隆抗体，该抗体展现出卓越的广谱中和活性，其效力远超以往已知抗体。MARV16通过独特的“双锁”机制，既能阻断病毒与宿主受体的结合，又能将其锁定在无法融合的预融合状态，从而高效中和病毒。更重要的是，MARV16可与靶向不同表位的抗体联用，形成高耐药屏障的鸡尾酒疗法，为应对马尔堡病毒这一重大威胁提供了强大的预防与治疗新策略。

https://doi.org/10.1038/s41586-025-09868-1

制版人： 十一

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