Nature丨孙晓玉/孙蕾/王延群/谢幼华团队破解冠状病毒超广谱靶点结构，揭示奥密克戎双重逃逸新机制并提出应对策略

COVID-19 大 流行虽 已 逐渐平息 ，但其留下 一个严峻 警示：下一次 冠状病毒来袭 ，世界是否 还会猝不及防 ？面对突发传染病，我们依旧缺乏立即可用的预防或治疗武器。冠状病毒家族庞大、宿主广泛，极易跨越物种屏障侵袭人类；作为 RNA 病毒，它在人群中流行时 还会快 速突变【1】。 正因如此，寻找冠状病毒的“共同弱点”、瞄准那些“变不了”的保守靶点，开发能“防御多种冠状病毒”的广谱药物，一直 是科学家们关注的焦点。

广谱药物的关键在于找出病毒入侵关键蛋白（如刺突蛋白 S pike ）上 的 “ 广谱 命门 ” 。 上海市重大传染病和生物安全研究院孙晓玉团队长期深耕呼吸道病毒感染机制及中和抗体研究。前期 ， 孙晓玉 率先鉴定出冠状病毒超广谱抗原表位 Spike 815-825 （包含 S2’ 切割位点）， 在α、β、γ、δ四大冠状病毒属中均高度保守。同时， 并筛选出靶向该表位的单克隆抗体76E1，能够广谱中和已知的全部七种人类冠状病毒 （ Nature Microbiology ， 2022 ）【2】。 这一超广谱靶点的发现，为广谱抗病毒药物研发奠定了关键理论基石。 此外， 复旦大学生物医学研究院研究员、上海市重大传染病和生物安全研究院兼职 PI孙蕾团队于 2025 年首次解析了新冠病毒 S 蛋白处于“早期融合中间态”构象的结构（）（ Cell ， 2025 ）【3】，研究发现，原本在融合前 Spike 三聚体中被隐藏的 Spike 815-825 表位，会在 病毒入侵细胞、 S 构象转变为中间态 时暴露出来。 这一发现不仅验证了该表位的可及性，也为后续靶向该表位的药物及疫苗设计提供了更精确的分子蓝图。

然而，仍有一系列关键 问 题未解 ： 抗体如何与 Spike 815-825 结合并阻断病毒 入侵 ？令人困惑的是，研究团队发现了一个看似矛盾的现象：尽管该表位在包括奥密克戎在内的所有变异株中氨基酸序列 依然高度保守 ， 但靶向抗体对奥密克戎的中和效力却出现了不同程度的下降。病毒如何在不换 “ 锁芯 ” 的情况下，就让 原本匹配的 “ 钥匙 ” 打了折扣？这些认知盲区成为该靶点走向应用的核心瓶颈。

2026 年 5 月 6 日， 上海市重大传染病和生物安全研究院青年研究员孙晓玉，复旦大学生物医学研究院研究员、上海市重大传染病和生物安全研究院兼职 PI孙蕾，广州医科大学教授王延群及复旦大学基础医学院研究员、上海市重大传染病和生物安全研究院兼职 PI谢幼华合作 在Nature期刊 在线发表 论文： Steric hindrance of antibody binding in an Omicron spike fusion intermediate 。 本研究利用中和抗体76E1“锁定”病毒入侵时Spike蛋白的动态中间态，揭开了新冠病毒入侵瞬间超广谱靶点Spike815-825的“面纱”。研究发现，该抗体 识别 S 蛋白的早期融合中间态结构；在此构象 中， Spike 815-825 包含 S2 ’ 关键位点并 呈现 α- 螺旋（ helix ）结构，研究团队将其命名为 “S2’-helix” 。工作进一步阐明，奥密克戎变异株在不改变该表位氨基酸序列的情况下，通过“空间遮蔽”和“改道入侵”两种全新机制逃逸靶向该表位的抗体。基于此， 针对该表位， 团队提出 “ 抗体小型化 ” 通用设计策略，并经实验确证可显著增强对多种奥密克戎亚变体及其他人冠状病毒的抗病毒活 性，为开发下一代高效、广谱的抗冠状病毒药物指明了新方向。

抗体锁定入侵瞬间： S 蛋白开放型 早期 中间态中的 “S2’-helix 真容 ”

通过流式细胞术，团队发现细胞膜表面的 S 蛋白在结合受体 ACE2 后，会促使 S2’-helix 暴露并增强 76E1 结合，表明 S2’-helix 在 S 蛋白从融合前向融合后构象的变构过程中短暂现身。借助冷冻电镜 技术 ，研究者成功解析了 76E1-Fab 与新冠病毒野生型（ WT ）早期融合中间态 S 蛋白的复合物结构。对比未结合抗体的早期中间态 S 蛋白发现： 未 结合抗体 时 ， Spike 815-825 为无规则 loop 结构，周围 存在空间位阻， 76E1 无法 结合； 而当 76E1 结合时， S1-ACE2 发生 “ 下降 ” 与 “ 外旋 ” ，在 S2’-helix 与 S1-ACE2 之间撑开足够大的 空间 ， 76E1 得以 “ 卡 ” 入。团队将 此 构象定义为 “ 开放型早期融合中间态 ” 。

这清晰地揭示了 76E1 的中和机制 ：它犹如一把精准的 “ 分子锁 ” ，锁死病毒启动膜融合的关键部位 ——S2’ 切割位点。一方面，它与蛋白酶竞争，阻止对 S2’ 位点的切割进而阻断变构；另一方面，抗体的空间占位 效应 能 物理 性地阻碍 S 蛋白从中间态向融合后构象折叠。双管齐下，高效阻断病毒感染。

奥密克戎逃逸新机制：不突变靶点，而是 “ 隐藏 ” 与 “ 绕行 ”

值得注意的是， S2’-helix 的 关键抗原表位氨基酸 在包括奥密克戎在内的整个冠状病毒 家族 中高度保守。然而，奥密克戎突变株却对靶向该表位的 76E1 、 CoV44-62 及 C77G12 等抗体产生了部分逃逸。功能实验揭示了一个有趣现象：将全长抗体（ ~150 kDa ） “ 瘦身 ” 为较小的 Fab 片段（ ~50 kDa ），乃至更袖珍的单链抗体 scFv （ ~27 kDa ）后，这些小体型抗体对奥密克戎的结合与中和效力 显著 提升。这强烈暗示奥密克戎通过微调构象，为抗体结合设置了 “ 物理屏障 ” 。为进一步验证这一 “ 空间位阻增强 ” 机制，团队解析 了 76E1-Fab 与 XBB.1.5 变异株早期融合中间态 S 蛋白的复合物结构 ，并与野生型进行比较 。结果发现， XBB.1.5 的 S2’-helix 发生一定位移，且其 S1-ACE2 “ 下沉 ” 幅度更大，导致 S2’-helix 靶点所处的空间更为 狭小（图1）。这意味着抗体若要结合，需克服更大的空间阻力，面临更高的能量壁垒。 因此，奥密克戎在 S2’-helix 靶点处制造 “ 空间位阻增强 ” ，是导致抗体逃逸的直接原因。

图 1 S2 ’ -helix 处的空间位阻效应影响抗体结合

研究还发现了第二条协同逃逸路径 —— “入侵途径转变”。已知奥密克戎降低了依赖细胞表面蛋白酶 TMPRSS2 的入侵，转而增强了利用组织蛋白酶 CTSL 的内吞体进入途径。这种改变的深层原因及对抗体的影响始终不明。本研究发现，相对于野生型， TMPRSS2 对奥密克戎 S2’ 的切割活性显著降低，而 CTSL 对野生型和奥密克戎 S2’ 均可高效切割，这可能正是奥密克戎 改变 入侵途径的原因。由于奥密克戎 S2’-helix 处对 全长 76E1 抗体存在显著空间位阻，而 CTSL 切割活性不受影响， 提示 76E1 全长抗体抑制 CTSL 切割 S2’ 的效果 可能 变差。实验证实， 76E1 全长抗体能有效抑制 TMPRSS2 对野生型和奥密克戎 S2’ 的切割，但对 CTSL 切割奥密克戎 S2’ 的抑制效果却大打折扣。 因此 ，奥密克戎通过强化对抗体抑制力较弱的内吞体进入路径，巧妙实现了二次逃逸。

研究进一步锁定， S 蛋白上的 H655Y 突变是驱动上述双重逃逸表型的核心 。该突变能远程调控蛋白构象，一方面加剧 S2’-helix 靶点处的空间位阻，另一方面亦是病毒增强依赖内吞体入侵、进而逃逸靶向抗体的关键因素。

普适性应对策略： “ 抗体小型化 ” 强力逆转逃逸

机制的明晰指向了直接的破解策略： 既然奥密克戎用“狭小空间”阻挡全长抗体，并“绕行”至抗体效力不佳的入侵路径，那就将抗体“小型化”。 研究表明， “抗体小型化”策略可同时击破两种逃逸机制 ：小型化的 scFv 能灵巧穿越空间障碍，高效对接靶点；同时，在 CTSL 主导入侵的细胞模型中也展现出强大的病毒中和能力。针对 BA.5 、 XBB.1.5 、 EG.5.1 、 JN.1 等一系列奥密克戎真病毒，以及 SARS-CoV-1 、 HCoV-229E 等其他人类冠状病毒， 76E1-scFv 均表现出远超其全长抗体的中和实力，证明了该策略的高效性与广谱性。

图 2 S2’-helix 抗体中和与奥密克戎逃逸机制模式图

综上所述 ，本研究利用中和抗体“锁定”新冠spike蛋白动态中间态，在病毒入侵瞬间揭开了超广谱靶点S2’-helix的真面目；系统阐明了奥密克戎通过“构象空间位阻”与“入侵途径转变”协同逃逸的机制，并在此基础上提出“抗体小型化”的高效通用策略（图2）。这些发现为下一代超广谱抗病毒药物（如小分子抑制剂、纳米抗体等） 的研发 提供了至关重要的理论 基础 与设计指南。

上海市重大传染病和生物安全研究院青年研究员孙晓玉，复旦大学生物医学研究院研究员、上海市重大传染病和生物安全研究院兼职 PI 孙蕾，广州医科大学教授王延群及复旦大学基础医学院研究员、上海市重大传染病和生物安全研究院兼职 PI 谢幼华 为本论文的共同通讯作者，上海市重大传染病和生物安全研究院博士生包智恒、复旦大学博士生刘治民、及 广州 医科大学博士后张昭勇为本论文的共同第一作者。该研究得到了复旦大学陈振国研究员、上海市重大传染病和生物安全研究院黄忠研究员及广州海关技术中心张璐副主任医师的帮助和支持。

原文链接：https://www.nature.com/articles/s41586-026-10462-2

制版人： 十一

参考文献

1. Ling Z, Yi C, Sun X, Yang Z, Sun B. Broad strategies for neutralizing SARS-CoV-2 and other human coronaviruses with monoclonal antibodies. Science China Life Sciences 2023, 66, 658–678

2. Sun X, Yi C, Zhu Y, Ding L, Xia S, Chen X, Liu M, Gu C, Lu X, Fu Y, Chen S, Zhang T, Zhang Y, Yang Z, Ma L, Gu W, Hu G, Du S, Yan R, Fu W, Yuan S, Qiu C, Zhao C, Zhang X, He Y, Qu A, Zhou X, Li X, Wong G, Deng Q, Zhou Q, Lu H, Ling Z, Ding J, Lu L, Xu J, Xie Y, Sun B. Neutralization mechanism of a human antibody with pan-coronavirus reactivity including SARS-CoV-2. Nature Microbiology 2022, 7(7), 1063–1074

3. Xing LX, Liu ZM, Wang XL, Liu QY, Xu W, Mao QY, Zhang X, Hao AH, Xia S, Liu ZZ, Sun LJ, Zhang GX, Wang Q, Chen ZG, Jiang SB, Sun L, Lu L. Early fusion intermediate of ACE2-using coronavirus spike acting as an antiviral target. Cell 2025 , 188(5), 1297-1314

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