PNAS | 王奇慧、高福研究团队揭示SARS-CoV-2 NTD抗体免疫逃逸新机制

新冠病毒（SARS-CoV-2）的持续进化使病毒表面刺突蛋白（Spike，S蛋白）的抗原特征不断发生变化，也给疫苗和抗体药物研发带来了新的挑战。长期以来，研究人员重点关注S蛋白受体结合域（RBD）介导的免疫识别与逃逸机制，而位于S蛋白N端的N-terminal domain（NTD）虽然同样是重要的抗体靶点，却因其高度柔性和复杂的抗原结构，其抗体识别模式、保护作用以及病毒逃逸机制仍未被完全解析。近期，一项发表于《美国科学院院刊》（PNAS）的研究系统解析了SARS-CoV-2原型株及多个Omicron亚变异株中NTD抗体的识别特征和免疫逃逸规律，建立了更加完整的NTD抗原图谱，为理解病毒抗原漂移和开发新一代抗体及疫苗策略提供了重要结构基础。

NTD位于S蛋白表面，是病毒暴露于宿主免疫系统的重要区域之一。随着病毒持续传播，Omicron系列变异株在S蛋白尤其是NTD区域积累了大量突变，使部分原本具有中和活性的抗体逐渐失效。然而，过去对于NTD抗体的分类体系较为分散，不同研究采用的分组方式缺乏统一标准，同时抗体结合位置、功能机制以及变异株逃逸之间的联系仍不清晰。针对这一问题，研究团队通过抗体竞争实验结合结构解析，对NTD抗体进行了系统性重新分类，最终建立了包含NTD-1至NTD-9共九类空间上相互区分的抗原表位体系，其中还发现并定义了一类此前未被充分解析的隐蔽表位NTD-8。

在结构研究方面，研究人员利用X射线晶体学和冷冻电镜技术解析了多个代表性NTD抗体复合物结构，包括NTD与C1624、BLN8等抗体形成的复合物，以及多个抗体共同结合NTD区域的高阶复合结构。这些结构揭示了九类NTD抗体在S蛋白表面的精确分布，并进一步完善了NTD抗原空间地图。例如，研究发现BLN8识别位于NTD与RBD连接区域附近的隐蔽表位，而该区域在完整S蛋白三聚体结构中受到邻近RBD和SD1区域影响，说明部分抗体能够识别传统结构状态下难以暴露的抗原区域。

除了建立抗原分类体系，该研究进一步揭示了部分NTD抗体发挥中和作用的新机制。研究发现，NTD-5和NTD-9类别中的代表性抗体并不是通过直接阻断ACE2与RBD结合发挥作用，而是通过诱导S蛋白亚基S1脱落（S1 shedding），破坏病毒进入细胞所需的结构稳定性，从而实现病毒中和。这一发现扩展了此前主要在纳米抗体中观察到的S1脱落机制，证明部分人源NTD抗体同样能够通过调控刺突蛋白构象变化发挥抗病毒作用。与此同时，研究还发现多数NTD抗体依赖抗体二价结合模式维持较强活性，但部分NTD-3、NTD-5和NTD-9抗体即使在单价Fab形式下仍保持一定中和能力，提示抗体结合角度和空间构型对于功能发挥具有重要影响。

为了系统揭示病毒如何逃避免疫识别，研究团队进一步分析了41种代表性NTD抗体针对原始株、Delta以及17种Omicron亚变异株的结合和中和能力，构建了精细化的NTD抗体逃逸图谱。研究发现，不同NTD表位面临的进化压力并不相同，其中NTD-1、NTD-2、NTD-3和NTD-4区域突变较为集中，而NTD-5、NTD-6、NTD-8和NTD-9部分区域相对保守。通过系统比较不同变异株，研究人员发现病毒主要通过三种方式实现抗体逃逸：改变抗体直接接触位点、增加糖基化形成空间屏蔽，以及改变局部蛋白构象影响抗体结合。

进一步的结构机制研究揭示了多个典型免疫逃逸案例。例如，XBB变异株通过Q183E突变破坏NTD-3抗体C1520与抗原之间的关键相互作用，降低抗体结合能力；BA.2.86则通过H245N突变引入新的N连接糖基化位点，在抗体识别区域形成糖链屏障，从而削弱中和作用。研究还重点解析了KP.3.1.1亚变异株的逃逸机制，发现其S31缺失突变可诱导N30形成新的糖基化位点，同时导致S27-R34区域发生明显构象重塑，使NTD-5抗体C1717以及NTD-9抗体的结合受到影响，实现对多个抗体类别的联合逃逸。这些结果说明，病毒免疫逃逸并非单纯依赖单个关键位点突变，而可能通过改变局部结构环境和抗原呈递方式实现更复杂的适应过程。

总体而言，该研究建立了目前较为系统的SARS-CoV-2 NTD抗体结构与功能框架，将抗体表位定位、病毒变异规律以及分子逃逸机制进行了整合分析。研究成果不仅深化了对Omicron持续进化过程中免疫逃逸模式的认识，也为设计能够抵抗抗原漂移的新型疫苗免疫原和抗体药物提供了理论依据。未来，结合结构生物学、人工智能蛋白设计以及广谱抗体筛选策略，有望进一步开发针对保守NTD区域或能够克服病毒构象变化的新型抗病毒干预手段。

参考文献：Zhou J, Li W, Wang X, Sun J, Guo S, Rong X, Tong Z, Dai L, Liu WJ, Qi J, Gao GF, Wang Q. A structural and mechanistic atlas of NTD antibody neutralization and immune escape across SARS-CoV-2 prototype and its (sub-)variants. Proc Natl Acad Sci U S A. 2026 Aug 11;123(32):e2535385123.

doi: 10.1073/pnas.2535385123.

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