北京
HIV-1的包膜糖蛋白Env是病毒入侵宿主细胞的关键分子，也是抗体作用的核心靶点。Env存在两种关键构象：未结合受体的闭合构象，以及结合CD4受体后发生重排产生的开放构象。在闭合构象状态下，V3环被V1、V2结构域包裹遮蔽；当Env结合CD4发生构象打开，V3环充分暴露，负责结合CCR5/CXCR4共受体，完成病毒侵染关键步骤。不同构象的Env会被不同类型抗体识别：广谱中和抗体主要靶向闭合构象Env；而开放构象暴露的V3环，更多被非中和或者弱中和抗体识别。
在众多抗V3抗体中，19b单克隆抗体是实验室里的“明星工具抗体”。该抗体分离自HIV-1感染者，仅识别Env开放构象，被广泛用于检测Env是否发生构象开放的探针，可识别HIV-1A/B/C/E/F多种亚型，但是中和活性有限，仅对少数Tier1毒株有效。尽管应用十分广泛，但19b抗原识别的原子细节始终未知：它如何识别V3环？为什么可以跨亚型结合，中和活性却又很弱？肽段结合能力为何不能直接等同于病毒中和效果？这些问题一直没有得到结构层面的解答。
为解开上述谜题，来自杜克大学的研究团队解析了无配体状态19bFab，以及4种不同B亚型毒株V3肽段的复合物晶体结构，结合SPR表面等离子共振、差示扫描荧光（DSF）以及AI结构预测对比，从原子层面解析19b的作用机制，相关成果已发表在Journal of Virology杂志，题为“Structural determination of the HIV‑1 Variable Region 3 epitope of antibody 19b”。
HIV-1 的V3环顶端冠状区分为三个部分：arch（保守GPGR/Q共受体结合基序）、circlet、band。目前已知抗V3抗体存在两种典型结合模式：勺子模式（ladle，V3L）：抗体直接结合arch区GPGR/Q核心基序；摇篮模式（cradle，V3C）：主要结合circlet、band侧翼区域，与arch相互作用微弱。该研究通过高分辨率晶体研究证实，19b属于摇篮模式抗体。19b重链与轻链的多个CDR环（CDR-H1、CDR-H3、CDR-L2、CDR-L3）共同参与抗原结合。轻链表面呈强电负性，与带正电的V3环形成静电互补。V3环Phe317是整个相互作用的核心残基，其芳香侧链插入由抗体轻重链残基共同搭建的疏水口袋。这个口袋具备很强可塑性，除苯丙氨酸外，还可接纳异亮氨酸、亮氨酸、缬氨酸、酪氨酸等多种残基，这正是19b能够耐受V3序列变异、实现跨亚型识别的关键结构基础。Band区域依靠氢键、盐桥和抗体发生作用，进一步稳固抗原-抗体复合物。同时，研究人员利用表面等离子体共振（SPR）结合实验发现，体外V3肽与19b结合很强，却无法中和完整的HIV-1，主要是因为HIV-1，病毒颗粒上的Env蛋白绝大多数维持在闭合构象，V3表位被V1、V2完全屏蔽，抗体无法接触抗原。只有Env发生CD4诱导构象开放，V3表位才会暴露。
该研究工作补齐了工具抗体19b的结构短板，填补领域空白，在原子水平阐明科研常用探针抗体19b的表位和结合模式，完善V3靶向抗体的结构认知，揭示了19b交叉识别不同 HIV毒株V3环的结构原理，并阐明了肽亲和力和病毒中和活性脱耦的结构原因，为后续开发靶向HIV毒株V3表位的抗体，设计新型检测和治疗HIV感染的靶向治疗药物提供结构基础。
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