快速检测SARS-CoV-2变异毒株中和抗体的研究

SARS-CoV-2导至的2019年冠状病毒病（COVID-19），已导至严重的健康危机，在全球范围内造成巨大的死亡率和社会经济后果。SARS-CoV-2是一种单链RNA病毒，具有四种结构蛋白：核衣壳、膜、包膜和棘突。由S1和S2结构域组成的S蛋白暴露在SARS-CoV-2的病毒外壳上，在病毒附着、融合、进入和传播中起重要作用。具体而言，S1的受体结合域（RBD）与SARS-CoV-2的细胞受体血管紧张素转化酶-2（ACE2）结合，后者介导病毒进入细胞。S蛋白的功能至关重要，它是CVID-19疫苗的基础，也是抗体治疗的靶点。

SARS-CoV-2抗体的检测分析是在评估自然或疫苗诱导的体液反应上以及在人群水平上进行流行病学监测的重要工具。检测中和抗体（nAbs）的主要方法是微中和试验或斑块减少中和试验，它们通过监测细胞中SARS-CoV-2进入/复制来评价中和抗体的作用。然而，这些分析是劳动密集型的，成本高昂，并且需要在生物安全3级设施中进行。另外一些检测方法使用vesicular stomatitis viru和带有SARS-CoV-2 S蛋白的假型慢病毒进行中和试验。这些分析可在生物安全2级设施中进行；然而，它们仍然需要活细胞和>24小时来进行检测。

近日，杜克大学的研究团队在Science Advances上发表了一篇题为“Rapid test to assess the escape of SARS-CoV-2 variants of concern”的文章，在此，他们开发了一种称为CoVariant-SCAN检测方法，用于检测能够阻断血管紧张素转换酶2受体和野生型（WT）SARS-CoV-2和其他三种变体（B.1.1.7、B.1.351和P.1）之间相互作用的中和抗体（nAbs）。使用这种检测方法，研究团队检测了单克隆抗体和来自COVID-19阳性和接种疫苗的个体的血浆的中和/阻断作用。研究团队还证明，这种检测方法可以快速调整平台，以检测针对附加变体-B.1.617.2（δ）的nAbs，而无需重新设计或重新优化分析。CoVariant-SCAN的检测结果与活病毒中和试验一致，并证明这种简便快速的检测方法可用于快速评估nAb针对多种SARS-CoV-2变种的反应。     

图片来源：Science Advances

研究团队设计了一种可以快速检测方法CoVariant-SCAN，可以从一滴血浆中一个小时之内评估nAb阻断病毒RBD变体和人类ACE2之间的病理相互作用的能力。检测方法的原理如下：WT、B.1.1.7、P.1和B.1.351 病毒株的RBD捕获抗原（cAgs）喷墨打印在POEGMA表面上。附近，荧光标记的ACE2喷墨打印在可溶解的海藻糖垫上。当血浆或血清样本加入芯片时，海藻糖垫溶解，从表面释放ACE2，并扩散到整个表面。如果样品不含nAbs，ACE2会与RBD cAgs结合，从而产生高荧光信号。如果样品中含有nAbs，nAbs会阻断ACE2-RBD结合作用，导至较低的荧光信号。nAbs不同程度地干扰RBD-ACE2结合相互作用。这种相互作用的阻断程度越高，表明抗体中和程度越高。

CoVariant-SCAN 检测方法示意图 

图片来源：Science Advances

研究团队使用CoVariant-SCAN评估了28种单克隆抗体对SARS-CoV-2四种病毒株的效力。其中包括20株来自康复期个体的单克隆抗体、6株重组单克隆抗体和2株具有紧急使用授权（EUA）的单克隆抗体：REGN10987（imdevimab）和REGN10933（casirivimab）。

在WT活病毒试验中，20种来自康复期个体的单克隆抗体中有12种具有中和活性。在CoVariant-SCAN中，这12种抗体也以剂量依赖性方式阻断ACE2与WT RBD的结合。CoVariant-SCAN测得的效价与WT活病毒50%抑制浓度（IC50）相比具有良好的一致性，这表明此检测方法能够可靠地评估nAb活性。此外，所有六种重组单抗和两种经EUA批准的单抗均表现出剂量依赖性阻断ACE2与WT RBD的结合。

CoVariant-SCAN评估患者源性、重组和EUA批准的治疗性单克隆抗体的效力。

图片来源：Science Advances

研究团队采集了13名需要入住重症监护病房（ICU）的严重症状患者、18名需要住院但未入住ICU的中度症状患者、18名不需要住院的轻度症状患者的血浆，和28名糖尿病前期健康阴性对照的血浆，并采用CoVariant-SCAN评估了SARS-CoV-2感染者血浆的中和效力。

结果显示所有28个糖尿病前期阴性对照组对每个RBD变异体的ACE2阻断作用都可以忽略不计。在轻度队列中，一些患者出现了针对WT的nAbs; 在住院队列中，患者出现了针对WT以及B.1.1.7的nAbs; 而在ICU队列中，患者针对不同病毒株出现了不同程度不同效力的的nAbs。

CoVariant-SCAN评估SARS-CoV-2感染者血浆的中和效力。

图片来源：Science Advances

研究团队采集了41名接种疫苗人群的血浆，其中18名接受了辉瑞公司的BNT162b2 mRNA疫苗，23名接受了摩德纳公司的mRNA-1273疫苗。

结果显示在接受辉瑞疫苗的个体中，血浆中抗体对每种变异的中和作用存在统计上的显著差异。类似地，在Moderna队列中，血浆中抗体对每个变体的中和作用不同。我们发现辉瑞和摩德纳疫苗对任何特定变异体的ACE2阻断作用没有显著差异，并且两种疫苗都显著中和了测试的所有变异体。

CoVariant-SCAN评估接种疫苗人群血浆的中和效力。

图片来源：Science Advances

最后，为了证明协变扫描的模块化性质，研究团队对该平台进行了调整，以检测nAbs与B.1.617.2（也被称为Delta变体）的作用。研究团队检测了Regeneron治疗性单克隆抗体对Delta变体的效力。结果显示REGN10933、REGN10987和两种单克隆抗体的混合物对B.1.617.2变异体保持活性，这与先前的研究一致。接下来，研究团队又测试了19名新队列患者的血浆，这些患者接受了两剂辉瑞（n=12）、摩德纳（n=4）或单剂强生疫苗（n=3）。结果表明大多数疫苗接种者血浆nAbs具有一定程度的中和/阻断B.1.617.2变体活性。这项研究突出了CoVariant-SCAN的一个关键属性：当新的病毒株出现时，这项检测能够快速地合并新病毒株的RBD蛋白质，而无需重新优化分析。

模块化的CoVariant-SCAN可以快速增加针对新病毒株的mAbs检测

图片来源：Science Advances

随着越来越多的传染性强的SARS-CoV-2毒株在全球传播，迫切需要一种简便快速的测试方法，可以同时对几种病毒毒株进行nAbs检测。为了摆脱对病毒、细胞和2级或3级设施的需求，酶联免疫吸附试验（ELISA）–类型的检测方法被开发出来，模拟病毒-宿主相互作用。具体地说，这些检测方法测量mAb阻断ACE2和纯化RBD之间相互作用的能力。

这种检测方法还可以快速调整平台，以检测针对附加变体-B.1.617.2（δ）的nAbs，而无需重新设计或重新优化分析。CoVariant-SCAN的检测结果与活病毒中和试验一致，并证明这种简便快速的检测方法可用于快速评估nAb针对多种SARS-CoV-2变种的反应。

此检测方法有助于研究RBD突变对中和的影响，识别即使接种疫苗后仍可能易受再感染或突破性感染的个体，并确定可能受益于单克隆抗体疗法的冠状病毒感染患者。