Cell | 小动物肺部雾化给药大放异彩——能雾化吸入并广泛中和SARS-CoV-2活性的双特异性单域抗体

众所周知，由于病毒变异毒株的出现和抗体循环扩散到呼吸道病毒感染部位的局限性限制了目前SARS-CoV-2疫苗和治疗性抗体的有效性。

2022年3月10日，复旦大学基础医学院、上海市重大传染病和生物安全研究院应天雷与复旦大学生物医学研究院孙蕾、复旦大学基础医学院吴艳玲等团队合作在《Cell》杂志上发表了一篇题为Broad neutralization of SARS-CoV-2 variants by an inhalable bispecific single-domain antibody的文章。

该文章鉴定出两个广泛中和抗体识别的Omicron变体RBD上的高度保守区域。同时，作者团队设计了一种双特异性抗体，该抗体能够同时协同地结合单个Omicron变体RBD上的这两个区域。动物实验证明这种双特异性抗体可以通过吸入给药有效地输送到肺部，并在 SARS-CoV-2 感染的小鼠模型中表现出出色的中和广度和治疗效果。重要的是，这项研究还破译了S三聚体界面内一个罕见且高度保守的隐匿表位，这可能对设计具有广泛保护性的SARS-CoV-2疫苗和治疗药物有指导意义。

Graphical abstract

在这篇文章中，作者团队设计了一种双特异性抗体，而且可以通过吸入式有效地输送到肺部，并在 SARS-CoV-2 感染的小鼠模型中表现出优异的疗效。

首先研究团队是发现Omicron病毒对于靶向其头部RBM的抗体逃逸最严重。进一步发现Omicron的RBD虽然发生不少突变，但还是有两个区域未发生明显的免疫逃逸，一个是其朝向外侧的侧面区的一部分，另一个隐藏在三聚体内部。然后他们团队将分别针对以上两个保守区域的两株全人源纳米抗体（n3113v和n3130v）通过适当长度的linker串联，获得了小体积双特异性全人源纳米抗体（bn03），这个双特异性抗体能强效结合和中和所有的流行突变株。

Figure 2. The design of bispecific single-domain antibody bn03

机制方面：研究人员利用低温冷冻电镜解析发现一个三聚体S蛋白可同时结合3个bn03双抗。另外，3130v的结合能让侧面表位更多暴露出来，使得n3113v也能更好的结合RBD。更重要的是，n3130v的表位隐藏在三聚体内部，所有的结合位点在新冠病毒高频突变株中均没有突变，是目前发现的最广谱的表位。

根据以往文献，纳米抗体由于尺寸小、稳定性高等特性，可以通过吸入的方式用于治疗肺部疾病。所以接下来，作者探索了能否通过吸入式递送单域抗体。首先他们为了体内成像，将单域抗体n3113v与荧光DyLight 800偶联。通过雾化吸入INH或腹腔注射IP传递给BALB/c小鼠n3113v(图5A)。雾化吸入使用的是文献报道过的肺部雾化给药装置（Yuyanbio），能将试剂以细雾状喷雾的形式定量和均匀地给药到小鼠肺部。小鼠在不同时间点的生物成像显示，INH能有效地将单域抗体递送到胸腔，而IP组，抗体大部分滞留在腹腔内(图5B)。

Figure 5. Effective delivery of single-domain antibody to lung via inhalation

最后他们发现全人源纳米双抗bn03可以有效的通过雾化方式给药，雾化后不影响双抗的活性，也不会造成双抗的降解或者聚集。在新冠病毒感染的hACE2人源化小鼠的轻症和重症模型中，雾化吸入双抗都显著降低小鼠肺部的病毒滴度并改善了肺部病理状态。

Figure 6. Inhalation of single-domain antibody exhibits effective therapeutic effects

Figure 7. Inhalation of bn03 effectively treats SARS-CoV-2 infection in mice

本文的研究表明单域抗体可以通过吸入途径有效地输送到肺部，并有效地治疗肺部疾病。来源于全人类序列的单域抗体与骆驼衍生纳米体相比，可能具有更好的安全性和临床疗效。双特异性单域抗体bn03能够在SARS-CoV-2 Omicron变体的单个RBD上同时协同结合两个不同的表位。其小分子尺寸（27 kDa）不仅具有可吸入性，而且使bn03能够深入刺突蛋白的三聚体界面，以靶向高度保守的隐蔽表位。本文的发现不仅为新冠的治疗提供了可能，而且为可吸入型纳米抗体的开发提供了指导意义。

上述研究团队所发表的文章主要研究将抗体通过雾化吸入途径的有效地输送到肺部这一过程中，使用了玉研仪器公司的肺部气溶胶雾化给药装置。