Recent advances in therapeutic applications of neutralizing antibodies for vi...

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抗体中和病毒的模式

中和病毒是抗体预防病毒感染的过程。被包裹的病毒通过附着在宿主细胞表面受体进入宿主细胞。病毒(包膜/非包膜)与宿主细胞膜的融合需要病毒蛋白的特殊构象变化，这种变化可以由内含体的低pH引发。该表显示了糖蛋白包膜病毒尖峰上的表位、进入宿主细胞所需的结合域以及病毒与宿主细胞融合所需的融合结合域。所有这些都可以成为抗体中和病毒的良好靶点。抗体通过可变区或恒定区选择性地与靶抗原上的特定表位结合(表1)。治疗性抗病毒抗体中和病毒的机制多种多样。抗体在病毒入口点或结合后阶段中和病毒。

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抑制病毒进入宿主细胞

在这个阶段，病毒通过两种方式被中和。抗体可变区与病毒糖蛋白被膜上的表位结合(图2A)，或者抗体通过Fab区与宿主外膜上的FcγRs受体或辅助受体结合(图2B)。近年来，多抗原区与治疗性抗体结合的研究进展提高了抗体的中和效力。

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对抗体-病毒复合体的结合后抑制作用
病毒的结合后抑制有三种形式。在一些病毒中，抗体与病毒包膜上的非结合区的结合抑制了膜融合所需的构象变化，如图2C所示。在需要内体低pH的病毒的情况下，构象变化才能触发病毒膜融合，抗体与病毒的结合抑制了膜融合所需的构象变化(图2D)。此外，抗体可以通过检测病毒粒子来抑制病毒的产生，以免将其遗传物质与宿主细胞的遗传物质结合在一起。所有这些机制可能不会在一种病毒类型上发生，取决于病毒的糖蛋白结构。也许抗病毒抗体的显著中和作用主要是通过阻止病毒进入宿主来实现的。在某些情况下，病毒倾向于逃避中和抗体反应。然而，单克隆抗体的Fc片段可以与免疫细胞结合，以执行进一步的中和活动，如清除循环病毒，激活感染细胞的细胞毒杀或吞噬作用，甚至在体内诱导宿主免疫反应(图3)这些进一步的活动是通过抗体依赖的细胞吞噬作用(ADCP)和抗体依赖的细胞细胞毒作用(ADCC)发生的。它包括抗体的Fc(片段结晶域)与其存在于免疫细胞表面的Fcγ受体(FcγR)的相互作用。对单克隆抗病毒抗体的功能和分子特性的研究给出了识别表位和靶抗原是发展人类疫苗和新型免疫治疗的基本策略。

图3通过抗体Fc片段的抗病毒机制。抗体的Fc片段与免疫细胞结合以执行中和活性。(A)补体与抗体结合可激活补体介导的病毒裂解和吞噬作用。(B)抗体通过抗体依赖的细胞吞噬作用(ADCP)与吞噬细胞(Fcγr)结合，使被感染细胞调理。(C)抗体通过抗体依赖的细胞毒作用(ADCC)与自然杀伤(NK)细胞结合，溶解感染细胞。

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中和抗病毒抗体的协同效应

目前，还没有被认可的组合抗病毒抗体来预防或控制人类的许多病毒感染。相反，对于正在试验的各种病毒感染，有几种有前景的联合疗法(表2)。多种抗体工程技术可以提高治疗性抗体的效力。其中一些技术包括两个或多个mAb的结合，抗病毒药物和mAb之间的协同作用，以及基于载体的抗体传递。


单抗组合比单抗具有更高的中和活性。对乙肝病毒和呼吸道合胞病毒的研究表明，mAb鸡尾酒(两种或两种以上mAb的组合)具有中和潜力。抗病毒药物与单抗的协同作用使研究人员能够探索某些病毒(如流感)的治疗模式和给药途径。就像在CHIKV病毒的情况下，使用CTLA4-Ig和抗病毒抗体疗法的组合可以控制严重的CHIKV疾病和关节炎，可能是在人类身上进行测试的一个很好的候选方案。

基于载体的抗体分子编码基因传递是提高中和活性的另一个协同效应。当腺相关病毒载体与三种bNAb(AR4A、AR3A和AR3B)联合治疗时，转基因小鼠获得了对丙型肝炎病毒感染的完全保护。药物可以通过化学稳定的连接物或直接的化学键与抗体偶联。免疫学和药理学原理决定了抗体偶联抗病毒药物的有效输送。抗体应该对靶部位具有高度的特异性，并且足够数量的药物分子应该到达靶部位以发挥其药理作用。无论偶联方式如何，药体复合体要么通过被动扩散，要么通过某种主动转运机制内化。最终，吞噬细胞囊泡内含的复合体被溶酶体酶消化，将药理活性药物从抗体中分离出来。第二种细胞递送机制是药物在特定靶细胞表面的细胞外释放。

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中和抗病毒抗体的临床应用

抗逆转录病毒疗法(ART)主要用于治疗和预防病毒感染。然而，不连续使用ART会导致患者病毒血症反弹，从而使使用ART成为终生治疗。目前，研究表明，使用抗病毒抗体是替代抗逆转录病毒疗法的最佳选择，因为它们具有清除循环病毒和增强免疫系统以防止病毒感染的能力。与用于治疗癌症和自身免疫性疾病的抗体不同，Palivizumab是唯一被批准用于治疗呼吸道合胞病毒的抗病毒抗体。NAB对基孔肯雅病毒、麻疹病毒和脊髓灰质炎病毒等急性病毒感染表现出很强的反应，因为没有证据表明病毒逃脱了抗体反应。而在Infleunza，Ebola，HIV和Lassa病毒等慢性感染中，由于某些病毒株的高度突变，其中发生病毒中和的保守表位的表达仍然不显著。在这里，我们将讨论一些抗病毒抗体的最新进展，以及它们在对抗病毒感染方面的成功应用。

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抗HIV-1的NAbs

1989年，CD4-Fc-Fusion是第一个用于针对HIV的抗体。自使用以来，CD4-Fc融合蛋白的有效性得到了广泛的研究。目前，已经出现了几种成功的治疗方法，它即将商业化，并提高了疗效和安全性。这些令人振奋的结果拓宽并鼓励了疫苗和免疫疗法发展的研究。

由于目前还没有一种有效和安全的HIV-1疫苗问世，因此需要新的进展来避免HIV感染。从HIV感染者身上分离出具有高水平HIV-1中和活性的bNAbs是防止HIV感染的进一步进展。人类免疫缺陷病毒(HIV1)糖蛋白包膜(ENV)是NAB的主要靶点。ENV可以两种形式存在于病毒表面，开放构象或封闭构象，具有多个表位，如V2区、V3区、CD4结合位点、MPER和CD20。某些HIV-1感染者群体会产生一种巨大而有效的HIV-1中和抗体(bNAbs)，当在小鼠或猕猴等其他宿主上使用时，在治疗或预防感染方面会产生出色的效果。此外，由于抗体介导的针对敏感病毒株的选择，许多bNAbs通常不能中和共存的自体病毒。
例如，PGDM1400和CAP256-VRC26.25是V2特异性抗体，它们对HIV-1表现出无可挑剔的中和。此外，BG18抗体(61)针对HIV-1包膜上的非重叠位点(56)和(V3)区显示了很高的中和效应。(56)，(V3)区是BG18抗体(61)的靶点。此外，在临床前研究中，针对CD4结合位点和V3区域的中和抗体已经取得了令人满意的结果，它们显示出很好的保护恒河猴对抗猴-人类免疫缺陷病毒(SIV)的效果。bNAbs对膜近端外区(MPER)的激活表现出很好的中和广度。MPER是1型HIV-1糖蛋白包膜(ENV)中的一个高度保守的区域，它是bNAbs和辅助分子膜融合的天然靶点。此外，当与宿主细胞的Fc-γ受体结合的抗体的Fc结构域在很大程度上有助于阻断病毒入侵、抑制病毒血症、增强体内对宿主细胞的保护时，bNAbs的中和广度就会发生。这些结果揭示了Fc效应器在体内HIV-1bNAbs活性中的关键作用，并为开发更有效的bNAbs提供了策略。大多数新发现的HIV单抗的效力是之前的十倍。PG9、PG16和VRC01bNAbs的效力是以前HIV bNAbs的100倍。在已报道的许多研究中，使用具有广泛而有效的中和HIV[]活性的抗体(如抗CD20单抗、Rituximab)可诱导杀死受感染的细胞，当与潜伏期反转剂联合使用时，可导致表达HIV的细胞池减少，这是有希望的临床结果。

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针对埃博拉病毒(EBOV)的NAB

埃博拉病毒是一种丝状病毒科病毒，由于其高传播性和致病力，它会在人类中引起严重的出血热，并带来巨大的公共卫生问题。自从它被发现以来，它已经感染了来自世界各地的人们，最近在西非的部分地区爆发了疫情。埃博拉病毒目前是非人类灵长类动物和人类最致命的感染源之一。NAB的主要目标是它们的糖蛋白(GP)，而在西非根除这种致命病毒的需要导致了埃博拉疫苗的开发，目前该疫苗正在进行临床试验。疫苗的研制采用了两种方法：
(1)用改良痘苗病毒安卡拉疫苗(MVA-BN-Filo)和重组黑猩猩腺病毒(rChAd/EBOV)联合疫苗诱导免疫系统产生病毒，接种后100%的猕猴对埃博拉病毒感染有保护作用。
(2)使用水泡性口炎病毒表达EBOV gp也能激活抗体的产生。在这里，非人类灵长类动物在接种疫苗后受到保护，免受病毒感染。在目前使用的针对丝状病毒的抗病毒疗法中，NABS似乎显示出作为保护剂的最高疗效。研究表明，三种NAb(1H3、2G4和4G7)联合直接针对食蟹猴的埃博拉病毒GP可以完全存活，没有明显的副作用，甚至可能完全康复。不幸的是，到目前为止，还没有获得许可的疫苗或任何生物疗法可供人类使用。然而，在正在进行的试验中，针对EBOV的单抗表现出极大的支持性关怀。重组水泡性口炎病毒-扎伊尔埃博拉病毒(rVSV-ZEBOV)是一种先进的埃博拉病毒候选疫苗，曾被用于抗击刚果民主共和国埃博拉病毒疾病爆发的支持性护理。ZMapp在2014年西非EBOV疫情期间的一项随机对照试验中被给予参与者，而mAb114是从人类幸存者和成功的靶点分离出来的单克隆抗体(保存埃博拉病毒糖蛋白受体结合域区的表位，这在治疗埃博拉疫情方面显示了令人振奋的结果)。在第一阶段临床研究中，mAb114被发现是安全和耐受性良好的，它已被刚果民主共和国批准用于扩大埃博拉病毒感染患者的准入方案。

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抗严重急性呼吸综合征(SARS) Nabs

严重急性呼吸综合征(SARS)属于冠状病毒科冠状病毒属，RNA基因组呈阳性。这是一种人畜共患病病毒病原体，可引起急性呼吸道感染。SARS的S蛋白是抗体中和的主要靶点，它有N端结构域(NTD)和C端结构域(C-结构域)两个亚基。根据病毒亚型的不同，NTD或C结构域都可以作为受体结合域(RBD)。最近的研究证实，人血管紧张素转换酶2(HACE2)是治疗SARS感染的主要靶受体。80R免疫球蛋白G1(IgG1)是一种抗(SARS-CoV)Spike(S)蛋白的人源单抗，在体外能抑制病毒侵入，在小鼠体内实验显示作为免疫预防药物效果良好。此外，人源单抗组合(CR3014和CR3022)通过靶向(S)蛋白受体结合域上的不同表位，潜在地中和了SARS-CoV。到目前为止，还没有针对人类感染SARS-CoV的许可和批准的治疗方法。最近的研究证实(LCA60mAb)可以抑制与(HACE2)受体的结合，但它具有抗SARS-CoV的潜力。

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抗严重急性呼吸综合征冠状病毒2型(SARS-CoV-2)抗体

严重急性呼吸综合征冠状病毒2型(SARS-CoV2)是冠状病毒科(Coronaviridae)的一种人畜共患病原体，是导致2019年新出现的一种以轻、中度呼吸道症状为主要症状的冠状病毒病(新冠肺炎)。冠状病毒(CoVS)刺突糖蛋白(S)是抗体中和的主要靶点，包括N端结构域(NTD)和C端结构域(C-结构域)两个亚基。根据病毒亚型的不同，NTD和C结构域都可以作为受体结合域(RBD)，MERS-CoV和SARS-CoV亚型病毒的受体分别是人二肽基肽酶4(HDPP4)[]和人血管紧张素转换酶2(HACE2)。最近的研究证实，SARS-CoV2使用与SARS-CoV相同的细胞进入受体--血管紧张素转换酶II(ACE2)，因此S蛋白S1亚单位的RBD含有诱导中和抗体的优势中和表位。此外，中和抗SARS-CoV RBD单抗对SARS-CoV-2有显著的疗效。中和抗体具有潜在的抗S蛋白受体结合区(RBD)的活性，或能与ACE2受体结合的抗体对SARS-CoV-2有很好的治疗效果。中和炎性细胞因子(IL-1、IL-17、IL-6)的单抗对SARS CoV_2有显著的治疗作用。临床试验(ChiCTR2000029765)报道了在中国安徽省21例患者中应用托西珠单抗(Tocilizumab，mAb)后，新冠肺炎症状得到快速控制。新冠肺炎感染已导致全球暴发，发病率和死亡率都很高。虽然在生物医学和制药研究方面的新投资正在开发中，但使用抗病毒药物再利用和其他支持性疗法已经显示出令人振奋的结果。到目前为止，已经批准了针对SARS-CoV-2的有效疫苗或中和抗体。目前，从SARS-CoV-2感染康复患者中分离出的多克隆抗体已被用于治疗SARS-CoV-2感染，但尚无针对SARS-CoV-2的特异性中和单抗的报道。值得注意的是，研究证实CR3022能与SARSCoV-2 RBD高亲和力结合。此外，RBD特异性抗体和S蛋白中其他区域的鸡尾酒可能会进一步提高NABS对SARS-CoV-2及其逃逸突变株的效力。此外，科学家还尝试用康复期患者的人血清来治疗新冠肺炎。最近的研究表明，S蛋白的N末端结构域(NTD)也可能成为抗新冠肺炎的治疗性单抗的靶点。

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抗病毒中和抗体的限制

虽然mAb可能有显著的治疗效果，但其对公众健康的强大影响将通过彻底根除病毒而实现，这可以通过在临床试验中开发能够产生某些中和抗病毒抗体的疫苗来实现。中和抗体(NAB)是控制许多病毒感染和预防的基础。然而，在一些可能导致慢性感染的病毒(如HIV或HCV)的情况下，从重组抗体疫苗中生产广泛的NAB仍然是难以捉摸的。由于科学挑战、临床试验和市场挑战，mAb作为抗感染剂的发展一直被推迟。这些挑战包括病毒变异性和抗原性逃逸，可治疗病毒感染的短缺，重组抗体的生产成本高昂，以及与进入市场的有效抗病毒疫苗的竞争，这些疫苗可能会迅速取代被动注射mAb的需求。
另一个潜在的障碍是病毒疾病的持续时间相对较短，这使得它们不像癌症或慢性炎症性疾病或自身免疫性疾病等需要较长mAb治疗周期的疾病那样具有吸引力。此外，预计抗病毒单抗不仅将被使用，而且将与其他抑制病毒生命周期进入后步骤的药物结合使用。