【前沿进展】Cell Reports：张林琦/向烨/张复春团队揭示寨卡病毒人源单克隆抗体结构和中和作用机

2019年3月19日，清华大学医学院张林琦、向烨两个课题组与广州市第八人民医院张复春科研团队合作，在国际期刊Cell Reports在线发表了题为Structural basis for neutralization and protection by a Zika virus specific human antibody的研究论文。该研究综合运用X-射线晶体学与冷冻电镜三维重构技术，解析了高效和保护性抗体ZK2B10与寨卡病毒E蛋白复合物的晶体结构和与成熟寨卡病毒颗粒复合物的电镜结构，为深入探索ZK2B10的中和和保护机制提供了关键的结构基础。

寨卡病毒是以埃及伊蚊等为媒介传播的黄热病毒，也可通过血液、母婴和性接触传播。从2013年起，寨卡病毒疫情以加勒比海地区和美洲大陆为中心，不断蔓延，至今已波及全球70多个国家和地区，预计每年感染人数超过200万。鉴于寨卡病毒与新生儿小头畸形症、格林-巴利综合症等严重神经系统疾病密切关联，此次寨卡疫情被世界卫生组织宣布为“国际关注的突发公共卫生事件”。截至目前，临床上仍没有针对寨卡病毒的特异性治疗药物和预防性疫苗正式上市。

2016年初，正值寨卡病毒在美洲及加勒比海地区爆发时期，清华大学医学院张林琦教授带领的科研团队就在国内率先开展了针对寨卡病毒的抗体研究工作。通过与广州市第八人民医院张复春科研团队通力合作，从寨卡病毒自然感染者体内成功分离出以ZK2B10为代表的，一系列具高中和能力的抗寨卡病毒人源单克隆抗体；随后，该团队通过与中国科学院遗传与发育生物学研究所许执恒教授合作，利用感染寨卡活病毒的胎鼠小头症动物模型及免疫缺陷成年鼠模型，首次阐述抗寨卡病毒单克隆抗体的体内保护作用与体外中和活性的正相关性，其中最为高效的人源单克隆抗体ZK2B10可有效保护胎鼠免于寨卡病毒感染及小头症的相关症状。

在这项研究中，研究人员合作解析了ZK2B10与寨卡病毒E蛋白复合物的晶体结构和与成熟寨卡病毒颗粒复合物的电镜结构，探索了中和和保护机制。研究发现，ZK2B10识别的表位位于E蛋白第三结构域的侧脊（the lateralridge of DIII）；相较已知的黄病毒同类中和抗体，ZK2B10结合抗原的角度独特，作用面积精小，不仅能够结合三次轴和二次轴附近而且能够结合五次轴顶点处的第三结构域，展示其结合乃至中和寨卡病毒的独到特点。

图：人源单克隆中和抗体ZK2B10的结构和中和机制

此外，通过结构和功能的综合分析，初步阐明了ZK2B10的高效中和机制。清华与广州八院研究团队正在全力推进单克隆抗体的生产和工艺开发，为研发高效抗寨卡病毒预防和治疗抗体药物，有效阻断寨卡病毒在我国和世界的传播做出积极努力。

据悉，此项工作由清华大学医学院张林琦与向烨的研究团队合作完成。清华大学医学院博士生汪林和王若珂为本文的并列第一作者，技术员王雷对冷冻电镜非对称重构提供了协助，清华大学医学院张林琦教授与向烨教授为共同通讯作者。

Highlights

A potent and protective human ZIKV-specificantibody was characterized

Crystal structure defined the epitope at aresolution of 2.32

Cryo-EM analyses revealed the unique coverage onthe mature virion

The antibody interferes with postattachment stepsof ZIKV infection

Summary

We previously reported a human monoclonal antibody, ZK2B10, capable of protection against Zika virus (ZIKV) infection andmicrocephaly in developing mouse embryos. Here, we report the structural features and mechanism of action of ZK2B10. The crystal structure at are solution of 2.32 revealed that the epitope is located on the lateral ridge of DIII of the envelope glycoprotein. Cryo-EM structure with mature ZIKV showed that the antibody binds to DIIIs around the icosahedral 2-fold, 3-fold, and5-fold axes, a distinct feature compared to those reported for DIII-specific antibodies. The binding of ZK2B10 to ZIKV has no detectable effect on viral attachment to target cells or on conformational changes of the E glycoproteinin the acidic environment, suggesting that ZK2B10 functions at steps between the formation of the fusion intermediate and membrane fusion. These results provide structural and mechanistic insights into how ZK2B10 mediates protection against ZIKV infection.

1.Lin Wang, Ruoke Wang, Lei Wang, Haijing Ben, Lei Yu,Fei Gao, Xuanling Shi, Chibiao Yin, Fuchun Zhang, Ye Xiang, Linqi Zhang. Structural Basis for Neutralization and Protection by a Zika Virus-Specific Human Antibody. Cell Rep. 2019, 26(12): P3360-3368.e5, March 19, 2019

DOI:https://doi.org/10.1016/j.celrep.2019.02.062

2.清华大学医学院：清华大学医学院合作揭示寨卡病毒人源单克隆抗体结构和中和作用机制

http://www.tsinghua.edu.cn/publish/thunews/10303/2019/20190320092401085407147/20190320092401085407147_.html

本期编辑：Annabella