Science Immunology｜天然抗体识别内源性逆转录病毒的新发现

耶鲁大学医学院Akiko Iwasaki团队在Science Immunology上发表题为"A B cell screen against endogenous retroviruses identifies glycan-reactive IgM that recognizes a broad array of enveloped viruses的研究论文。

该研究 通过开发创新性的 抗原诱饵策略 ，首次揭示了 B-1细胞 产生的 天然IgM抗体 如何通过识别病毒糖蛋白上的特定糖基修饰（ 末端N-乙酰氨基葡萄糖, GlcNAc ）来防止ERVs再激活。重要的是，这种抗体不仅能控制ERVs，还能识别包括 冠状病毒、流感病毒和疱疹病毒 在内的多种 包膜病毒 ，展示了一种全新的 先天免疫防御机制 。该发现为开发 广谱抗病毒药物 提供了新的思路。

天然 IgM 通过补体参与抑制内源性逆转录病毒再激活。在缺乏分泌型抗体（sIgM−/−）和补体通路（C3−/−）的小鼠中出现了有传染性的内源性逆转录病毒，表明天然IgM和补体在预防内源性逆转录病毒出现方面起着至关重要的作用。在野生型小鼠的血清中检测到了抗内源性逆转录病毒抗体，包括对重组Env和糖基化Gag有反应的抗体，表明存在对内源性逆转录病毒有反应的天然IgM抗体。 开发了一种抗原诱饵检测法来检测对内源性逆转录病毒有反应的B细胞。在不同的B细胞亚群中，腹膜B-1细胞，尤其是B-1b细胞，对内源性逆转录病毒颗粒表现出最高的反应性。这表明对内源性逆转录病毒有反应的B细胞受体序列主要由腹膜B-1亚群表达。

响应内源性逆转录病毒的B-1细胞进行配对单细胞RNA测序和B细胞受体库测序结果显示，内源性逆转录病毒特异性B细胞受体库主要由种系限制性Igμ序列组成。VH基因IGHV1-53、IGHV3-6、IGHV6-3和IGHV7-3富集，而类别转换抗体很少见。互补决定区3（CDR3）的多样性由非模板核苷酸插入产生，与B-1细胞的特征一致。 单细胞转录组分析确定了六类B-1细胞聚类。对内源性逆转录病毒有反应的细胞主要归类为聚类0、1和3，其中聚类3在内源性逆转录病毒反应性库中的百分比增加。聚类3与抗凋亡和促存活特征相关，表明内源性逆转录病毒特异性B-1细胞具有促进自我更新和存活的独特特征。

作者基于鉴定出的B细胞受体序列生成了重组单克隆抗体。IGHV6-3单克隆抗体强烈与内源性逆转录病毒抗原反应，并识别内源性逆转录病毒Env上的末端N-乙酰葡糖胺。结构域交换抗体表明IGHV6-3的框架对于Env识别至关重要。IGHV6-3单克隆抗体以补体依赖的方式抑制内源性逆转录病毒感染，证明了其在内源性逆转录病毒控制中的作用。 用不同天然传感器的配体刺激腹膜B细胞。TLR7和TLR9激活显著诱导抗Emv2 Env IgM分泌，而TLR2、TLR3、RIG-I激活则没有。体内腹腔注射TLR7和TLR4激动剂也诱导血清抗Emv2 Env IgM。同源抗原接触不足以诱导抗体产生，但不相关的病原体挑战可以诱导。TLR7信号通路对于诱导针对内源性逆转录病毒的天然抗体是必需的。

IGHV6-3单克隆抗体不识别宿主蛋白，但与几种包膜病毒（包括SARS-CoV-1、SARS-CoV-2、甲型流感病毒和HIV）的重组和活病毒颗粒结合。酶处理表明N-连接聚糖上的末端N-乙酰葡糖胺对于识别至关重要。人类种系IGHV3-15单克隆抗体表现出类似的反应性，表明了人类对应天然抗体在病原体识别中的作用。

总之，研究聚焦于内源性逆转录病毒（ERV）相关的免疫机制。揭示了天然抗体在识别和防御 ERV 及包膜病毒感染中的重要天然免疫机制，为相关疾病的免疫研究提供了理论依据和潜在的治疗靶点方向。

Abstract

Endogenous retroviruses (ERVs), comprising a substantial portion of the vertebrate genome, are remnants of ancient genetic invaders. ERVs with near-intact coding potential reactivate in B cell–deficient mice. To study how B cells contribute to host anti-ERV immunity, we used an antigen-baiting strategy to enrich B cells reactive to ERV surface antigens. We identified ERV-reactive B-1 cells expressing germline-encoded natural IgM antibodies in naïve mice, the level of which further increases upon innate immune sensor stimulation. B cell receptor repertoire profiling of ERV-reactive B-1 cells revealed increased usage of the Igh VH gene that gives rise to glycan-specific antibodies targeting terminal N-acetylglucosamine moieties on ERV glycoproteins, which further engage the complement pathway to mediate anti-ERV responses. These same antibodies also recognize glycoproteins of other enveloped viruses but not self-proteins. These results reveal an innate antiviral mechanism of germline-encoded antibodies with broad reactivity to enveloped viruses, which constitutes a natural antibody repertoire capable of preventing the emergence of infectious ERVs