2019 年冠状病毒病 (COVID-19) 大流行对全球健康和经济带来前所未有的影响。除了疫苗开发之外，从恢复期血浆中分离的强效中和抗体已被批准用于紧急治疗用途。骆驼单域抗体/纳米抗体也已成功开发用于病毒中和。在前期工作中，时毅团队通过羊驼免疫和先进的蛋白质组学平台技术，快速鉴定了超过8000个高亲和 RBD（受体结合域） 纳米抗体，包括一系列超强抗病毒纳米抗体。高亲和的纳米抗体水溶性好，稳定性高，可以低成本快速生产。稳定的纳米抗体可以通过气化喷雾用于吸入治疗病毒引起的肺部感染。最近，时毅团队在仓鼠模型中首次证明了可吸入纳米抗体的高效率（匹兹堡吸入纳米抗体-21；Pittsburgh inhalable Nanobody-21/PiN-21）。超低剂量 (0.2 mg/kg) PiN-21 吸入治疗可在 SARS-CoV-2 感染后迅速保护受感染的动物，同时将肺内病毒降低一百万分之一。Pin-21喷雾疗法极大地减少肺部病变，同时预防病毒性肺炎。因此，针对不断进化的病毒，包括“德尔塔”新型冠状病毒突变株的广泛流行，强效喷雾纳米抗体高效，稳定，方便使用。极具治疗和预防的潜力。

冠状病突刺上的 ACE2 受体结合位点 (RBS) 是 COVID-19 患者以及疫苗使用者抗体的主要靶点。RBS 也是新冠病毒非常容易突变的区域。这些突变，包括目前流行的各种变异病毒，通常会增强细胞受体 ACE2结合，降低或者逃避血清中的中和抗体。SARS-COV-2有可能会长期与人类共存。因此，针对不断演变的毒株，我们需要制定稳定，高效，以及广谱的干预措施。

2021年8月3日，美国匹兹堡大学医学院的时毅实验室与张诚实验室以及凯斯西储大学的黄围博士合作在Nature Communications在线发表题为 Potent neutralizing nanobodies resist convergent circulating variants of SARS-CoV-2 by targeting diverse and conserved epitopes 的研究论文。

通过冷冻电镜技术，研究人员分析了8种高效中和纳米抗体与刺突蛋白 或 RBD 结合的复合体结构。他们发现高效中和纳米抗体大体可以分为3类: 第一类包括 Nb20/21 这种超强纳米抗体。这类纳米抗体可以直接阻断病毒结合ACE2受体。第二类包括Nb34/Nb95/Nb105。由于这种纳米抗体结合冠状病毒（比如SARS病毒和新冠病毒）保守的区域，这些纳米抗体可以高效中和各种变异毒株。其机理也是通过直接或间接阻断病毒结合ACE2受体。第三类包括Nb17/Nb36。这类纳米抗体此前从未被发现过，结合病毒的特殊区域，通过全新的机理抗病毒-比如Nb17可以将病毒突刺固定在一个特殊结构，降低病毒感染细胞的可能。通过结构以及功能分析，研究人员发现高效中和纳米抗体存在广谱抗SARS-CoV-2病毒及其多种变异毒株的能力。通过分析比较中和抗体以及中和纳米抗体的结构，研究揭示了两种抗体种类之间针对变异毒株存在比较明显的差异。研究同时揭示了纳米抗体如何用独特的方式结合靶点。

值得一提的是，此前于2020年12月18日，时毅团队在Science杂志上发表了题为Versatile and multivalent nanobodies efficiently neutralize SARS-CoV-2的研究论文，文中介绍了他们从大羊驼体内快速发现并研究了上千个高亲和力的SARS-CoV-2纳米抗体。同时，研究提出纳米抗体鸡尾酒疗法的概念。2021年5月26日，在Science Advances 期刊发表了题为：Inhalable Nanobody (PiN-21) prevents and treats SARS-CoV-2 infections in Syrian hamsters at ultra-low doses的论文，文中展示了一种基于纳米抗体的抗新冠病毒（SARS-CoV-2）喷雾疗法。在仓鼠实验中，这种喷剂可以防治新冠病毒感染引起的严重症状（参见BioArt MED文章：。

基于前期开发的中和纳米抗体，这项研究通过结构-功能研究手段提供了一个框架来系统地绘制中和抗体表位，并了解纳米抗体高效而且独特的抑制病毒及其突变的机理。这项研究会帮助开发高效广谱的鸡尾酒疗法针对冠状病毒。同时这项研究有助于合理设计广谱冠状病毒疗法和广谱疫苗。

论文共同第一作者：孙大鹏博士，桑喆，Jeff Kim， 向宇菲。其他作者包括匹兹堡大学的Anna K. Belford, Alexis Huet, James F. Conway 博士, St Jude Children’s Hospital 孙吉博士, 凯斯西储大学的Derek J. Taylor博士, 以及以色利耶路撒冷大的 Tomer Cohen, Dina Schneidman-Duhovny博士。

原文链接：

https://www.nature.com/articles/s41467-021-24963-3.pdf