具有中和抗体的淋巴细胞性脉络丛脑膜炎病毒糖蛋白的第一个高分辨率视图

自 1930 年代以来，科学家们探索了一种名为 LCMV（淋巴细胞性脉络丛脑膜炎病毒的简称）的病毒，以揭示免疫系统的隐藏运作。该病毒由啮齿动物携带，这使其成为小鼠实验室研究的有用工具。通过研究小鼠免疫系统如何对抗 LCMV，研究人员可以捕捉到免疫细胞和抗体的作用。

早期在小鼠身上进行的 LCMV 研究让人们第一次瞥见了免疫细胞如何识别入侵者以及 T 细胞如何记住过去的感染。1996 年诺贝尔生理学或医学奖授予使用 LCMV 准确揭示免疫细胞如何区分病原体和人体自身细胞的科学家。

“近一个世纪以来，LCMV 一直被用作了解宿主免疫反应如何处理病毒感染的灯塔，”Alex Moon-Walker 博士说，他是前 LJI 博士后研究员，现在担任研究员在生物医药行业。

然而，一直以来，科学家们都没有清楚地了解 LCMV 用来感染宿主细胞的病毒机制。解决这种称为 LCMV糖蛋白的机器的结构对于开发疫苗或未来针对该病毒的疗法非常重要。

现在，一项新的 LJI 研究让科学家们首次看到融合前的 LCMV 糖蛋白三聚体。这种 3D 结构精确地显示了病毒机制可能容易受到抗体攻击的位置。更重要的是，这项新研究首次表明工程化抗体可以预防病毒引起的疾病，开辟了获得所需药物治疗的途径。

这种旋转的蓝色形状是保护淋巴细胞性脉络丛脑膜炎病毒 (LCMV) 免受免疫系统攻击的外壳（糖蛋白）。新研究表明，一种抗体（灰色）可以结合并中和 LCMV。由于拉霍亚免疫学研究所 (LJI) 科学家 Erica Ollmann Saphire 博士和 Shane Crotty 博士领导的这项新工作，我们现在离设计针对 LCMV 的疫苗和治疗更近了一步。

LCMV 也是一种人类病原体，由栖息在我们家中和城市中的老鼠传播。人们可能会因 LCMV 感染而病得很重，尤其是免疫系统受损的人，例如接受器官移植的人。该病毒还可以穿过胎盘并感染发育中的胎儿，导致严重的出生缺陷甚至胎儿死亡。

“尽管 LCMV 主要被定性为小鼠病原体，但不幸的是，该病毒也被忽视为人类病原体，”同时担任 LJI 抗体发现中心主任的 LJI 讲师 Kathryn Hastie 博士说。“所以没有针对 LCMV 的疫苗或治疗方法。”

“免疫系统非常擅长制造抗体，但除非免疫细胞能够看到病原体上的正确靶点，否则它们无法发挥作用。为了预防或治疗 LCMV 感染，我们需要知道病毒在何处可能容易受到抗体的影响LJI 教授 Shane Crotty 博士说，他与 LJI 总裁兼首席执行官 Erica Ollmann Saphire 博士、Hastie 和 Moon-Walker 共同领导了这项研究。

在行动中捕捉 LCMV

对 LCMV 的糖蛋白结构进行高分辨率观察是发现病毒易受攻击位置的重要一步。由于其展开的倾向，这种结构已被证明难以捕捉。病毒结构实际上是一个移动的目标。一旦病毒进入啮齿动物或人类体内，病毒就会直奔宿主细胞。附着后，LCMV 被带入宿主细胞，在那里它被送到酸性隔间。隔室内的酸性环境改变了 LCMV 糖蛋白的形状或构象，这种构象变化促进了病毒和宿主细胞膜之间的融合，这是病毒感染周期中的关键步骤。抗体只有在融合前阶段能够捕获糖蛋白，才能对抗病毒。

“如果你能阻止糖蛋白发生这种构象变化，那么你基本上就可以中和病原体并首先阻止它感染细胞，”Moon-Walker 说。

对于这项新研究，Moon-Walker 和 Hastie 设计了一种处于“融合前状态”的糖蛋白。他们的工作建立在 Hastie 处理另一种危险病原体：拉沙病毒的经验之上。

进入 LCMV 的窗口

拉沙病毒和 LCMV 都属于沙粒病毒科。拉沙热也会感染啮齿动物，但它比 LCMV 更可能在人类宿主中引起严重症状，甚至死亡。2017 年，Hastie 在融合前阶段解析了拉沙热糖蛋白的结构。她在 Saphire 实验室的工作展示了如何稳定一种棘手的糖蛋白，并作为新 LCMV 研究的模板。

一旦他们获得了稳定版本的 LCMV 糖蛋白，研究人员便将其引入一种名为 M28 的抗体中。研究人员利用在拉沙病毒幸存者血液中发现的抗体设计了 M28。因为它们是相关的，拉沙热和 LCMV 非常相似，以至于 M28 也可以靶向并结合 LCMV。

然后，科学家们使用一种称为冷冻电子显微镜的高分辨率成像技术来捕获 LCMV 糖蛋白与抗体 M28 一起（“复合”）的 3D 结构。新结构在近原子水平上揭示了三侧糖蛋白“三聚体”的细节。

研究人员还可以了解 M28 如何通过将 LCMV 糖蛋白“锁定”到其融合前状态来阻止感染。这是一个巨大的进步。正如 Hastie 解释的那样，科学家们从未在小鼠或人类中发现一类针对 LCMV 的中和抗体。多亏了 M28，LJI 团队首次了解了 LCMV 疗法中的中和抗体可能攻击的位置。下一步是让克罗蒂实验室看看这种抗体是否可以预防或治疗这种疾病。

迈向 LCMV 疗法的一步

在小鼠实验中，研究人员发现 M28 可作为一种针对 LCMV 的疗法。可以在接触病毒之前给予工程抗体以阻断感染或在接触病毒之后治疗感染。

“这是第一次有人证明了人类抗体对 LCMV 的保护活性，”Hastie 说。她想象有朝一日可能会在手术前对器官移植患者或在已知 LCMV 暴露后对孕妇进行类似的治疗。

展望未来，研究人员有兴趣继续寻找更多可以中和 LCMV 的抗体。他们说，科学家们有朝一日可能会找到能够交叉中和不同类型沙粒病毒的抗体，从而为研制针对拉沙病毒、LCMV 和其他病原体的“泛沙粒病毒”疫苗打开大门。

Saphire 相信协作努力会取得成功。“结合力量和结合工具揭示了目标，设计了疗法，并证明它是有效的，”她解释道。“该团队从一种病毒的洞察力到另一种病毒的见解，以创造出更广泛地保护人类健康的东西。”