宣战畜牧业“头号杀手” ，Biacore助力口蹄疫中和抗体研究

口蹄疫 (foot-and-mouth disease, FMD)是一种高致病性病毒引发的，感染偶蹄类动物的烈性传染病。被感染的动物会出现高烧、无食欲的症状，口、唇、鼻和黏膜、蹄冠、皮肤出现水泡与靡烂，产乳及产肉的能力也会下降。严重影响着国内外畜牧业发展，给世界造成严重的经济损失。

口蹄疫病毒(FMDV)为一种小型RNA病毒，属于微RNA病毒科(Picornaviridae)的口蹄疫病毒属(Aphthoviruses) ，是目前已知动物病毒中最小病毒之一。病毒直径只有30 nm，颗粒小可随风散布，通过空气与口沫传播，因此具有极强的传播能力。目前主要通过接种疫苗的方式來预防口蹄疫的传播，但是FMDV基因组结构简单非常容易变异，一旦发生变异，使用原来流行毒株制备的疫苗对变异毒株的保护能力就会下降。另外，多种血清型间没有交叉免疫保护，导致无法获得针对多种口蹄疫血清型的广谱性疫苗，这些都影响了疫苗的功效。因此研发高效、安全、稳定的新型口蹄疫疫苗是控制口蹄疫疫情的关键，而深入研究抗体中和病毒的分子机制，以及抗体识别的病毒表位在广谱性疫苗设计中尤为重要。

中国农业科学院兰州兽医研究所国家口蹄疫防控技术团队联合中国科学院生物物理研究所王祥喜研究员课题组和荷兰瓦赫宁根生物兽医研究所等单位在Protein Cell发表题为Structural and molecular basis for foot-and-mouth disease virus neutralization by two potent protective antibodies的研究论文，揭示了口蹄疫病毒中和抗体的抗病毒机制，鉴定了关键性病毒表位，为口蹄疫广谱疫苗设计提供重要理论基础。

已知口蹄疫病毒有O、A、C、SAT1、SAT2、SAT3（即南非1、2、3型）和Asia1（亚洲1型）7个血清型，其中O型为全世界流行最广的一个血清型。目前的研究认为，口蹄疫病毒 (FMDV) 通过VP1 的受体结合位点GH 环的 RGD结构域 与整合素(Integrin)受体（通常为 αvβ6）结合介导病毒入侵。

研究人员从美洲驼的噬菌体展示库中鉴定出 24 种可以在体外中和 O 型 FMDV 的单域抗体，其中M8和M170表现出较强的中和活性。通过ELISA分别测定M8 和 M170 的血清型特异性和交叉反应性，检测与FMDV O、A、Asia 1 和 C 血清型毒株的结合能力。ELISA结果显示M170仅与O型结合，但M8能够与所有指定的血清型反应，这表明M8抗体具有针对多种口蹄疫血清型的广谱中和效果，而M170抗体则具有特异识别O型口蹄疫病毒的中和特性。

研究人员进一步在Biacore上对M8 和 M170 与 O 型口蹄疫病毒的亲和力进行了精确表征。实验中直接将纯化后的病毒作为分析物进样，得到两个抗体与O型口蹄疫病毒分别具有 0.5 nM 和 1.0 nM 的高亲和力（图 1A）。接着利用Biacore连续进样的优势设计竞争实验验证这两种抗体是否可以同时结合病毒（图 1B）。结果显示尽管在结合血清型的种类和靶向不同的抗原位点方面具有不同的特征，M8和M170在结合病毒时是互相竞争的。后续的细胞中和实验表明，M8 和 M170 均表现出对 O 型口蹄疫病毒的有效中和活性。

图1 M8和M170与 O 型 FMDV亲和力与竞争实验

为了确认这两种抗体的作用机制是否通过干扰 FMDV 与整合素αvβ6的结合完成，研究人员也再度使用Biacore进行竞争性结合试验。将αvβ6偶联在CM5芯片上，不同浓度的M8或者M170抗体与固定浓度的O型口蹄疫病毒（20nmol/L）混合后进样。结果表明，M8 和 M170 均能以浓度依赖性方式阻止 FMDV 结合整合素αvβ6（图 2）。而且从Biacore的结果可以看出 M8 对结合的阻断比M170更有效，这在分子水平上解释了这两种抗体的不同中和活性，与动物体内实验的结果一致。最后通过Cryo-EM解析了FMDV 与M8 或 M170中和抗体的结合机制与三维结构。

图2 Biacore竞争实验阐明抗体阻碍FMDV与其受体整合素αvβ的结合

回顾整篇文章，研究团队从体内到体外实验证实M8与M170两株抗体对口蹄疫病毒具有中和活性，并且揭示了这两种中和抗体结合表位的差异以及与口蹄疫病毒结合的分子结构（图3）。为未来设计合理的广谱疫苗和用于疫苗质量控制的有效抗原检测开发提供了坚实的理论基础。

图3 文章整体研究思路

在整个研究工作中，Biacore提供了大量的核心数据，不仅对抗体与病毒的亲和力进行了表征，而且利用Biacore管路设计能够轻松实现连续进样的优势，设计竞争实验在分子水平上对抗体结合表位和作用机制进行了阐释。Biacore作为分子互作的金标准，必将持续助力口蹄疫防治的研究， 加速实现对整个畜牧业的保护，使民生经济稳定发展。

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