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实验研究Science Translational Medicine · 抗体工程与小鼠保护实验

正交 Fc 工程实现 mRNA 编码双特异性抗体的多重递送以限制病毒逃逸

Orthogonal Fc engineering enables multiplexed delivery of mRNA-encoded bispecific antibodies that constrain viral escape.

一句话在小鼠中，mRNA递送的Fc工程化双特异性抗体组合可广泛中和变异株，并保护小鼠抵御病毒攻击。

研究问题

能否通过 Fc 工程使多种 mRNA 编码双特异性抗体共同递送时保持正确的重链配对，并在小鼠中实现广谱中和及病毒攻击保护？

数据与样本

研究使用表达人 FcRn 的小鼠评估抗体血清浓度、半衰期及中和滴度，并在小鼠中开展 SARS-CoV-2 XBB.1.5 攻击实验。中和评估覆盖既往及当前的 SARS-CoV-2 变异株，包括 BA.3.2.2；摘要未提供样本量。

实验流程

  1. 1抗体构建：设计 mRNA 编码的双特异性抗体，并以脂质纳米颗粒进行静脉递送。
  2. 2Fc 工程优化：采用结构指导的计算设计引入 Fc 修饰，促进选择性同源二聚化及正确重链配对。
  3. 3体内表达评估：在表达人 FcRn 的小鼠中评估血清抗体浓度、半衰期及血清中和滴度。
  4. 4组合广谱性评估：共同递送 3 种 bsAb，检测体内表达后血清对既往及当前 SARS-CoV-2 变异株的中和能力。
  5. 5预防保护验证：在病毒暴露前给予 mRNA 递送的 bsAb 组合，以载体处理为对照，评估 XBB.1.5 攻击后的体重下降和肺部病毒负荷。

关键方法与工具

structure-guided computational design
设计促进正确配对的Fc修饰
lipid nanoparticles
静脉递送抗体编码mRNA

设计思路

通过促进选择性同源二聚化的 Fc 修饰解决多抗体共同表达时的重链配对问题，再以 3 种 bsAb 组合检验中和广谱性。研究将体内表达及中和检测与病毒攻击实验衔接，并以载体处理为对照，从体重变化和肺部病毒负荷评估预防保护。

主要发现

  • 脂质纳米颗粒静脉递送后，mRNA 编码 bsAbs 在表达人 FcRn 的小鼠中达到较高血清浓度、延长的半衰期及超过 1:10,000 的血清中和滴度。
  • 结构指导的 Fc 修饰促进选择性同源二聚化，使多种 mRNA 编码 bsAbs 能够共同递送并保持正确重链配对。
  • 3 种 bsAb 组合体内表达后，血清可广泛中和既往及当前 SARS-CoV-2 变异株，包括高度突变的 BA.3.2.2 谱系。
  • 与载体对照相比，mRNA 递送的 bsAb 组合用于暴露前预防，可防止 XBB.1.5 攻击后的小鼠体重下降并减少肺部病毒负荷。

可借鉴之处

  • 设计多抗体共同表达方案时，可借鉴本文先通过 Fc 配对工程处理重链配对问题，再评估组合功能的研究路径。
  • 评价抗体组合时，可将跨变异株的血清中和检测与病毒攻击后的体重、组织病毒负荷结合，形成从功能广谱性到体内保护的证据链。
  • 对于 mRNA 编码抗体，可借鉴本文将体内血清浓度、半衰期和中和滴度共同纳入评价的做法，而不只检测是否成功表达。

数据与代码

摘要和已读取的内容里没有说明，请查看原文的数据可得性声明。

局限

  • 保护性证据来自小鼠实验，尚不能直接推断人体中的保护效果。
  • 病毒攻击实验评估的是暴露前预防，不能据此确定感染后治疗的效果。

摘要（中文翻译）

严重急性呼吸综合征冠状病毒2（SARS-CoV-2）的持续抗原演化反复削弱单克隆抗体（mAb）疗法的有效性，凸显了开发创新方法以提高治疗性 mAb 的广谱性和保护持久性的必要性。在本研究中，我们构建了信使核糖核酸（mRNA）编码的双特异性抗体（bsAbs）；通过脂质纳米颗粒静脉给药后，这些抗体在人新生儿 Fc 受体（FcRn）表达小鼠中达到较高的血清浓度、延长的半衰期，以及超过 1:10,000 的血清中和滴度。为增强对病毒逃逸的抵抗能力，我们采用结构指导的计算设计引入 Fc 修饰，以促进选择性同源二聚化，从而实现多种 mRNA 编码 bsAbs 的共同递送，并使其重链正确配对。3 种 bsAb 组合的体内表达使血清能够广泛中和既往及当前的 SARS-CoV-2 变异株，包括高度突变的 BA.3.2.2 谱系。与载体对照处理相比，使用 mRNA 递送的 bsAb 组合进行暴露前预防，可在 SARS-CoV-2 XBB.1.5 攻击下提供保护，防止体重下降并减少肺部病毒负荷。综上，这些结果为通过 mRNA 递送 Fc 工程化 bsAb 组合以对抗 SARS-CoV-2，以及潜在的其他快速演化病原体，提供了原理验证。

英文原文摘要

The continuous antigenic evolution of severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) has repeatedly undermined the effectiveness of monoclonal antibody (mAb) therapies, underscoring the need for innovative approaches that improve therapeutic mAb breadth and durability of protection. Here, we engineered messenger ribonucleic acid (mRNA)-encoded bispecific antibodies (bsAbs) that, upon intravenous administration in lipid nanoparticles, achieved high serum concentrations, extended half-life, and serum neutralizing titers exceeding 1:10,000 in human neonatal Fc receptor (FcRn)-expressing mice. To enhance resilience to viral escape, we used structure-guided computational design to introduce Fc modifications that promoted selective homodimerization, thereby enabling codelivery of multiple mRNA-encoded bsAbs with cognate heavy chain pairing. In vivo expression of a triple bsAb combination resulted in broad serum neutralization of historical and contemporary SARS-CoV-2 variants, including the highly mutated BA.3.2.2 lineage. Preexposure prophylaxis with the mRNA-delivered bsAb combination conferred protection against SARS-CoV-2 XBB.1.5 challenge, preventing weight loss and decreasing viral burden in the lungs compared with vehicle control treatment. Together, the results provide proof of principle for mRNA-based delivery of Fc-engineered bsAb combinations to combat SARS-CoV-2 and potentially other rapidly evolving pathogens.

摘要来自 PubMed。翻译与解读由模型根据摘要生成，可能有误，不构成诊疗建议；数据以原文为准，版权归原出版方所有。