猪圆环病毒2 型广谱性中和构象表位的结构解析及其抗体介导的中和作用机制

猪 圆 环 病 毒2 型（Porcine circovirus type 2，PCV2）属于圆环病毒科圆环病毒属的一员，是一类非常小的无囊膜的单股环状DNA 病毒。PCV2 病毒直径约为17 nm，基因组含有1 766 nt～1 768 nt 核苷酸，主要包含4 个开放阅读框架（Open reading frame，ORF），ORF1～ORF4，其中ORF2 编码病毒的唯一结构蛋白，即衣壳蛋白（Capsid protein，Cap蛋白），与病毒感染和免疫息息相关。PCV2 是一种免疫抑制性病毒，常继发和混感其他病原，引发猪的多种传染病，统称为猪圆环病毒相关疾病，以断奶仔猪多系统衰竭综合征最为典型，给养猪业造成很大的经济损失。PCV2 商品化灭活疫苗和基于ORF2 的亚单位疫苗均可以诱导产生高水平中和抗体，能够有效防控PCV2 感染所引发的相关疾病。因此，中和抗体是抗PCV2 免疫的重要因子。

近期，《Journal of Virology》杂志发表了“Neutralization Mechanismof a Monoclonal Antibody Targeting a Porcine Circovirus Type 2 Cap Protein Conformational Epitope”的研究论文，该研究报道了一个广谱的抗PCV2-Cap 蛋白的中和构象表位的结构及其抗体介导的中和作用机制。该研究发现MAb 3A5 可以中和PCV2a、PCV2b 和PCV2d 基因型毒株。通过吸附前中和试验发现，该抗体是通过阻碍PCV2 吸附到宿主细胞而发挥中和作用的。为了进一步阐明MAb 3A5 所抗表位的结构基础，研究者采用冷冻电镜单颗粒分析技术解析了PCV2 和PCV2-Fab 复合物的结构，分辨率分别为6.7Å和7.2Å。通过比较发现，MAb 3A5的Fab结合于PCV2表面，呈现纤突状，复合物的直径比PCV2 大13 nm。基于PCV2-Fab 复合物的结构，明确了Fab重链可变区CDRs与相邻的两个Cap蛋白相结合。使用Chimera软件获得该抗体在PCV2表面的印迹，发现其表位包括18 个氨基酸，分别为55Y、56T、58K、59A、60T、61T、62V、128N、131T、132K、133A、134T、135A、136L 和137T 及相邻Cap蛋白上的88K、189T 和231L。通过分析GenBank 中2273 条ORF2 序列发现83.3%的氨基酸位点是高度保守的。为了深入研究上述氨基酸的作用，研究者拯救了18 株突变病毒，经过中和试验发现T56A、T131A、T134A、A135S、 L136A、 T189A、 A59S、T60A、N128A、K88A 和K132A 单个氨基酸的突变会使MAb 3A5 中和突变毒株的效率降低。虽然MAb 3A5 可以中和3 种基因型毒株，但中和PCV2a 毒株的效率是PCV2b 和PCV2d 毒株的25～125 倍，通过对PCV2 基因型间表位氨基酸的比对、突变病毒拯救和中和试验发现59 位和134 位氨基酸的基因型间的替换参与了该抗体对上述不同基因型毒株的中和效率的差异的形成。

该研究中用于PCV2 中和构象表位鉴定的MAb虽然是鼠源抗体，但是该抗体在猪体内是优势抗体，因为利用该抗体建立的竞争ELISA 方法即可以检测到PCV2 感染猪的特异性抗体也能检测到PCV2灭活疫苗在猪体内诱导产生的抗体，而且检测的抗体水平与中和抗体具有相关性。研究表明，MAb 3A5 的表位位于病毒衣壳五倍轴的附近，由源于两个相邻Cap 蛋白的氨基酸共同组成。因此，这些发现表明，完整的PCV2 衣壳结构对于产生这些中和抗体是必需的。该研究揭示了一个广谱性PCV2 中和构象表位结构基础，并为疫苗设计和针对PCV2感染的治疗性抗体开发提供了新的重要信息。