百萬整編師里“挑出”最強“狙擊手”

——清華大學(xué)張林琦教授領(lǐng)銜研發(fā)抗新冠病毒特效藥初步成果誕生記

學(xué)生記者 張同順

疫情當(dāng)前，如果說醫(yī)務(wù)人員在“戰(zhàn)場”在醫(yī)院，那么科研人員的“戰(zhàn)場”就在實驗室。

4月1日，在北京市新型冠狀病毒肺炎疫情防控工作新聞發(fā)布會上，清華大學(xué)介紹了清華抗疫攻關(guān)情況，第一批8項抗疫應(yīng)急項目中，張林琦教授領(lǐng)銜的單克隆抗體藥物5月底將進(jìn)行動物安全性和有效性試驗。

研發(fā)抗新冠病毒特效藥初戰(zhàn)告捷，離勝利更近了一步。

讓我們走近張林琦教授領(lǐng)銜的團(tuán)隊，看看疫情發(fā)生以來他們分秒必爭的戰(zhàn)“疫”故事。

大年初一集結(jié)出征

2020年春節(jié)，是一個特別的春節(jié)。

1月11日，距離庚子鼠年春節(jié)還有半個月時間，復(fù)旦大學(xué)、中科院、中國疾控中心等單位在開放式病毒學(xué)網(wǎng)站向全世界公布了第一個新型冠狀病毒（SARS-CoV-2）完整基因組序列。基因序列一公布，立即引發(fā)了全球的關(guān)注。

在北京，清華大學(xué)醫(yī)學(xué)院教授張林琦繃起敏感的神經(jīng)，多年來他一直專注于HIV及SARS、MERS等新發(fā)突發(fā)病毒的研究，這種新型病毒與SARS基因序列的相似性，讓他本能地產(chǎn)生警惕。

在同一座科研樓辦公的清華大學(xué)生命學(xué)院教授王新泉，此時看到病毒基因，同樣敏感起來。

兩個人幾乎同時撥打了對方的電話，達(dá)成共識：這個病毒非同小可，必須立即著手研究。他們決定立即啟動新冠表面蛋白基因序列的合成。1月15日晚9時，張林琦和王新泉帶領(lǐng)兩個團(tuán)隊一同召開了動員會，對新冠病毒研究的整體布局和實施制定了周密的計劃，并立即開始行動，鼓勵學(xué)生們能不回家就不回家，該退票的退票。

接下來病毒傳播的進(jìn)展速度，證明了張林琦和王新泉二人的預(yù)判。1月23日，臘月二十九，武漢宣布封城。

研究需要加速，但科研組需要的患者恢復(fù)期血液樣本還沒有著落。

此刻在深圳，深圳市第三人民醫(yī)院的張政教授也同樣焦急萬分——作為國家感染性疾病臨床研究重點單位和一線臨床單位，深圳三院雖然有新冠病毒患者恢復(fù)期血液樣本，但并不具備條件對其進(jìn)行系統(tǒng)和全面的分析。

1月24日的除夕，張林琦和張政的心思都沒在春晚和節(jié)日的喜慶上，各有所思。也許是心有靈犀，0時40分，新年的鐘聲剛過，張林琦正在刷微信上的聯(lián)系人時，一條春節(jié)祝福短信讓他眼前一亮，這條短信正是來自深圳三院的張政。三院是新冠病毒患者定點收治單位，他們肯定有恢復(fù)期患者的血液樣本。而張政發(fā)微信也正有合作的意向，二人無巧不成書。

1月25日，大年初一。張林琦、王新泉，兩位在SARS、MERS等病毒研究配合十余年的老同事，張林琦、張政，曾在HIV研究上有過合作的好朋友。北京深圳，三人兩地，正式帶領(lǐng)團(tuán)隊集結(jié)出征。 

張林琦教授（右一）、王新泉教授（右二）和團(tuán)隊科研人員

張政教授

制作最精確“釣餌”

早在今年2月，國內(nèi)收治新冠肺炎病人的一些醫(yī)院就開始采用“血漿療法”。所謂的“血漿療法”，其實真正能夠幫助病人的不僅僅是患者康復(fù)期的血漿，更重要的是存在于其中的新冠病毒特異性抗體。

“實際上，我們通常所說的免疫力，其中很大程度就是指的是血液里流淌的抗體，這些抗體是體內(nèi)百千萬的B淋巴細(xì)胞產(chǎn)生的，數(shù)量非常之大，占血漿蛋白的20%，給身體提供了強大的免疫能力。”張林琦說。

所以，把產(chǎn)生新冠病毒抗體的B淋巴細(xì)胞里的抗體基因找出來是第一步。但是人體產(chǎn)生抗體的B細(xì)胞百千萬，而且有的B細(xì)胞是針對其他病毒抗體的，要真正找到抗新冠病毒的抗體就如“大海撈針”，必須制作一個“釣餌”。這個“釣餌”是某種特定蛋白（類RBD蛋白），這種蛋白能和產(chǎn)生新冠病毒抗體的B細(xì)胞結(jié)合，從而將其“釣”出來。

張林琦表示，這部分工作需要在具備制造條件的清華實驗室展開，而且做出來的這種蛋白和RBD蛋白與活病毒表面的相應(yīng)蛋白應(yīng)該具有極高的相似度。“制作這種蛋白就像配鑰匙，如果配出來的鑰匙與原裝的不符合，形狀七扭八歪，那‘釣’出來的B細(xì)胞也不會具有抗新冠病毒的能力，屬于不合格的B細(xì)胞。既然是‘海釣’，那魚兒最喜歡吃什么，我們就要喂它們最想吃的‘釣餌’。”

“在這方面，在過去幾年里，我和張林琦老師一起合作已經(jīng)積累了很多經(jīng)驗和技術(shù)。”王新泉說，養(yǎng)兵千日用兵一時，春節(jié)的氣氛完全掩蓋在實驗室緊張的節(jié)奏中，在兩個實驗室的共同努力下，團(tuán)隊人員緊鑼密鼓制作出了這種蛋白，而且結(jié)構(gòu)和純度非常高。

1月31日，新鮮出爐的蛋白試劑被即刻發(fā)往深圳。

蛋白試劑

“挑”出最強抗體

蛋白試劑到達(dá)深圳，張政團(tuán)隊立即開始工作。通過抗體分析、分離和評估，為了趕時間，除了吃飯睡覺，他們幾乎不出實驗室，成功從百千萬B細(xì)胞中“釣”出206株抗新冠病毒單克隆抗體及其編碼基因。

2月9日，這些單克隆抗體及其編碼基因發(fā)回北京。

拿到基因后，張林琦和王新泉團(tuán)隊立即在實驗室里對這些基因進(jìn)行擴(kuò)增，放在細(xì)胞里面產(chǎn)生抗體，開始評估這206株抗體的結(jié)構(gòu)功能，特別是阻斷病毒進(jìn)入細(xì)胞的能力。

評估的過程也是爭分奪秒，由于時間緊迫，實驗室先對前20個抗體進(jìn)行了仔細(xì)評估，評估到大約3-4個最強抗體，占比10%-20%。

張林琦打了個比喻：人體中有數(shù)量達(dá)百千萬的混合抗體，它們的特性和功能都不一樣，即使是抵抗同一種病毒的抗體，它們的抑制、抗擊能力也是有差別的。如果把綜合抗體群比喻成整編部隊的話，多克隆抗體就是各兵種部隊，單克隆抗體就是其中的一個個戰(zhàn)士。每名戰(zhàn)士各有所長，有的類似步兵，有的類似騎兵，有的類似狙擊手，它們所攜帶的武器和攻擊的目標(biāo)也各不相同，有的擅長襲擊病毒的胳膊，有的擅長襲擊病毒的腿，有的擅長襲擊病毒的心臟。其中，具有心臟等關(guān)鍵部位攻擊能力的狙擊手能對病毒造成更大的殺傷力，它們是整編部隊里最優(yōu)秀的戰(zhàn)士。

“我們的工作就從康復(fù)者血漿的B淋巴細(xì)胞中，分離出抗新冠病毒的最優(yōu)單克隆抗體及其編碼基因，也就是挑出其中殺傷力最強的戰(zhàn)士，拿到這些戰(zhàn)士的基因，并由此獲得大量復(fù)制最具殺傷力抗體的根本模板。” 張林琦說，評估出來的這3-4個抗體，即是研發(fā)治療和預(yù)防新冠病毒高效單克隆抗體藥物的根本保障。

真正搞懂“鑰匙和鎖”

篩選出這些抗體之后，團(tuán)隊的重點轉(zhuǎn)移到解析這些抗體是如何阻斷病毒進(jìn)入細(xì)胞的，真正搞懂其中的機制，破解制作抗體特效藥的玄機。

對冠狀病毒研究多年的張林琦和王新泉，對病毒進(jìn)入人體的機制早已有所發(fā)現(xiàn)。病毒進(jìn)入人體后，人體能否繼續(xù)保持健康，關(guān)鍵在于病毒是否會進(jìn)入細(xì)胞，病毒進(jìn)入細(xì)胞是其能夠復(fù)制的條件。很多抗體的作用靶點就是病毒表面的刺突蛋白，刺突蛋白上的RBD蛋白即是病毒進(jìn)入細(xì)胞的一把重要“鑰匙”，病毒的RBD蛋白與受體的ACE2的結(jié)合，即可打開細(xì)胞的“鎖”進(jìn)入到人體，這即是“鑰匙和鎖”的關(guān)系。

王新泉介紹，幾個月來，他和張林琦通過晶體學(xué)方法解析了新冠病毒的這把“鑰匙”，包括RBD蛋白和受體結(jié)合的高分辨率機體結(jié)構(gòu)，及其與受體相作用的過程。他們在世界上率先解析了最高分辨率的‘鑰匙和鎖’之間的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，為認(rèn)識病毒進(jìn)入細(xì)胞的過程和結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)奠定了基礎(chǔ)，同時，也對阻斷新冠病毒進(jìn)入人體的研發(fā)具有重要的指導(dǎo)作用（該文章3月30日在《自然》發(fā)表）。 

“現(xiàn)在，我們就是要在體外制備大量的挑出來的最強抗體，再讓這些‘優(yōu)秀戰(zhàn)士’進(jìn)入體內(nèi)特異識別病毒表面蛋白的關(guān)鍵靶位，阻斷病毒鑰匙打開細(xì)胞鎖的關(guān)鍵一步，以阻止病毒有效進(jìn)入人體細(xì)胞，抑制病毒復(fù)制，這也是研制的特效藥的治關(guān)鍵原理和邏輯。”王新泉說，下一步，他們還要深入了解這些抗體的其他作用位點和作用機制，更好地利用這些抗體，甚至可以利用兩種和三種抗體的配伍，增強病毒阻斷能力。

分秒必爭，日夜兼程

這次應(yīng)急研發(fā)任務(wù)，從1月25日三個團(tuán)隊正式展開工作，到3月13日的初步成果《抗新冠病毒高效中和抗體的分離與研究》（Potent human neutralizing antibodies elicited 1 by SARS-CoV-2 infection）在預(yù)印本上發(fā)布。三個團(tuán)隊在七周時間里始終堅持互助互補、無縫銜接、日夜兼程的高效科研機制，可以說是一支“神團(tuán)隊”。

而這七周的時間里，不管是指導(dǎo)協(xié)調(diào)的張林琦、王新泉、張政三位教授，還是從事基礎(chǔ)科研的年輕科研人員，大伙都憋著一股勁兒，爭分奪秒為特效藥研制趕進(jìn)度。

王新泉教授和他的助手葛繼灣博士在解析新冠病毒表面蛋白與細(xì)胞受體的高分辨率晶體結(jié)構(gòu)時，形成的晶體要放到X光衍射機衍射，通過衍射才能判斷晶體的結(jié)構(gòu)。衍射機只有上海有，但是當(dāng)時存在交通管制，他們想方設(shè)法，終于連夜把晶體送到上海。

深圳三院的鞠斌博士曾在中國疾控中心從事研究，有深厚的技術(shù)基礎(chǔ)，對免疫學(xué)有獨到的理解，在獲得患者恢復(fù)期血樣后，在很短的時間內(nèi)就篩選了可以結(jié)合新冠病毒RBD的抗體細(xì)胞，成功分離出206株抗新冠病毒的單克隆抗體及其編碼基因。

清華大學(xué)張林琦團(tuán)隊的張綺博士在獲得206株抗新冠病毒的單克隆抗體序列之后，迅速展開合成，開展了一系列的生化實驗，評估和驗證抗體的結(jié)合能力、與受體ACE2的競爭能力、抗體之間的相互作用等。此外還嘗試構(gòu)建和優(yōu)化不具有感染能力的“假病毒”，雖然過程并不順利，但是在克服諸多困難后，迅速對抗體中和能力開展評估，14天找到最優(yōu)高效抗體。 

張林琦和年輕的科研人員在一起

其間最讓他們糾結(jié)的是，受疫情交通管制的影響，北京與深圳之間原來一兩天就能寄到的試劑，2月的時候延遲非常嚴(yán)重，有一次竟然用了10天，實驗過程被打斷，耽誤了很多時間。但是張綺和鞠斌等每晚電話會議堅持推進(jìn)，做好實驗思路的準(zhǔn)備，盡量減少耽擱。

而最讓他們感動的是習(xí)近平總書記在3月初來清華考察新冠肺炎防控科研攻關(guān)工作，總書記平易近人的鼓勵讓他們更加信心百倍，內(nèi)心更為篤定。

目前，團(tuán)隊的各項工作依然在有序推進(jìn)。3月30日，《自然》期刊已經(jīng)正式發(fā)表團(tuán)隊的科技攻關(guān)成果《新冠病毒刺突蛋白受體結(jié)合結(jié)構(gòu)域與受體ACE2復(fù)合物的結(jié)構(gòu)》（Structure of the SARS-CoV-2 spike receptorbinding domain bound to the ACE2 receptor）。同時，在科技部、國家衛(wèi)健委、教育部和北京市的支持和幫助下，團(tuán)隊已啟動了與騰盛博藥等企業(yè)的聯(lián)合攻關(guān)，以及與藥審中心的全面溝通，打通了研發(fā)、生產(chǎn)、安評和臨床試驗的全鏈條，5月底高效抗體藥物可進(jìn)入動物，開展安全性和有效性評估。

編輯：高原 李華山

審核：程曦