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中和抗体

COVID-19将中和抗体（neutralizing antibody, nAb）的概念引入了公众视野，并提升了这类抗体在科学界的整体关注度。与许多病毒情况类似，血清中和抗体水平（通过体外试验测定）与对SARS-CoV-2的感染和疾病保护作用之间存在相当好的相关性。然而，对于中和抗体的作用方式仍存在一些误解。‘中和’一词常被理解为抗体仅通过阻断感染发挥功能。此外，中和抗体的作用机制也存在巨大差异。

中和作用与中和抗体

关于中和作用的定义，目前主要有两种被广泛接受的观点：

功能性定义：当抗体与病毒颗粒结合后，会直接导致病毒感染性的丧失，这一过程通常不依赖于其他因子（极少数情况下可能涉及补体）。
机制性定义：抗体结合在病毒颗粒表面，从而阻断病毒复制周期中病毒基因转录或蛋白合成之前的环节，最终降低感染性。对于有包膜病毒，这种阻断通常发生在病毒进入靶细胞之前；而在无包膜病毒中，这种阻断也可能发生在进入细胞之后。

上述两种定义下，中和作用都可以通过体外实验检测。然而，“中和”一词在某些场景中也被用于描述抗体在体内的抗病毒活性，这并不总是等同于狭义上的阻断病毒进入。因此，绝大多数研究在提及中和抗体时，会明确限定其定义。

中和抗体能够阻断有包膜病毒进入靶细胞，其前提是抗体必须与病毒颗粒表面的功能性进入分子，通常是包膜（Env）蛋白的刺突结构结合。与这些功能性结构结合，不仅赋予中和抗体阻止病毒进入的能力，还可能在体内触发多种其他抗病毒效应，而这些效应通常在体外中和实验中无法体现。例如，抗体与病毒颗粒结合后，可以通过抗体的Fc片段与Fc受体（FcRs）相互作用，从而被吞噬细胞摄�。虮黄渌鳩cR的细胞捕获，进而阻止病毒接触靶细胞。抗体识别的功能性病毒结构也可能在受感染细胞表面表达，使这些细胞成为抗体依赖性细胞介导的细胞毒作用（ADCC）的靶标，并增强抗体抑制细胞间病毒传播的能力。

除了中和抗体外，一些非中和抗体（non-neutralizing antibody, nnAb）也能够通过Fc依赖的方式发挥抗病毒活性。这些作用既可以在包含效应细胞的体外实验中观察到，也能在体内的预防或治疗感染环境中显现。非中和抗体的作用机制可以分为以下几类：

作用于受感染细胞表面分子：如登革热病毒的NS1蛋白，它在受感染细胞表面表达，但不在病毒颗粒上出现，因此成为非中和抗体的典型靶点。
作用于游离病毒颗粒：
- 靶向功能性进入分子：非中和抗体虽然结合在病毒表面的功能性分子上，但不会阻止病毒进入细胞，因此不具备中和作用。
- 靶向非功能性分子：非中和抗体结合病毒表面的一些非功能性分子，对病毒进入过程也没有影响。

在实际感染过程中，病毒颗粒的部分功能性分子可能发生解体或构象变化，从而暴露出平时不可及的表位。非中和抗体便可以识别这些表位，并通过补体激活、吞噬作用等途径触发免疫效应。类似的机制同样适用于非中和抗体对受感染细胞的作用。然而，总体来看，中和抗体在体内的抗病毒效果通常显著优于非中和抗体，这也解释了为何研究更聚焦于中和抗体。

中和抗体的作用机制

与病毒体上的天然结构具有足够亲和力结合的抗体都有可能干扰病毒感染靶细胞。由抗体介导的体外中和过程可通过多种不同机制实现，以下将讨论体外病毒中和的主要机制，尤其针对包膜病毒。

病毒刺突的结构破坏或诱导构象改变

中和抗体可通过与病毒表面包膜蛋白结合，直接干扰病毒与宿主受体的相互作用，从而阻断病毒感染。这一机制可归纳为“占位（occupancy）或涂层（coating）模型”：当抗体占据病毒颗粒表面足够比例的可接近表位时，会在空间上阻止病毒附着受体，或抑制膜融合等进入步骤。该模型强调抗体的中和能力与其对病毒表面抗原的亲和力密切相关。抗体的亲和力越强，占据表位越为稳定，中和效果越好。结构学研究进一步揭示，抗体多样化机制可以使其识别病毒表面广泛的抗原表位，锁定病毒包膜中的脆弱位点，通过多种结合策略干扰或破坏刺突蛋白的结构稳定性。如许多包膜蛋白（如Env分子）以亚稳态存在于病毒颗粒的预融合构象中，与宿主受体结合后需经历显著的构象重排以介导膜融合，促使细胞感染。多项研究显示，中和抗体与重组Env蛋白结合可诱导其构象改变，使其失去功能，从而不可逆地阻断病毒进入靶细胞。

对受体结合位点的空间阻断

抗体分子具有较大的尺寸，与典型病毒刺突蛋白相当。空间阻断的核心机制在于中和抗体通过物理占位阻止病毒与靶细胞受体的结合。这一过程依赖抗体与病毒受体结合蛋白的相互作用，尤其是直接参与受体结合的关键表位。抗体的中和效应与其亲和力密切相关，亲和力越高，对受体结合的竞争抑制越显著。

介导病毒颗粒的聚集

抗体介导的病毒颗粒聚集通常被视为区别于直接阻断感染的中和机制，但由于该过程可显著降低病毒的感染力，因此可归类为一种特殊形式的中和作用。其发生动力学通常呈现抗体浓度依赖性的钟形曲线：在低抗体水平下，抗体在单个病毒颗粒表面实现高效交联，从而促进颗粒间的初始聚集；随着抗体浓度升高，抗体通过桥接作用进一步驱动不同病毒颗粒间的聚合；然而，当病毒表面的表位逐渐被抗体饱和后，交联机会减少，聚集水平随之下降。

在体内环境中，聚集效应的显著性取决于多种因素，包括靶细胞的可及性、体液中抗体与病毒颗粒的比例以及免疫系统背景。值得注意的是，免疫细胞能够识别并吞噬这些由抗体介导形成的聚集体，不仅通过直接清除病毒实现中和，还可能触发补体活化、Fc 受体依赖性吞噬等间接抗病毒机制。这一过程凸显了抗体–病毒相互作用的复杂性，并在一定程度上解释了体内抗体应答的多样性和功能拓展。

阻止促进膜融合所必需的构象变化

病毒进入宿主细胞后的关键步骤之一是膜融合过程，该过程依赖病毒包膜蛋白在受体结合后的构象重排。中和抗体能够通过结合病毒表面融合蛋白的关键结构域，阻止构象转变，从而有效抑制病毒膜与宿主细胞膜的融合。

以SARS-CoV-2为例，其刺突蛋白（S）由两个亚基组成：负责受体识别的S1亚基和介导膜融合的S2亚基。S1亚基包含N端结构域（NTD）与受体结合结构域（RBD）；当RBD与宿主受体ACE2结合后，S蛋白在S1/S2与S2′位点依次被裂解，触发S2亚基发生显著的构象变化，进而暴露融合肽并启动膜融合。利用这一机制的中和抗体可通过两种方式发挥抑制作用：其一，通过结合RBD阻断其与ACE2的相互作用，从而防止构象变化的发生；其二，通过直接结合S2关键融合结构域，稳定病毒处于融合前的亚稳态构象，使其无法完成膜融合所需的结构重排。

胞质内中和

长期以来，抗体被认为主要在细胞外环境中发挥免疫保护作用。然而，研究表明抗体也能在细胞内有效中和病毒，阻止感染的进一步发展。胞质内中和机制通常发生在病毒已被内吞或部分进入宿主细胞后。抗体可与进入细胞的病毒复合物共同被内吞，在酸性内体中阻断病毒脱壳或核酸释放，从而中止感染。类似的机制多被报道于西尼罗河病毒（West Nile virus）与登革热病毒（Dengue virus），中和抗体先在细胞外结合病毒表面蛋白，病毒连同抗体复合物被内吞进入酸性内体后，抗体继续“锁定”包膜蛋白，使其无法在酸性环境中完成融合构象转换，从而导致病毒被困于内体并最终被溶酶体降解。

此外，抗体还可在细胞质内通过与胞内受体相互作用发挥效应。例如，抗体与细胞内受体TRIM21结合后，可触发蛋白酶体途径降解病毒成分，从而实现对病毒的直接清除。这类机制表明，抗体的中和作用并不局限于细胞外，而是能够延伸至病毒生命周期的多个阶段，包括进入后阻断、胞质清除等过程，构成了更全面的体内抗病毒防御体系。

抗体依赖性细胞毒作用（ADCC）

抗体依赖性细胞毒作用是中和抗体在体内发挥保护效应的重要机制之一，属于典型的Fc介导免疫反应。该机制主要通过抗体将自然杀伤细胞（NK细胞）等细胞毒性效应细胞招募至被感染靶细胞。

在病毒感染过程中，中和抗体识别并结合受感染细胞表面表达的病毒抗原，其Fc片段被效应细胞表面表达的FcγRIIIa（CD16a）受体识别，触发信号级联反应。NK细胞随之释放穿孔素与颗粒酶，穿孔素在靶细胞膜上形成孔洞，颗粒酶进入细胞诱导程序性凋亡。

通过这一机制，抗体可清除受感染细胞，阻断病毒复制与释放。ADCC的效应强度与抗体亚类（主要为IgG1与IgG3）、Fc糖基化状态以及Fc–FcR亲和力密切相关。

抗体依赖性细胞吞噬作用（ADCP）

抗体依赖性细胞吞噬作用是由吞噬细胞（主要为巨噬细胞与中性粒细胞）介导的清除机制。在病毒感染过程中，抗体结合病毒颗粒或受感染细胞表面抗原后，其Fc片段与吞噬细胞表面Fc受体（FcγRI、FcγRIIA、FcγRIII）相互作用，激活吞噬信号。被激活的吞噬细胞形成伪足包裹目标，形成吞噬体，随后与溶酶体融合形成吞噬溶酶体。在该结构内，病原体被溶酶体酶和活性氧降解销毁。

ADCP不仅有助于清除游离病毒，还能去除表达病毒抗原的受感染细胞，从而在体内维持持续的病毒控制。其效应受抗体浓度、亚类、Fc受体表达谱及糖基化状态影响。

补体系统的激活

补体活化是由一系列血浆蛋白组成的免疫级联反应，可通过中和抗体启动并介导病毒的裂解与清除。在经典通路中，抗体结合病毒表面抗原后，其Fc区域与补体蛋白C1q结合，触发补体级联反应，最终形成膜攻击复合物（MAC），直接裂解病毒包膜或感染细胞膜。此外，抗体也可通过替代通路和凝集素通路间接参与补体激活。补体系统不仅能通过直接溶解病毒或感染细胞发挥作用，还可通过“调理作用”增强吞噬细胞识别抗体-病毒复合物的能力。抗体介导的补体活化受多种因素影响，包括抗体同种型（IgM是最强的补体激活因子，IgG1与IgG3次之，IgA可通过凝集素通路激活）、抗体亲和力、价数、Fc糖基化状态以及病毒表面抗原密度和分布等。

结语

中和抗体是宿主抵御病毒感染的核心组成部分，其功能远不止于阻断病毒入侵。近年来的研究表明，中和抗体能够在病毒生命周期的多个阶段发挥作用——从结合病毒刺突蛋白阻断受体结合与膜融合，到在内体阶段“锁定”包膜构象、在胞质内通过TRIM21途径介导病毒降解；与此同时，Fc依赖的免疫效应如ADCC、ADCP与补体激活等机制则进一步扩展了抗体的抗病毒潜能。这些多层级、多机制的防御网络，使中和抗体不仅是评估疫苗免疫原性的重要指标，也是抗病毒治疗的重要靶点。

未来的研究将更多聚焦于解析中和抗体的结构基础与免疫功能的协同关系，阐明不同病毒间的交叉中和机制，并探索如何通过工程化手段优化抗体的亲和力、广谱性与体内效应。随着单克隆抗体治疗、抗体药物工程以及疫苗设计技术的持续发展，中和抗体研究必将继续在传染病防控与免疫治疗领域发挥关键作用。

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