每年，全球約60萬人死于瘧疾，其中多數是非洲的五歲以下兒童。這種傳染病由惡性瘧原蟲引起，會引發腦瘧疾等致命并發癥。而生活在瘧疾流行區的人會逐漸產生免疫力，血液中存在能阻斷瘧疾的保護性抗體。這些人體內天然產生的保護性抗體像是一個寶藏，如果有技術能把這些抗體測出來，就可以將其用于疫苗或藥物研發，相當于掌握了打開人體天然抗體這個寶藏大門的鑰匙。
2025年8月20日，一項剛剛發表在PNAS的研究就驗證了這個思路：快序生物的加拿大公司Rapid Novor和來自丹麥哥本哈根大學、美國斯克利普斯研究所、坦桑尼亞國家醫學研究所組成的跨國研究團隊，通過快序自主研發的多抗測序技術，直接從一名瘧疾暴露兒童的血清多抗中，“釣”出了一組能廣泛抑制瘧原蟲致病蛋白的抗體[1]。這一突破充分驗證了快序直接從人血多抗蛋白中解析天然功能抗體序列的技術實力。快序這項技術的應用前景，絕不僅限于傳染病防治，也為將來的自免和癌癥藥物的研發提供了全新的路徑。
更令人振奮的是，這是繼Rapid Novor快序生物于2024年10月在Nature Communications發表從新冠疫苗接種者的血清多抗中發現中和抗體的研究成果后[2]，其血清多抗測序技術在頂級學術期刊發布的又一成功案例。本研究將人體多抗從頭測序的應用場景，從疫苗接種者血清直接拓展至真實世界的康復患者血清——后者的發病和采血時間不可控，功能性抗體的濃度也更低，卻具有不可替代的臨床與轉化價值。這一成果標志著快序通過血清多抗蛋白測序進行抗體發現路徑已經成熟，也進一步彰顯了快序生物在蛋白從頭測序技術領域的絕對領跑地位。
瘧疾的致病機制：PfEMP1蛋白介導的黏附
要理解這項研究的意義，得先從瘧疾的致病機制說起。當惡性瘧原蟲侵入人體紅細胞后，會在細胞表面表達一種名為PfEMP1（惡性瘧原蟲紅細胞膜蛋白1）的蛋白。這種蛋白能牢牢抓住血管內皮細胞上的受體，如EPCR（內皮蛋白C受體），讓紅細胞黏附在血管里不被脾臟清除。大量被感染的紅細胞堵塞毛細血管，會導致腦、肺等重要器官血流受阻，引發炎癥和組織損傷，最終發展為腦型瘧疾等嚴重病癥，死亡率極高。
研究發現，PfEMP1家族存在許多變體，其中含CIDRα1結構域的變體最危險，它們能精準結合EPCR受體，是導致重癥瘧疾的“主力”。幸運的是，人體免疫系統會針對CIDRα1產生抗體，這些抗體能切斷PfEMP1與EPCR的連接，阻止紅細胞黏附。
但問題來了：CIDRα1家族成員眾多，序列差異極大，因此很難找到能“通殺”多種變體的廣譜抗體。更麻煩的是，傳統方法從人體內尋找這些抗體，需要分離血液中的B細胞，通過噬菌體篩選或單B細胞測序等方法尋找有效抗體，而血液中分泌抗體的漿細胞極少，因此篩選難度極大，流程繁瑣，耗時較長且成功率沒有保障。
從血清多抗蛋白中直接解析抗體序列
研究團隊從坦桑尼亞瘧疾流行區的瘧疾暴露者中，篩選出了血清中CIDRα1抗體反應最強的個體，通過抗原親和純化，獲得了對CIDRα1變體具有廣泛抑制性，且能阻斷與EPCR結合的IgG多抗。接下來，通過多抗測序技術對血清抗體蛋白進行測序，成功解析了天然血清抗體中的單抗序列（圖1）。
圖 1. 多抗測序結合轉錄組分析血清抗體
結合CIDRα1的廣譜中和抗體篩選
從110號樣本親和純化富集的IgG中發現了3種抗體，其中存在一個克隆家族110-3（IGHV1-69基因起源，包含8個IGHV變體，CDR3區域序列高度保守），提示它們可能為同一B細胞克隆的體細胞突變產物。將這8個重鏈變體與相同110-3輕鏈配對重組表達后，研究人員發現它們均廣泛結合CIDRα1.4-8（13/19），且對EPCR結合有強抑制作用（>50%）。進一步對110-3.4和110-3.6抗體（CDR3存在一個丙氨酸/脯氨酸差異）的分析顯示：二者的生物膜干涉（BLI）結果表明他們對CIDRα1變體具有高親和力（解離速率極慢）；Luminex中和能力測定結果顯示其對13種CIDRα1與EPCR結合的平均半數抑制濃度（IC50）分別為0.79 μg/mL和0.34 μg/mL，與此前發現的廣譜抗體C7（0.1 μg/mL）、C74（0.38 μg/mL）相當。在瘧原蟲感染紅細胞模型中，110-3.4能有效抑制表達CIDRα1.4（HB3VAR03）和CIDRα1.6（IT4VAR18）的紅細胞與EPCR的黏附，效果與陽性對照（重組可溶性 EPCR）相當（圖 2）。
圖 2. 110-3家族單克隆抗體的序列和功能分析
中和抗體110-3與CIDRα1結合的結構表征
為揭示作用機制，研究團隊通過冷凍電鏡解析了110-3.4抗體Fab區與PfEMP1的IT4VAR22三結構域蛋白（含CIDRα1.7）的復合物結構，分辨率達到3.4?，可以清晰呈現蛋白質的二級結構、抗原抗體互作界面等細節。
結果顯示，110-3.4 Fab結合于CIDRα1的EPCR結合及支持螺旋（EB和EBS），其重鏈CDR3和CDR1形成疏水縫隙，通過氫鍵與CIDRα1中保守的雙苯丙氨酸基序（FF，EPCR結合核心）互補，占據EPCR的結合口袋實現阻斷（圖 3）。此外，110-3家族的CDR3存在NXT（含糖基化）和NPT（無糖基化）兩種基序，但糖基化狀態不影響抗體的親和力和結合廣度——冷凍電鏡數據顯示，110-3.4的聚糖方向遠離CIDRα1結合界面，因此不干擾相互作用。
圖 3. 110-3與CIDRα1相互作用的分子機制
意義：為疫苗和抗體藥物開發提供指導
110-3抗體組是目前第三例報道的CIDRα1廣譜抑制性抗體，其發現證實：即便針對CIDRα1這一高度變異的蛋白家族，瘧疾暴露人群的免疫系統仍能通過多種分子機制產生靶向同一致病靶點的廣譜保護性抗體——110-3使用IGHV1-69基因，與C7、C74的VH基因不同，卻都能通過獨特的結合模式實現廣譜抑制。
這一發現為瘧疾疫苗研發提供了新思路：可以借鑒110-3、C7、C74的共同表位（如保守的FF基序），并兼顧它們“和而不同”的作用模式設計疫苗，以誘導更全面的保護屏障。此外，這種從人血清抗體中直接獲得的全人源中和抗體，有望直接被開發為抗瘧疾藥物。更重要的是，這種無需依賴單個B細胞分離篩選、直接從血清中鑒定抗體的技術，為快速挖掘其他傳染?。ㄈ绮《尽⒓毦腥荆┑奶烊槐Ｗo性抗體開辟了高效路徑。或許，解開天然人血清抗體序列的奧秘，正是攻克傳染病的關鍵所在。
參考文獻
[1] Turner, L., Nunez de Villavicencio Diaz, T., Raghavan, S. S. R., Kana, I. H., Lyimo, E., Reitzel, C., Wang, C. W., Berube, E., Jensen, R. W., Loeffler, J. R., Fernández-Quintero, M. L., Theander, T. G., Lusingu, J. P. A., Le Bihan, T., Han, X., Minja, D. T. R., Ward, A. B., Ma, B., & Lavstsen, T. (2025). Identification of broadly inhibitory anti-PfEMP1 antibodies by mass spectrometry sequencing of plasma IgG from a malaria-exposed child. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 122(34), e2508744122. https://doi.org/10.1073/pnas.2508744122
[2] Le Bihan, T., Nunez de Villavicencio Diaz, T., Reitzel, C., Lange, V., Park, M., Beadle, E., Wu, L., Jovic, M., Dubois, R. M., Couzens, A. L., Duan, J., Han, X., Liu, Q., & Ma, B. (2024). De novo protein sequencing of antibodies for identification of neutralizing antibodies in human plasma post SARS-CoV-2 vaccination. Nature communications, 15(1), 8790. https://doi.org/10.1038/s41467-024-53105-8
