胡家志课题组发表抗体“点石成金术”，助力抗体高效定向进化

2026年05月06日，北京大学生命科学学院、北大-清华生命科学联合中心、北京大学成都前沿交叉生物技术研究院胡家志课题组在Genome Research发表了标题为：Restoring the potency of a neutralizing antibody via guided hypermutation with hyper-antibody editor HAE1的研究论文。该项研究中作者开发了用于抗体体外进化的高频抗体编辑器HAE1，并搭建了在哺乳动物细胞内可同时跨膜和分泌的抗体表达系统，成功实现了SARS-CoV-2突变体的逃逸抗体在胞内的定向进化过程，为抗体性能优化提供了高效的技术路线。这一技术为临床上中和抗体快速迭代、病毒变异株应急药物研发、肿瘤及自身免疫病相关治疗抗体的优化提供了高效解决方案，大幅提升抗体亲和力并缩短抗体研发周期，为应对突发传染病等提供了关键底层技术支撑。

体细胞高频突变（Somatic hypermutation, SHM）是 B 细胞在抗原刺激下，经激活诱导胞嘧啶脱氨酶（Activation-induced cytidine deaminase, AID）在抗体可变区引入高频突变、驱动抗体亲和力成熟的核心过程。体外抗体进化技术正是借鉴这一原理以提升抗体性能，但现有方法仍存在明显局限：噬菌体与酵母展示系统仅能表达抗体片段，难以实现全长抗体的正确糖基化与功能；基于 AID 过表达的哺乳动物细胞展示系统突变效率偏低；而引导超突变（Guide-hypermutation, GHM）工具虽创造性的引入靶向系统提升了AID在细胞内的进化效率，但其突变类型仍较天然 SHM 更为单一。

针对上述问题，胡家志课题组依托基因编辑研究基础，将无 PAM 限制的 SpRY Cas9 与胞嘧啶、腺嘌呤脱氨酶融合，开发出高频抗体编辑器 HAE1，可对抗体可变区实现任意碱基的靶向突变，显著拓展体外进化的序列多样性（图1A）。同时，团队构建了内含子介导的双表达系统，可在哺乳动物细胞中同步表达跨膜型与分泌型抗体：跨膜形式用于突变细胞的筛选分选，分泌形式则可快速完成亲和力验证（图1B），大幅优化了抗体胞内进化与功能评价流程。

图1： HAE1工具和抗体双表达系统的构建。

A：HAE1宽域碱基编辑器的组成，其中NNN的PAM序列可以靶向任意区域，从而实现抗体可变区CDR的任意编辑。

B：构建的抗体表达系统可以通过内含子的可变剪接同时实现抗体的跨膜和分泌表达。

为了验证开发出来的HAE1工具在抗体定向进化上的效率，胡家志课题组选择了SARS-CoV-2 Omicron突变株逃逸抗体CV07-209作为模型抗体。该抗体可高效特异性结合SARS-CoV-2 Delta突变株的S蛋白，但其对Omicron BA.1、BA.2等分支的结合能力几乎完全丧失，中和活性下降90%以上，是评估抗体定向进化工具效率、模拟临床逃逸抗体改造场景的理想模型。针对CV07-209抗体重链三个CDR区，设计了多个靶向编辑位点（图2A）。随后通过两轮定向进化及高通量ELISA检测，快速筛选可特异性结合 BA.1突变株S蛋白的阳性克隆。结果显示，HAE1可快速实现抗体可变区的高频多样化突变，且突变类型覆盖胞嘧啶与腺嘌呤的双向替换，更接近自然体细胞高频突变特征。经过单克隆筛选与功能验证，成功获得了2株突变抗体（P6和P42），在保持对Delta突变株识别能力的同时，展现出了对BA.1高效的中和能力（图2B）。

图2：利用HAE1工具进化逃逸性抗体CV07-209。

A：CV07-209重链基因的编辑方案。

B：两轮筛选后得到能够识别BA.1突变株的P6和P42中和抗体。

综上所述，HAE1作为一种新型GHM工具，结合无PAM限制的SpRY和双脱氨酶系统，实现了抗体进化过程中的灵活靶向和广泛突变，犹如抗体“点石成金笔”（图3）。

图3：抗体定向进化概念图。金色的笔表示新型编辑器HAE1，能够将低亲和力的抗体分子（银色Y）高效的进化成高亲和力抗体分子（金色Y），赋予其特定目标性状。

本文通讯作者为北京大学生命科学学院、北大-清华生命科学联合中心、北京大学成都前沿交叉生物技术研究院的胡家志教授。胡家志课题组已毕业博士生王渝鸿和郭岳峰为该论文的共同第一作者。课题组卢秋宇、刘心怡、陈佳艺、皮睿琦等博士研究生，北京大学成都前沿交叉生物技术研究院甘婷婷、卢如森博士，中国科学院分子细胞科学卓越创新中心孟飞龙教授等亦有重要贡献。该工作得到了国家自然科学基金、科技部重点研发计划、农业农村部、四川省自然科学基金等项目的资助与支持。

原文地址：doi: 10.1101/gr.281396.125.

胡家志实验室网址：https://hulab.pku.edu.cn/