流感病毒為一種 RNA 病毒，依據其表面醣蛋白：血球凝集素（hemagglutinin, HA）、神經胺酸酶（neuraminidase, NA）而分為不同亞型。流感病毒具有高度變異性，包含本身基因組點突變（point mutation）造成的抗原微變（antigenic drift）、不同病毒株之間互相組合 HA 或 NA 片段造成的抗原移型（antigenic shift）[1]，使得每年引發大流行的病毒株有所不同，增加預防及疫苗開發的難度。
為此，眾多科學家們致力於尋找通用型抗體（broadly neutralizing antibody, bnAbs），然而以 Dr. Ian Wilson 為首的研究團隊另其道而行，以單域抗體（single-domain antibody, snAb）為基礎，首次開發出能通用於A、B型多種流感病毒亞型的多域抗體（multidomain antibodies, MDAb），且保護效果較現有通用型抗體更好 [2]。
單域抗體於1990年代自羊駝血清中分離而得，其結構缺少輕鏈、僅有單一重鏈：VHH域（VHH domain），但仍能與特定抗原結合。因其尺寸較傳統抗體小且僅有單一域，使製造與操作難度大幅降低，故成為尋找新藥的策略之一 [3]。
研究團隊首先透過噬菌體顯示法（phage display）篩選出對A、B型數種亞型流感病毒的 HA 有中和（neutralization）活性的 snAb，分別為針對A型的 SD36 和 SD38 、針對B型的 SD83 和 SD84，再逐一測試其單獨或結合為多域抗體時的中和活性。體外測試結果顯示，SD36-SD38 多域抗體相較單域抗體，對更多種 A 型流感亞型病毒 HA 有明顯中和活性；SD83-SD84 多域抗體相較單域抗體，對B型流感 HA 的中和活性更高。
圖片說明：不同單域抗體、多域抗體對不同流感病毒的中和效果。IC50：半抑制濃度（Half-maximal inhibitory concentrations）圖片來源：DOI: 10.1126/science.aaq0620
故團隊進一步再將此四種單域抗體與免疫球蛋白G1（immunoglobulin G1, IgG1）的可結晶片段區域（Fragment crystallizable region, Fc）結合，在動物實驗中測試，採取兩種給藥方式：靜脈注射、腺相關病毒 (Adeno-associated virus)載體的外源基因表現。結果顯示兩種方式皆能讓小鼠抵抗不同A、B型流感病毒，且效果較現有通用型抗體更好。
除此之外，研究團隊也解析這些單域抗體和流感病毒 HA 的結合機制，透過蛋白質結晶與電子顯微鏡觀察，找出了抗體結合的表位（epitope）並解出各單域抗體的結構。同時也發現單域抗體結合的表位序列，在不同亞型 HA 中仍有高度相似性，為保守區域（conserved domain）！
圖片說明：單域抗體、結合表位的結晶結構。
圖片來源：DOI: 10.1126/science.aaq0620
此研究不僅解析抗原抗體結合的基礎機制資訊，提供了對 A、B 兩種流感皆適用、更能搶在流感剛發生時即實施的通用流感病毒保護策略，研究團隊也進一步發想其作為例行性預防疫苗的發展可能，期能更好的對抗一發常難以收拾的流感。
延伸閱讀：
- 以結構生物學角度探討新穎的抗流感藥物設計
- 認識流感疫苗（行政院衛生署疾病管制局，2011）
參考文獻：
- Bouvier, N. M., & Palese, P. (2008). The biology of influenza viruses. Vaccine, 26, D49-D53.
- Laursen, N. S., Friesen, R. H., Zhu, X., Jongeneelen, M., Blokland, S., Vermond, J., … & van der Neut Kolfschoten, M. (2018). Universal protection against influenza infection by a multidomain antibody to influenza hemagglutinin. Science, 362(6414), 598-602.
- M. M. Harmsen, H. J. De Haard. (2007) Properties, production, and applications of camelid single-domain antibody fragments. Applied Microbiology Biotechnology, 77, 13–22.
撰文｜黃云宣
審稿｜蕭皓文
