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中东呼吸综合征冠状病毒(Middle East respiratory syndrome coronavirus,MERS-CoV)是2012年出现的新型冠状病毒,该病毒能够引发严重的人类呼吸系统的疾病,其致死率高达36%,目前还没有针对该病毒特异性治疗的药物和手段。MERS-CoV通过表面刺突蛋白(spike protein)识别并结合受体DPP4,其表面刺突蛋白N端S1亚基上的受体识别结合域(Receptor Binding Domain,RBD)主要负责与受体的结合。清华大学医学院张林琦教授课题组利用MERS-CoV RBD为诱饵,在人源单链抗体(single-chain antibody fragment,scFv)库中筛选到一株具有较高中和活性的单克隆抗体,MERS-4,并且通过定向区域置换和随机点突变的方法对该抗体进行了改造,改造后的抗体MERS-4V2就具有与MERS-4相当的中和活性。本文分别制备了MERS-CoV RBD与MERS-4 Fab复合物,MERS-CoV RBD与MERS-4V2 scFv复合物,并进行结晶,利用X-射线晶体学方法解析了两个复合物的晶体结构。目前报道的中和抗体主要直接与细胞受体DPP4竞争结合到RBD蛋白的受体结合结构域,MERS-4及其变体MERS-4V2与MERS-CoV RBD的结合是与DPP4结合相反的方向,主要识别由MERS-CoV RBDβ5-β6,β6-β7和β7-β8组成的表位,并且两株抗体识别的抗原表位基本相同。通过表面等离子共振(Surface Plasmon Resonance,SPR)技术和假病毒中和实验证明,MERS-CoV RBD上参与相互作用的的关键氨基酸发生突变后,抗体对其亲和力及中和敏感度都有所下降。通过比较未结合的MERS-CoV RBD,结合DPP4的MERS-CoV RBD,结合MERS-4和MERS-4V2的MERS-CoV RBD的结构,我们发现了结合MERS-4和MERS-4V2后的MERS-CoV RBD的β5-β6 loop的构象变化发生了显著的变化。这种变化涉及到β5-β6 loop向上偏移,使原本结合DPP4短螺旋的浅槽的开口变小,而阻止了DPP4的结合。综合来说,我们的研究结果证明了RBD上独特的抗体中和表位,并且通过抗体结合而发生的构象变化对DPP4的结合产生空间位阻。这种独特的特征还提供了MERS-4与其他抗体协同作用的基础,并为联合使用抗体提供了有价值的信息。