流感疫情每年导致全球300到500万例严重疾病和0.25-0.5万人死亡。季节性流感病毒包括甲型流感病毒和乙型流感病毒,其中H1和H3亚型是目前在世界人群中流行最主要的的两种甲型流感病毒。人类历史上出现流感大流行如1918年西班牙H1N1流感共造成超过数千万人死亡。最近2009年H1N1猪流感传播更为迅速,席卷200个国家和地区。另外,高致病性禽流感（Highly Pathogenic AvianInfluenza,HAPI）H5亚型致死率高达60%以上。由于病毒的突变和基因重排,流感疫苗每年都需要进行病毒株的更新,新的流感病毒株对治疗流感的离子子通道抑制剂和神经氨酸酶（NA）抑制剂均出现耐药性。流感病毒表面糖蛋白血凝素HA具有广谱中和抗体识别的位点,被认为是新型药物研发的关键靶标,基于这些靶点的广谱单抗治疗和通用疫苗设计给人类对抗多变的流感病毒带来了新的曙光。然而,靶向HA头部区的广谱中和抗体能否用于治疗流感,基于其识别表位如何进行通用流感疫苗的设计,仍然没有被阐明。本研究利用前期研究获得的一株与H5型交叉的H1广谱中和抗体12H5,深入探讨该抗体的中和机制和治疗潜能,解析其与流感病毒HA的免疫复合物晶体结构和冷冻电镜结构,并利用表位结构信息初步进行表位疫苗设计和可行性研究。首先,本研究开展了 12H5抗体的中和机制和治疗潜能研究。获得了高纯度的人鼠嵌合抗体C12H5,对季节性H1和流行性H1病毒HA具有良好的反应活性和较高的亲和力,同时可和H5 HA蛋白反应,各种反应活性与初始的鼠源抗体相当。在功能方面,C12H5表现出比其他H1代表性抗体更广谱的中和反应性,对季节性H1和流行性H1具有良好的动物体内保护效果,显著优于已报道的H1亚型广谱中和抗体;同时该嵌合抗体可跨型中和H5亚型病毒,在动物体内具有良好的抗病毒预防和治疗的效果。在抗体中和机制方面,C12H5抗体对流行性H1N1病毒主要在病毒入胞过程中发挥中和作用,而对季节性H1N1和H5N1则主要在抑制病毒入胞和出胞过程均发挥抗病毒效果。其次,本研究阐明了 12H5抗体的广谱中和结构基础。首次解析了与H5交叉中和的H1亚型头部区广谱中和抗体的免疫复合物晶体结构和冷冻电镜结构,获得12H5与CA HA头部区（流行性H1）分辨率为3.15 （?）的晶体结构和12H5与BJ（季节性H1）HA三聚体分辨率为6.95 （?）的冷冻电镜结构,两者的抗体结合方式一致。结构分析显示,12H5靶向HA的受体结合位点（Receptor binding site,RBS）,主要与 130loop,140loop,150 loop,190helix 发生相互作用。表位的序列保守性分析表明该表位在H1N1上高度保守,整体保守性为89.2%。进一步地,本研究阐明H1广谱中和和H5交叉中和的分子作用机制。通过丙氨酸扫描和定点突变,验证Y98,A137,H141,A142,G143,A144,W153,D190这8个位点为12H5识别H1的关键位点,平均保守性高达90%。同时验证Q142,R144,S145为12H5识别H5的特异关键位点,这三个位点的平均保守性为67%,解释了 12H5能识别部分H5N1病毒,具有跨亚型中和作用和动物保护的活性。此外,抗体12H5的LCDR1区在结构上能够识别190位氨基酸D和E氨基酸的多样性,该位点为病毒受体亚型识别转换的关键位点,解释了 12H5抗体可以承受病毒受体特异性的关键变异和跨亚型中和作用的功能。最后,本研究根据获得的中和表位结构信息进行表位疫苗设计,结果显示KLH载体偶联的多肽疫苗（命名为QH-KLH）产生的免疫血清与12H5表位具有反应性,对H1和H5组病毒攻毒的保护率分别为20%和40%,具有一定的交叉保护效果。综上所述,本研究利用病毒学、结构生物学、生物化学、分子及细胞生物学等技术手段,首次从功能上鉴定了与H5亚型交叉中和的血凝素头部区广谱H1N1亚型中和抗体,证明其在临床上具有潜在的应用前景;首次从结构上阐释了该抗体中和病毒感染的作用表位和分子机制,进一步通过表位疫苗设计,证实了该表位可以作为交叉疫苗开发的起始靶点,从而为流感通用疫苗分子设计和治疗性抗体及小分子药物开发提供了重要的信息。