Abstract Severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) Omicron sublineages BA.2.12.1, BA.4 and BA.5 exhibit higher transmissibility than the BA.2 lineage 1 . The receptor binding and immune-evasion capability of these recently emerged variants require immediate investigation. Here, coupled with structural comparisons of the spike proteins, we show that BA.2.12.1, BA.4 and BA.5 (BA.4 and BA.5 are hereafter referred collectively to as BA.4/BA.5) exhibit similar binding affinities to BA.2 for the angiotensin-converting enzyme 2 (ACE2) receptor. Of note, BA.2.12.1 and BA.4/BA.5 display increased evasion of neutralizing antibodies compared with BA.2 against plasma from triple-vaccinated individuals or from individuals who developed a BA.1 infection after vaccination. To delineate the underlying antibody-evasion mechanism, we determined the escape mutation profiles 2 , epitope distribution 3 and Omicron-neutralization efficiency of 1,640 neutralizing antibodies directed against the receptor-binding domain of the viral spike protein, including 614 antibodies isolated from people who had recovered from BA.1 infection. BA.1 infection after vaccination predominantly recalls humoral immune memory directed against ancestral (hereafter referred to as wild-type (WT)) SARS-CoV-2 spike protein. The resulting elicited antibodies could neutralize both WT SARS-CoV-2 and BA.1 and are enriched on epitopes on spike that do not bind ACE2. However, most of these cross-reactive neutralizing antibodies are evaded by spike mutants L452Q, L452R and F486V. BA.1 infection can also induce new clones of BA.1-specific antibodies that potently neutralize BA.1. Nevertheless, these neutralizing antibodies are largely evaded by BA.2 and BA.4/BA.5 owing to D405N and F486V mutations, and react weakly to pre-Omicron variants, exhibiting narrow neutralization breadths. The therapeutic neutralizing antibodies bebtelovimab 4 and cilgavimab 5 can effectively neutralize BA.2.12.1 and BA.4/BA.5, whereas the S371F, D405N and R408S mutations undermine most broadly sarbecovirus-neutralizing antibodies. Together, our results indicate that Omicron may evolve mutations to evade the humoral immunity elicited by BA.1 infection, suggesting that BA.1-derived vaccine boosters may not achieve broad-spectrum protection against new Omicron variants.

Coronavirus disease 2019 (COVID-19) has been demonstrated to be the cause of pneumonia. Nevertheless, it has not been reported as the cause of acute myocarditis or fulminant myocarditis. A 63-year-old male was admitted with pneumonia and cardiac symptoms. He was genetically confirmed as having COVID-19 according to sputum testing on the day of admission. He also had elevated troponin I (Trop I) level (up to 11.37 g/L) and diffuse myocardial dyskinesia along with a decreased left ventricular ejection fraction (LVEF) on echocardiography. The highest level of interleukin-6 was 272.40 pg/ml. Bedside chest radiographs showed typical ground-glass changes indicative of viral pneumonia. Laboratory test results for viruses that cause myocarditis were all negative. The patient conformed to the diagnostic criteria of the Chinese expert consensus statement for fulminant myocarditis. After receiving antiviral therapy and mechanical life support, Trop I was reduced to 0.10 g/L, and interleukin-6 was reduced to 7.63 pg/mL. Moreover, the LVEF of the patient gradually recovered to 68%. The patient died of aggravation of secondary infection on the 33rd day of hospitalization. COVID-19 patients may develop severe cardiac complications such as myocarditis and heart failure. This is the first report of COVID-19 complicated with fulminant myocarditis. The mechanism of cardiac pathology caused by COVID-19 needs further study.

Continuous evolution of Omicron has led to a rapid and simultaneous emergence of numerous variants that display growth advantages over BA.5 (ref. 1). Despite their divergent evolutionary courses, mutations on their receptor-binding domain (RBD) converge on several hotspots. The driving force and destination of such sudden convergent evolution and its effect on humoral immunity remain unclear. Here we demonstrate that these convergent mutations can cause evasion of neutralizing antibody drugs and convalescent plasma, including those from BA.5 breakthrough infection, while maintaining sufficient ACE2-binding capability. BQ.1.1.10 (BQ.1.1 + Y144del), BA.4.6.3, XBB and CH.1.1 are the most antibody-evasive strains tested. To delineate the origin of the convergent evolution, we determined the escape mutation profiles and neutralization activity of monoclonal antibodies isolated from individuals who had BA.2 and BA.5 breakthrough infections2,3. Owing to humoral immune imprinting, BA.2 and especially BA.5 breakthrough infection reduced the diversity of the neutralizing antibody binding sites and increased proportions of non-neutralizing antibody clones, which, in turn, focused humoral immune pressure and promoted convergent evolution in the RBD. Moreover, we show that the convergent RBD mutations could be accurately inferred by deep mutational scanning profiles4,5, and the evolution trends of BA.2.75 and BA.5 subvariants could be well foreseen through constructed convergent pseudovirus mutants. These results suggest that current herd immunity and BA.5 vaccine boosters may not efficiently prevent the infection of Omicron convergent variants.

Abstract Multiple BA.4 and BA.5 subvariants with R346 mutations on the spike glycoprotein have been identified in various countries, such as BA.4.6/BF.7 harboring R346T, BA.4.7 harboring R346S, and BA.5.9 harboring R346I. These subvariants, especially BA.4.6, exhibit substantial growth advantages compared to BA.4/BA.5. In this study, we showed that BA.4.6, BA.4.7, and BA.5.9 displayed higher humoral immunity evasion capability than BA.4/BA.5, causing 1.5 to 1.9-fold decrease in NT50 of the plasma from BA.1 and BA.2 breakthrough-infection convalescents compared to BA.4/BA.5. Importantly, plasma from BA.5 breakthrough-infection convalescents also exhibits significant neutralization activity decrease against BA.4.6, BA.4.7, and BA.5.9 than BA.4/BA.5, showing on average 2.4 to 2.6-fold decrease in NT50. For neutralizing antibody drugs, Bebtelovimab remains potent, while Evusheld is completely escaped by these subvariants. Together, our results rationalize the prevailing advantages of the R346 mutated BA.4/BA.5 subvariants and urge the close monitoring of these mutants, which could lead to the next wave of the pandemic.

Abstract SARS-CoV-2 Omicron sublineages have escaped most RBD-targeting therapeutic neutralizing antibodies (NAbs), which proves the previous NAb drug screening strategies deficient against the fast-evolving SARS-CoV-2. Better broad NAb drug candidate selection methods are needed. Here, we describe a rational approach for identifying RBD-targeting broad SARS-CoV-2 NAb cocktails. Based on high-throughput epitope determination, we propose that broad NAb drugs should target non-immunodominant RBD epitopes to avoid herd immunity-directed escape mutations. Also, their interacting antigen residues should focus on sarbecovirus conserved sites and associate with critical viral functions, making the antibody-escaping mutations less likely to appear. Following the criteria, a featured non-competing antibody cocktail, SA55+SA58, is identified from a large collection of broad sarbecovirus NAbs isolated from SARS convalescents. SA55+SA58 potently neutralizes ACE2-utilizing sarbecoviruses, including circulating Omicron variants, and could serve as broad SARS-CoV-2 prophylactics to offer long-term protection. Our screening strategy can also be applied to identify broad-spectrum NAb drugs against other fast-evolving viruses, such as influenza viruses.

Abstract Monoclonal antibodies (mAbs) targeting the SARS-CoV-2 receptor-binding domain (RBD) showed high efficacy in the prevention and treatment of COVID-19. However, the rapid evolution of SARS-CoV-2 has rendered all clinically authorized mAbs ineffective and continues to stymie the development of next-generation mAbs. Consequently, the ability to identify broadly neutralizing antibodies (bnAbs) that neutralize both current and future variants is critical for successful antibody therapeutic development, especially for newly emerged viruses when no knowledge about immune evasive variants is available. Here, we have developed a strategy to specifically select for potent bnAbs with activity against both existing and prospective SARS-CoV-2 variants based on accurate viral evolution prediction informed by deep mutational scanning (DMS). By adopting this methodology, we increased the probability of identifying XBB.1.5-effective SARS-CoV-2 bnAbs from ∼1% to 40% if we were at the early stage of the pandemic, as revealed by a retrospective analysis of >1,000 SARS-CoV-2 wildtype (WT)-elicited mAbs. From this collection, we identified a bnAb, designated BD55-1205, that exhibited exceptional activity against historical, contemporary, and predicted future variants. Structural analyses revealed extensive polar interactions between BD55-1205 and XBB.1.5 receptor-binding motif (RBM), especially with backbone atoms, explaining its unusually broad reactivity. Importantly, mRNA-based delivery of BD55-1205 IgG to human FcRn-expressing transgenic mice resulted in high serum neutralizing titers against selected XBB and BA.2.86 subvariants. Together, the ability to identify bnAbs via accurate viral evolution prediction, coupled with the speed and flexibility of mRNA delivery technology, provides a generalized framework for the rapid development of next-generation antibody-based countermeasures against SARS-CoV-2 and potentially other highly variable pathogens with pandemic potential.

Abstract The recent emergence of a SARS-CoV-2 saltation variant, BA.2.87.1, which features 65 spike mutations relative to BA.2, has attracted worldwide attention. In this study, we elucidate the antigenic characteristics and immune evasion capability of BA.2.87.1. Our findings reveal that BA.2.87.1 is more susceptible to XBB-induced humoral immunity compared to JN.1. Notably, BA.2.87.1 lacks critical escaping mutations in the receptor binding domain (RBD) thus allowing various classes of neutralizing antibodies (NAbs) that were escaped by XBB or BA.2.86 subvariants to neutralize BA.2.87.1, although the deletions in the N-terminal domain (NTD), specifically 15-23del and 136-146del, compensate for the resistance to humoral immunity. Interestingly, several neutralizing antibody drugs have been found to restore their efficacy against BA.2.87.1, including SA58, REGN-10933 and COV2-2196. Hence, our results suggest that BA.2.87.1 may not become widespread until it acquires multiple RBD mutations to achieve sufficient immune evasion comparable to that of JN.1.

Abstract Background: Ainuovirine (ANV) is a new generation of non-nucleoside reverse transcriptase inhibitor for the treatment of human immunodeficiency virus (HIV) type 1 infection. This study aimed to evaluate the population pharmacokinetic (PopPK) profile and exposure–response relationship of ANV among people living with HIV. Methods: Plasma concentration-time data from phase 1 and phase 3 clinical trials of ANV were pooled for developing the PopPK model. Exposure estimates obtained from the final model were used in exposure–response analysis for virologic responses and safety responses. Results: ANV exhibited a nonlinear pharmacokinetic profile, which was best described by a two-compartment model with first-order elimination. There were no significant covariates correlated to the pharmacokinetic parameters of ANV. The PopPK parameter estimate (relative standard error [%]) for CL/F was 6.46 (15.00) L/h, and the clearance of ANV increased after multiple doses. The exposure–response model revealed no significant correlation between the virologic response (HIV-RNA <50 copies/mL) at 48 weeks and the exposure, but the incidence of adverse events increased with the increasing exposure( P value of steady-state trough concentration and area under the steady-state curve were 0.0177 and 0.0141, respectively). Conclusions: Our PopPK model supported ANV 150 mg once daily as the recommended dose for people living with HIV, requiring no dose adjustment for the studied factors. Optimization of ANV dose may be warranted in clinical practice due to an increasing trend in adverse reactions with increasing exposure. Trial registration: Chinese Clinical Trial Registry https://www.chictr.org.cn (Nos. ChiCTR1800018022 and ChiCTR1800019041).

Summary Severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) XBB lineages have achieved dominance worldwide and keep on evolving. Convergent evolution of XBB lineages on the receptor-binding domain (RBD) L455F and F456L is observed, resulting in variants like EG.5, FL.1.5.1, XBB.1.5.70, and HK.3. Here, we show that neutralizing antibody (NAb) evasion drives the convergent evolution of F456L, while the epistatic shift caused by F456L enables the subsequent convergence of L455F through ACE2 binding enhancement and further immune evasion. Specifically, L455F and F456L evades Class 1 NAbs, which could reduce the neutralization efficacy of XBB breakthrough infection (BTI) and reinfection convalescent plasma. Importantly, L455F single substitution significantly dampens receptor binding; however, the combination of L455F and F456L forms an adjacent residue flipping, which leads to enhanced NAbs resistance and ACE2 binding affinity. Our results indicate the evolution flexibility contributed by epistasis cannot be underestimated, and the evolution potential of SARS-CoV-2 RBD remains high. Highlights L455F and F456L enhance the resistance to Class 1 NAbs L455F and F456L lower neutralization of XBB BTI convalescent plasma L455F+F456L flipping significantly increases ACE2 binding affinity