頂尖愛滋團隊新冠重磅研究:某稀有抗體反覆出現提示疫苗線索

 

原標題:頂尖愛滋團隊新冠重磅研究:某稀有抗體反覆出現提示疫苗線索

 

新冠病毒進入細胞取決於病毒的S蛋白(spike protein)與人類細胞受體的結合域(RBD)。儘管尚無新冠疫苗,但抗體對全球抗疫至關重要。目前,一支頂尖愛滋病研究團隊已從新冠康復者的血漿中提取、鑒定抗體,並發現了高中和活性、稀有但反覆出現的RBD特異性抗體。這提示根據該抗體研發的疫苗,可能對大眾普遍有效。

 

以上發現來自醫學預印本網站bioRxiv刊發的美國洛克菲勒大學、加州理工大學、霍華德休斯醫學研究所、陳·扎克伯格生物中心(Chan Zuckerberg Biohub)的新冠抗體重磅研究:Convergent Antibody Responses to SARS-CoV-2 Infection in Convalescent Individuals。論文刊發時間為當地時間5月15日,通訊作者有美國洛克菲勒大學分子免疫學實驗室主任Michel Nussenzweig和Paul Bieniasz教授等。

 

 

 

 

作為愛滋病領域的頂尖學者,Nussenzweig的研究聚焦於免疫系統固有和適應性反應的分子機制,研究方法結合了生物化學、分子生物學和遺傳學。他專注於B淋巴細胞和HIV-1抗體研究。為應對COVID-19暴發,Nussenzweig已將其研究擴展到SARS-CoV-2,並從康復患者體內分離並鑒定高效的中和抗體。

 

另一位通訊作者Paul Bieniasz教授同樣是愛滋病領域的頂尖學者。他的研究試圖定義宿主基因如何影響病毒的複製,重點是人類和靈長類動物免疫缺陷病毒。其實驗室致力於表徵病毒模仿、操縱和以其他方式利用的宿主功能,以及防禦細胞針對病毒感染而進化的特徵。

 

當地時間5月13日,世衛組織(WHO)衛生緊急項目負責人邁克爾·瑞安(Mike Ryan)表示,新冠病毒可能成為長期問題,很難預測何時可以戰勝病毒,它可能成為永遠不會消失的流行性病毒。瑞安以愛滋病為例,指出儘管愛滋病毒沒有消失,但人類已找到治療方法和預防手段,人們也不再像以前那樣恐懼愛滋病。

 

附:研究方法

 

新冠病毒的S蛋白負責與人體受體結合入侵,這通常是藥物研發的重要靶標。在感染過程中,S蛋白被宿主蛋白酶(如TMPRSS2)裂解為N端S1亞基和C端S2亞基,S1和S2分別介導受體結合和膜融合。其中,S1包含N末端結構域(NTD)和受體結合結構域(RBD),在確定組織向性和宿主範圍方面至關重要。在病毒入侵人體時,RBD會與人類受體ACE2(血管緊張素轉化酶2)結合。

 

但目前,關於人類對SARS-CoV-2的抗體應答知之甚少。在這項研究中,研究團隊報告了68名COVID-19康復者,並且均未住院。這些康復者在癥狀發作后30天收集的血漿的半最大中和滴度範圍分佈各不相同,從不可檢測(占樣本的18%)到低於1:1000(占樣本的78%),只有3%的康復者大於1:5000。

 

抗體克隆顯示了RBD特異性記憶B細胞(表達密切相關的抗體)在不同個體中的擴增克隆。儘管血漿滴度較低,但針對RBD上獨特表位的抗體的半抑制濃度可以在低至ng/mL級別時進行中和。以此,大多數未住院而從COVID-19中恢復的個體,其恢復性血漿不包含高水平的中和活性。然而,在所有測試的個體中都發現了具有有效抗病毒活性的稀有但反覆出現的RBD特異性抗體,這表明根據此類抗體研發的疫苗可能普遍有效。

 

在2020年4月1日至4月17日之間,有73名符合條件的參與者進入了研究。其中有48名(65.8%)是通過RT-PCR確診的新冠患者(下稱「病例」),25名(34.2%)是診斷病例的密切接觸者(下稱「接觸者」)。有5例沒有出現癥狀的密切接觸者被排除在進一步分析之外。

 

收集樣本時,這68人已經至少14天不再有任何癥狀。只有一名SARS-CoV-2核酸檢測是陽性的無癥狀者,其他67名參與者平均發病時間約為樣本採集前30天(17至48天)。在該隊列中,癥狀平均持續10天(0-28天),並且都未入院。最常見的癥狀是發燒(82.4%),咳嗽(64.7%),肌痛(55.9%)和疲勞(54.4%),合併症則很少見(8.8%)。性別之間,病例與接觸者之間,癥狀的持續時間或嚴重程度,或癥狀發作至採集樣品的時間之間,沒有顯著差異。

 

測試的血漿樣本中,88%和66%顯示有針對RBD特異的IgG和IgM抗體(高於對照組至少2個標準差)。然而血漿樣本中抗三聚體S蛋白的IgG和IgM抗體應答只有40%和21%(高於對照組至少2個標準差)。IgG和IgM抗體水平與樣本是發病後多久採集、年齡、性別、病例或接觸者之間沒有顯著差異。相反,IgG抗體與RBD和S蛋白的結合與癥狀的持續時間直接相關,但IgM抗體與RBD和S蛋白的結合與癥狀的持續時間無關。最後,對S蛋白的抗體水平,性別間差異不大,但是女性對RBD的IgG結合抗體的效果比男性低。

 

 

 

為了測量恢復性血漿的中和活性,研究者使用假病毒測定法,該方法使用攜帶納米熒光素酶報告基因的HIV-1基病毒粒子和SARS-CoV-2 S蛋白。用半最大中和效價(NT50)衡量的隊列中的中和活性總體水平通常較低,無法檢測到的為18%,低於1000的則為78%。NT50的幾何平均值為212(算術平均值=850),只有2個人的NT50達到5000以上。研究認為,中和活性與癥狀的持續時間和癥狀嚴重程度相關,但與癥狀,年齡,性別或病例/接觸狀態的發作相關的樣品採集時間無關。值得注意的是,結合RBD和S的IgG抗體的水平與NT50密切相關。

 

 

 

 

為了確定由SARS-CoV-2感染引發的抗體的性質,研究者使用流式細胞儀從6名參與者的血液中分離出了帶有結合RBD受體的B淋巴細胞,這6名參與者中包括2名具有最佳抗體中和活性的患者。抗原特異性B細胞的頻率由其結合藻紅蛋白(PE)和BV711標記的RBD的能力確定,在COVID-19恢復期的循環B細胞範圍為0.07至0.005%,但在對照組中無法檢測到。研究者通過逆轉錄和PCR,從6名恢復期個體的單個RBD結合B細胞中獲得534對IgG重鏈和輕鏈(IGH和IGL)序列。與人類抗體庫相比,IGH和IGL基因有幾個明顯超標。IGH和IGL的V基因核苷酸突變的平均數分別為4.2和2.8,這比從患有慢性感染的個體克隆的抗體中要低,比如乙型肝炎或HIV-1,並且類似於源自原發性瘧疾感染或非抗原富集的循環IgG記憶細胞的抗體。

 

 

 

與其他人類病原體一樣,在所有測試的COVID-19個體中都有抗原結合B細胞的擴增克隆。總體而言,復原IGH和IGL序列的32.2%來自克隆擴增的B細胞(範圍為21.8-57.4%)。在不同個體中共享IGHV和IGLV基因特定組合的抗體占所有克隆序列的14%。值得注意的是,在不同個體中發現的一些抗體的氨基酸序列幾乎相同。例如,在不同個體中反覆發現的具有IGHV1-58/IGKV3-20和IGHV3-30-3/IGKV1-39的克隆抗體的氨基酸序列,同一性高達99%和92%。研究者得出的結論,對SARS-CoV-2RBD的IgG記憶反應在周期性克隆擴增的抗體序列中高度豐富。

 

為了檢查抗SARS-CoV-2抗體的結合特性,研究者表達了34種代表性抗體,其中24種來自克隆,10種來自單體(3個參與者血漿中發現)。ELISA分析顯示,94%(34種抗體中的32種)以6.6ng/mL的半最大有效濃度(EC50)與SARS-CoV-2RBD結合,。為了確定這些抗體是否具有中和活性,研究者針對SARS-CoV2-Strunc假病毒進行了測試。在測試的32種RBD結合抗體中,發現20種可以在納克/毫升數量級的半最大抑制濃度(IC50)下有小中和,濃度範圍為4.4至709納克/毫升。在個體中發現有效的中和抗體,與血漿NT50無關。例如,從血漿NT50值分別為5053和298的個體COV21和COV107獲得了C002和C121,IC50分別為8.9和6.7ng/mL。最後,具有共享IGHV和IGLV基因的抗體的克隆是最好的中和劑之一,例如具有IGHV3-30/IGKV1-39的抗體C002,這兩個供體均具有最好的血漿中和活性。研究者得出的結論是,即使具有中等血漿中和活性的人,也具有產生有效SARS-CoV-2中和抗體的罕見IgG記憶B細胞。

 

為了確定具有中和活性的人抗SARS-CoV-2單克隆抗體是否可以結合到RBD上的不同域,研究者進行了雙層干涉測量實驗,其中將預先形成的抗體-RBD免疫復合物暴露於第二種單克隆抗體。測試的抗體包括2組,而C002和C105與預先形成的C121-RBD復合物結合,而C104,C110和C119沒有。結論是,像SARS-CoV一樣,SARS-CoV-2的RBD上至少存在2個不同的中和表位。

 

通過單細胞抗體克隆,個體在自然感染中獲得了對病毒和寄生蟲等病原體具有中和活性的人單克隆抗體。在模型生物和早期臨床研究中,已經顯示出幾種有效的保護和治療方法,但是目前只有一種抗病毒單克隆藥物正在臨床使用。與小分子藥物相比,抗體相對昂貴並且更難以生產。但是,它們與藥物的不同之處在於,它們可以通過與宿主免疫細胞上的Fcγ受體結合的恆定結構域參與宿主免疫系統。這些相互作用可以增強免疫力並幫助清除病原體或被感染的細胞,但它們也可以導致登革熱以及冠狀病毒感染增強。這個問題阻礙了登革熱疫苗的開發,但不會干擾有效的中和抗體的臨床應用,可以對其進行修飾以防止Fcγ受體相互作用並保持對病毒病原體的保護作用。

 

抗體是大多數疫苗必不可少的元素,可能會成為抗SARS-CoV-2的有效疫苗的關鍵組成部分。觀察表明,大多數恢復期患者的血漿中和活性較低,但是在血漿中和活性異常的患者中可以發現具有有效中和活性的抗SARS-CoV-2RBD復發的抗體,這表明人類具有內在的能力產生抗RBD能有效中和SARS-CoV-2的抗體。因此,特異性和有效地誘導靶向SARS-CoV-2RBD的抗體的疫苗可能是特別有效的。

 

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