新型冠状病毒mRNA疫苗接种后抗体反馈调节免疫记忆

Dennis Schaefer-Babajew

摘要

1909年首次记载了抗体对体液免疫的反馈抑制。随后的研究表明，根据环境的不同，抗体可以增强或抑制免疫反应。然而，关于预先存在的抗体如何影响记忆B细胞的发育却知之甚少。在这里，作者检测了接受两种高亲和力抗新型冠状病毒单克隆抗体和随后两剂mRNA疫苗的个体的记忆B细胞反应。作者发现，单克隆抗体的接受者产生的抗原结合和中和滴度仅比对照组略低。然而，接受单克隆抗体的个体的记忆B细胞与对照个体的记忆B细胞不同，因为它们主要表达低亲和力IgM抗体，这些抗体携带少量的体细胞突变，并表现出改变的受体结合域(RBD)靶特异性，与表位掩蔽一致。此外，77个测试的抗RBD记忆抗体中只有1个中和了病毒。这些发现背后的机制在小鼠实验中进行了检验，实验表明，在相同抗体存在下形成的生发中心由低亲和力B细胞主导。作者的结果表明，预先存在的高亲和力抗体通过两种不同的机制偏向生发中心和记忆B细胞选择:(1)通过降低B细胞的激活阈值，从而允许大量的低亲和力克隆参与免疫反应；和(2)通过直接掩蔽它们的同源表位。这也许可以部分解释加强免疫所引发的记忆抗体目标模式的改变。

主要的

为了研究被动施用单克隆抗体如何影响随后对人类疫苗接种的体液反应，作者研究了一组18名健康志愿者，他们接受了单剂量的两种长效抗新型冠状病毒单克隆抗体的组合，随后接受了两剂新型冠状病毒mRNA疫苗(图。1a)。两种抗体——C144-LS和C135-LS——以高亲和力(解离常数(Kd)= 18纳米，且Kd= 6 nM)并用最大半抑制浓度(IC₅₀)值分别为为2.55和2.98ng/ml。

图1:研究设计和血浆抗体活性。a，研究设计示意图，用标记表示相对于第一次接种疫苗时间的周数。单克隆抗体。b，显示了随时间变化的C135-LS(顶部，蓝色)和C144-LS(底部，红色)的血清水平。粗的彩色虚线表示单克隆抗体接受者的中值血清浓度(n= 18)，黑色细虚线代表个体参与者。两条垂直实线表示中值，灰色阴影区域表示从单克隆抗体给药到接种的时间范围。c–f，半最大血浆结合滴度(BT50)在对单克隆抗体接受者进行一剂(vax 1)和两剂(VAX 2)mRNA疫苗接种后转移到RBD(n= 18，绿色)和控制(n= 26，蓝色)。每个点代表一个个体。水平虚线代表用作阴性对照的健康个体的疫情前血浆样品的中值结合活性。c,d，IgM(c)和IgG(d)与WT RBD的结合滴度。e，IgG结合R346S/E484K(左)和N440K/E484K RBDs(扩展数据图。1). f，IgG结合NTD。g–i，血浆半最大中和滴度(NT50)单克隆抗体接受者的值(n= 18，绿色)和控制(n= 26，蓝色)对抗HIV-1伪型与新型冠状病毒WT S(g)，R346S/Q493K突变体S(h)和R346S/N440K/E484K突变体S(i)(扩展数据图。2).假病毒中的S蛋白g–i包含R683G替换。中的红色横条c–i红色的数字是g–i代表中间值。的统计显著性c–i使用双尾Mann–Whitney确定U-在每个时间点独立比较单克隆抗体接受者和对照之间差异的测试；P数值显示在图的上方。所有的实验都至少重复进行了一次。

在2021年1月13日和3月3日之间，23名新型冠状病毒-原始个体接受了C144-LS和C135-LS(n= 21)或安慰剂(n= 2)在洛克菲勒大学医院(ClinicalTrials.gov:NCT04700163)。通过将M428L和N343S突变引入抗体的Fc结构域，对抗体进行了修饰以延长其半衰期(LS)。个体以1:1的比例接受单剂量的C144-LS和C135-LS IgG1抗体，从最低剂量组的每种抗体皮下注射(皮下注射)100 mg开始，到最高剂量组的每公斤静脉注射(静脉注射)15 mg。对参与者进行纵向随访，以评估输注单克隆抗体的安全性和耐受性，并确定其药代动力学特性。

在接受了单克隆抗体的21名1期研究参与者中，共有18名参与者选择接受新型冠状病毒mRNA疫苗接种，并自愿参加评估他们对新型冠状病毒疫苗接种的免疫反应的平行观察研究(补充表格1和2)。第一剂和第二剂疫苗在抗体给药后的中位82天(范围42-110)和103天(范围70-131)给药(补充表1和2)。在接种疫苗时，C144-LS和C135-LS的血浆水平在5和100 g ml之间−1取决于剂量组(图。1b)。C144-LS和C135-LS的估计半衰期分别为69-99天和73-95天。

将18名接种过抗体的受试者与31名随机选择的无既往感染史的mRNA疫苗受试者进行比较9,11(图。1a和补充表格1).两组分别在第一次和第二次疫苗接种后13-28天(中位数，19天)和15-91天(中位数，29天)取样。这两个队列在人口统计学特征和疫苗配方方面相对匹配(补充表格1和2)，并且在观察期间的任何时候，研究中包括的个体都没有血清转化为核衣壳(N ),这表明他们仍然是初次感染。

讨论

作者的实验表明，预先存在的抗体改变了人类记忆B细胞对新型冠状病毒mRNA疫苗接种的反应。与最近的报道一致，C144-LS和C-135-LS没有显著干扰与两种单克隆抗体靶位点以外的表位结合的循环抗体的形成。此外，尽管作者发现单克隆抗体接受者在一剂后内源性中和反应降低，但这种差异在两剂mRNA疫苗接种后不再显著。相比之下，抗RBD特异性记忆B细胞的发展被深刻地改变了。具体而言，进入人类和小鼠记忆和生发中心B细胞区室的亲和力阈值降低，并且在存在预先存在的抗体的情况下，靶向的表位发生了变化。

在2剂mRNA疫苗接种后，表达对1、2或3类表位特异的IgG抗体的记忆细胞通常主导抗RBD反应。相比之下，作者发现单克隆抗体的接受者产生了数量增加的IgM抗RBD记忆细胞，其表达的抗体具有与表位掩蔽一致的改变的表位特异性。这也可以解释在第三剂新型冠状病毒mRNA疫苗后，记忆B细胞特异性从1类和2类转移，增加了中和反应的广度。

从二十世纪早期抗白喉毒素抗体的实验开始，在实验动物中的大量工作表明，多克隆免疫血清或单克隆抗体的被动转移可以以表位特异性的方式改变随后的体液免疫反应。最近，通过预先存在的抗体进行的表位掩蔽被证明干扰了对疟疾疫苗接种的表位特异性浆母细胞反应。在疟疾疫苗试验中，第三剂疫苗比第二剂疫苗产生的高亲和力抗体生成浆细胞比例更小，这归因于表位掩蔽。在转基因小鼠中证实了预先存在的高亲和力抗体的掩蔽作用，表明高亲和力抗体以表位特异性方式阻断B细胞进入生发中心。然而，这些结果是在限制性转基因B细胞库的背景下获得的，并且没有检测在多克隆反应中预先存在的抗体对记忆B细胞发育的影响。作者的临床试验和小鼠实验的结果与观察结果一致，即预先存在的抗体阻断表位特异性B细胞的发育。作者的实验扩展了先前的观察结果，因为作者还检测了在存在预先存在的抗体的情况下对抗原有反应的B细胞产生的抗体的特异性和抗原结合亲和力。值得注意的是，作者发现预先存在的高亲和力抗体降低了B细胞参与免疫反应的亲和力阈值。结果，由在接种疫苗前接受单克隆抗体输注的人中发育的记忆B细胞表达的抗SARS-CoV2抗体主要是低亲和力的。相比之下，疫苗引发后出现的低亲和力多克隆抗体可能通过尚未完全阐明的机制增强疫苗加强免疫应答。

记忆B细胞可以通过两种不同的途径发育。类别转换记忆B细胞携带相对较高亲和力的抗体，具有大量的体细胞突变，在生发中心发育。相比之下，表达IgM的记忆B细胞携带亲和力较低的抗体，只有少量突变通过生发中心非依赖性途径发展。作者的人类数据表明，C144-LS和C135-LS的被动转移可能通过产生免疫复合物而有利于生发中心非依赖性途径。免疫复合物捕获并隔离淋巴器官中的抗原，从而增加局部抗原浓度。此外，它们包含抗原的多拷贝，其形式通过亲和力效应增加表观亲和力，从而使得具有非常低亲和力受体的B细胞能够募集到免疫反应中。增加的抗原浓度和亲合力效应共同降低了选择严格性，并有助于解释在人单克隆抗体受体中发现的低亲和力RBD结合B细胞的增加，因为这允许激活大量丰富的低亲和力克隆，否则这些克隆不会被招募到免疫反应中。因此，表位掩蔽和降低的亲和力阈值的结合使随后的B细胞反应多样化。

总之，生发中心的组成和对疫苗接种反应的记忆发展受到预先存在的抗体的影响，这些抗体可以改变反应细胞的抗体靶谱、亲和力和同种型。通过这种机制使抗体反应多样化可能有助于增加疫苗的广度，如新型冠状病毒疫苗，但干扰了其他疫苗的广度和效力的发展，如HIV-1或流感，因为它将免疫从广泛中和转移到毒株特异性表位，并允许越来越多表达脱靶抗体的低亲和力前体参与免疫反应。

Schaefer-Babajew D, Wang Z, Muecksch F, Cho A, Loewe M, Cipolla M, Raspe R, Johnson B, Canis M, DaSilva J, Ramos V, Turroja M, Millard KG, Schmidt F, Witte L, Dizon J, Shimeliovich I, Yao KH, Oliveira TY, Gazumyan A, Gaebler C, Bieniasz PD, Hatziioannou T, Caskey M, Nussenzweig MC. Antibody feedback regulates immune memory after SARS-CoV-2 mRNA vaccination. Nature. 2023 Jan;613(7945):735-742. doi: 10.1038/s41586-022-05609-w. Epub 2022 Dec 6. PMID: 36473496.