mRNA疫苗诱导对SARS-CoV-2及其关注变体的持久免疫记忆

mRNA vaccines induce durable immune memory to SARS-CoV-2 and variants of concern

作者信息Rishi R Goel, Mark M Painter, Sokratis A Apostolidis, Divij Mathew, Wenzhao Meng, Aaron M Rosenfeld, Kendall A Lundgreen, Arnold Reynaldi, David S Khoury, Ajinkya Pattekar, Sigrid Gouma, Leticia Kuri-Cervantes, Philip Hicks, Sarah Dysinger, Amanda Hicks, Harsh Sharma, Sarah Herring, Scott Korte, Amy E Baxter, Derek A Oldridge, Josephine R Giles, Madison E Weirick, Christopher M McAllister, Moses Awofolaju, Nicole Tanenbaum, Elizabeth M Drapeau, Jeanette Dougherty, Sherea Long, Kurt D'Andrea, Jacob T Hamilton, Maura McLaughlin, Justine C Williams, Sharon Adamski, Oliva Kuthuru, UPenn COVID Processing Unit‡, Ian Frank, Michael R Betts, Laura A Vella, Alba Grifoni, Daniela Weiskopf, Alessandro Sette, Scott E Hensley, Miles P Davenport, Paul Bates, Eline T Luning Prak, Allison R Greenplate, E John Wherry
PMID34648302
期刊Science
发布时间2021-12-03
DOI10.1126/science.abm0829

实验完整度

高

包含人类队列(61名接种者)和感染队列(26名康复者)的纵向研究,综合抗体、记忆B细胞、T细胞及BCR测序分析,包含功能验证(体外再刺激)和机制分析(体细胞超突变),证据层级完整。

主要模型

SARS-CoV-2 mRNA疫苗接种者外周血样本 SARS-CoV-2感染康复者外周血样本 健康医护工作者(轻度COVID-19)队列

重点核对

疫苗类型:Pfizer BNT162b2或Moderna mRNA-1273 受试者分组:SARS-CoV-2未感染(N=45)与既往感染(N=16) 采样时间点:基线、初次接种后~2周、二次接种当天、二次接种后~1周、初次接种后~3个月和~6个月 抗体检测:ELISA(抗spike、抗RBD IgG)和假病毒中和实验(D614G、B.1.351、B.1.617.2) T细胞检测:AIM测定,使用CD4-S和CD8-E肽库

摘要

严重急性呼吸综合征冠状病毒2(SARS-CoV-2)信使RNA(mRNA)疫苗接种后免疫记忆的持久性仍不清楚。在本研究中,我们对SARS-CoV-2未感染和已康复个体在疫苗接种后6个月内的疫苗反应进行了纵向分析。抗体从峰值水平下降,但在6个月时大多数受试者中仍可检测到。相比之下,mRNA疫苗产生了功能性记忆B细胞,在疫苗接种后3至6个月期间增加,其中大多数细胞交叉结合Alpha、Beta和Delta变体。mRNA疫苗还诱导了抗原特异性CD4+和CD8+ T细胞,早期CD4+ T细胞反应与长期体液免疫相关。在具有预先存在免疫力的个体中,疫苗接种的召回反应主要增加抗体水平,而不显著改变抗体衰减率。总之,这些发现表明,在mRNA疫苗接种后至少6个月内,存在对SARS-CoV-2及其变体的强大细胞免疫记忆。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
评估SARS-CoV-2 mRNA疫苗接种后抗体、记忆B细胞和记忆T细胞反应的持久性,以及它们对关注变体(VOCs)的交叉反应性
核心机制
mRNA疫苗诱导的记忆B细胞持续增加,并通过体细胞超突变增强变异株结合能力,表明生发中心反应持续存在;早期CD4+ T细胞反应支持持久体液免疫
主要证据
纵向分析显示记忆B细胞频率从3个月至6个月增加,大多数交叉结合Alpha/Beta/Delta变体;体外再刺激产生功能性抗体;记忆CD4+ T细胞稳定,早期CD4+ T细胞与6个月抗体相关
研究意义
表明细胞免疫记忆在抗体下降后仍持久,可能对预防严重疾病有重要作用,并为加强疫苗接种策略提供参考

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

队列建立与样本采集

建立纵向研究队列,收集疫苗接种前后不同时间点的外周血样本,以监测免疫应答的动态变化

招募61名健康个体(45名未感染,16名既往感染),接种Pfizer或Moderna mRNA疫苗,在多个时间点采集外周血,分离血浆和PBMC

2

抗体反应检测

评估mRNA疫苗诱导的抗体水平和中和活性随时间的变化

通过ELISA检测血浆中抗spike和抗RBD IgG抗体浓度,并通过假病毒中和实验测定针对D614G、B.1.351和B.1.617.2的中和抗体滴度

3

记忆B细胞检测与表型分析

量化并表征SARS-CoV-2特异性记忆B细胞的频率、表型和功能

使用荧光标记的spike、RBD等抗原探针通过流式细胞术检测记忆B细胞,分析其IgG/IgM/IgA亚型和CD71表达,并通过体外分化实验评估其产生抗体的能力

4

变异株特异性记忆B细胞分析

评估记忆B细胞对Alpha、Beta和Delta变异株RBD的交叉结合能力及其克隆进化

使用包含WT、B.1.1.7、B.1.351、B.1.617.2 RBD等8种抗原探针的panel进行流式检测,并分选不同结合特异性的B细胞进行BCR测序

5

T细胞反应检测

检测SARS-CoV-2特异性CD4+和CD8+ T细胞的频率、记忆亚群和辅助性T细胞亚型

使用AIM测定,以spike肽库刺激PBMC,通过流式检测CD4+ CD40L+CD200+和CD8+激活标记阳性的细胞,并分析记忆亚型(CM, EM1等)和辅助性T细胞(cTFH, TH1等)

6

多组分免疫整合分析

整合抗体、记忆B细胞和T细胞数据,揭示免疫应答的综合动态和相互关系

使用UMAP可视化免疫应答轨迹,并计算不同免疫参数之间的相关性

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

验证样本或模型特征
验证分子表达变化
验证免疫效应

产品清单

实验环节名称品牌货号
山羊抗人IgG-辣根过氧化物酶Jackson ImmunoResearch Laboratories--
山羊抗人IgM-辣根过氧化物酶SouthernBiotech--
SureBlue TMB底物KPL--
VSVΔG-RFP假病毒----
抗VSV-G抗体1E9F9Absolute AntibodyAb01402-2.0
SEPMATE管STEMCELL Technologies--
淋巴分离液梯度STEMCELL Technologies--
ACK裂解缓冲液Thermo Fisher--
Countess自动细胞计数器Thermo Fisher--
Ez-Link Micro NHS-PEG4生物素化试剂盒Thermo Fisher--
Zebra离心脱盐柱7K MWCOThermo Fisher--
Pierce BCA蛋白定量试剂盒Thermo Fisher--
Ghost 510活力染料----
EasySep人B细胞分选试剂盒STEMCELL17954
重组人白细胞介素-2----
R848----
人SARS-CoV-2 Spike三聚体IgG ELISA试剂盒Invitrogen--
SARS-CoV-2中和抗体ELISA试剂盒Invitrogen--
抗CD28/CD49dBD Biosciences--
GolgiStopBD Biosciences--
Human TruStain FcXBioLegend--
eBioscience Foxp3/转录因子固定/破膜浓缩液和稀释液----
BD Symphony A5流式细胞仪BD Biosciences--
SPHERO彩虹校准微球Spherotech--
UltraComp补偿微球Thermo Fisher--
BD FACS Aria II流式分选仪BD Biosciences--
Gentra Puregene细胞试剂盒Qiagen158767
Illumina MiSeq v3试剂盒(600循环)IlluminaMS-102-3003
CR3022单克隆抗体----
稳定表达TMPRSS2的Vero E6细胞----
S6 FluoroSpot分析仪CTL--
Immulon 4 HBX微孔板Thermo Fisher Scientific--
SpectraMax 190酶标仪Molecular Devices--
FlowJo v10BD Bioscience--
SPICE 6NIH Vaccine Research Center--

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
抗体检测
检测方法:ELISA检测抗spike和抗RBD IgG;中和实验:假病毒中和实验(FRNT50)
阅读提示:Materials and methods: Detection of SARS-CoV-2 spike- and RBD-specific antibodies; Detection of SARS-CoV-2 neutralizing antibodies
记忆B细胞检测
探针浓度:spike-BV421 200ng, RBD-APC 25ng, HA-PE 100ng, 孵育1小时;流式检测
阅读提示:Materials and methods: Detection and phenotyping of SARS-CoV-2-specific memory B cells
变异株特异性记忆B细胞检测
探针组合:spike, NTD, WT和变体RBD, S2, nucleocapsid;B细胞富集:EasySep人B细胞分离试剂盒
阅读提示:Materials and methods: Detection of variant RBD, NTD, and S2-specific memory B cells
T细胞检测
刺激条件:CD4-S或CD8-E肽库1ug/mL,24小时;AIM标记物:CD4+ CD40L+CD200+, CD8+至少4/5标记物
阅读提示:Materials and methods: Detection of SARS-CoV-2–specific T cells
体外分化实验
刺激:R848 2.5ug/mL + IL-2 1000U/mL,10天;检测抗spike IgG和中和活性
阅读提示:Materials and methods: In vitro differentiation of memory B cells to antibody-secreting cells