SARS-CoV-2 mRNA加强针后记忆B细胞效力和广谱性增强

Increased memory B cell potency and breadth after a SARS-CoV-2 mRNA boost

作者信息Frauke Muecksch, Zijun Wang, Alice Cho, Christian Gaebler, Tarek Ben Tanfous, Justin DaSilva, Eva Bednarski, Victor Ramos, Shuai Zong, Brianna Johnson, Raphael Raspe, Dennis Schaefer-Babajew, Irina Shimeliovich, Mridushi Daga, Kai-Hui Yao, Fabian Schmidt, Katrina G Millard, Martina Turroja, Mila Jankovic, Thiago Y Oliveira, Anna Gazumyan, Marina Caskey, Theodora Hatziioannou, Paul D Bieniasz, Michel C Nussenzweig
PMID35447027
期刊Nature
发布时间2022-07
DOI10.1038/s41586-022-04778-y

实验完整度

高

研究包含纵向人群队列、体外细胞模型、假病毒中和实验、流式细胞术、单细胞抗体测序、BLI表位作图等多项独立实验层级,并进行功能验证和机制探究。

主要模型

纵向队列的人类外周血B细胞 293TAce2细胞系 HT1080Ace2cl.14细胞系 SARS-CoV-2假病毒

重点核对

三剂mRNA疫苗(Moderna或Pfizer-BioNTech) 纵向时间点(首次接种后2.5周、第二剂后1.3和5个月、第三剂后1个月) RBD特异性记忆B细胞分离与单细胞测序 假病毒中和实验(包含Wuhan-Hu-1、Beta、Delta、Omicron BA.1) BLI表位分类

摘要

Omicron变异株感染了许多已接种疫苗和康复的个体。尽管对感染的保护作用减弱,但接受三剂mRNA疫苗的个体对感染更严重后果具有高度保护性。在此,我们研究了接受三剂mRNA疫苗的纵向队列中的记忆B细胞库。我们发现第三剂伴随着受体结合域(RBD)特异性记忆B细胞的增加和进化。这种增加是由于第二剂后存在的记忆B细胞克隆的扩增以及新克隆的出现。与第二剂后获得的抗体相比,这些细胞编码的抗体显示出显著增强的效力和广谱性。值得注意的是,效力的增强在新发育的记忆细胞克隆中尤为明显,这些克隆与持续存在的克隆在靶向RBD更保守区域方面有所不同。总体而言,第三剂mRNA疫苗后记忆区室中超过50%的分析中和抗体中和了Omicron变异株。因此,接受三剂mRNA疫苗的个体具有多样化的记忆B细胞库,能够快速反应并产生能够清除甚至多样化变异株(如Omicron)的抗体。这些数据有助于解释为什么未专门设计用于针对变异株的第三剂疫苗对变异株引起的严重疾病有效。

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
第三剂mRNA疫苗如何影响记忆B细胞库,其编码的抗体是否具有更强的效力和广谱性以应对变异株?
核心机制
第三剂mRNA疫苗通过扩增持久克隆和新出现的独特克隆,促进记忆B细胞的进化,新克隆靶向RBD更保守区域,增强抗体的中和效力和广谱性。
主要证据
纵向队列分析显示第三剂后RBD特异性记忆B细胞数量和克隆多样性增加;单细胞测序和抗体重组显示新克隆的抗体抑制Omicron假病毒的比例超过50%;BLI表位分析表明新克隆转向更保守的class 3和class 1/4表位。
研究意义
揭示第三剂mRNA疫苗通过增强记忆B细胞库的效力和广谱性,提供对变异株(如Omicron)引起的严重疾病的保护机制,支持加强针策略。

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

纵向队列建立与样本采集

评估疫苗接种后的免疫反应动态。

42名无感染史的志愿者接受两剂mRNA疫苗(Moderna或Pfizer-BioNTech),并在多个时间点采集血液样本。

2

血浆抗体结合和中和活性测定

检测血浆中抗RBD抗体水平和中和能力随时间的变化。

通过ELISA测量血浆IgM、IgG、IgA结合水平;使用SARS-CoV-2假病毒中和实验测定NT50。

3

记忆B细胞识别与克隆分析

确定第三剂对记忆B细胞数量和克隆组成的影响。

通过流式细胞术分选RBD特异性记忆B细胞,并进行单细胞测序以分析克隆性和体细胞高频突变。

4

单克隆抗体表达与功能评估

评估记忆B细胞克隆编码的中和抗体效力和广谱性。

克隆表达472个单克隆抗体,通过ELISA测试结合,通过假病毒中和实验测定IC50,并进行表位竞争实验。

5

抗体表位与广谱性分析

探究抗体表位分布如何变化以及对变异株的中和广度。

通过BLI竞争实验确定抗体类别,并比较持久克隆和新出现克隆的抗体对变异株的中和活性。

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
康宁96孔半面积板(3690)Corning--
吐温-20Sigma-Aldrich--
TMB底物ThermoFisher--
HRP标记的抗人IgG二抗Jackson ImmunoResearch--
HRP标记的抗人IgM二抗Jackson ImmunoResearch--
HRP标记的抗人IgA二抗Sigma--
酶标仪(FluoStar Omega)BMG Labtech--
Nano-Glo荧光素酶检测系统Promega--
荧光素酶细胞裂解液5xPromega--
Glomax Navigator(发光检测仪)Promega--
293TAce2细胞----
HT1080Ace2cl.14细胞----
293T细胞ATCC--
BirA生物素蛋白连接酶试剂盒Avidity--
EZ-Link Sulfo-NHS-LC-生物素化试剂盒Thermo Scientific--
泛B细胞分离试剂盒Miltenyi Biotec130-101-638
链霉亲和素-藻红蛋白BD Biosciences554061
链霉亲和素-AF647BioLegend405237
链霉亲和素-BV711BD Biosciences563262
链霉亲和素-BB515BD Biosciences564453
抗CD20-PECy7抗体BD Biosciences335793
抗CD3-APC-eFluro 780抗体Invitrogen47-0037-41
抗CD8-APC-eFluor 780抗体Invitrogen47-0086-42
抗CD16-APC-eFluor 780抗体Invitrogen47-0168-41
Zombie NIR(活/死染料)BioLegend423105
AccuCheck计数微球Life TechnologiesPCB100
RNasin核糖核酸酶抑制剂PromegaN2615
FACSAria III(流式细胞仪)Becton Dickinson--
FACSDiva软件Becton Dickinson--
FlowJo软件----
抗IgD-BV650抗体BD740594
抗CD27-BV786抗体BD Biosciences563327
抗CD19-BV605抗体BioLegend302244
抗CD71-PerCP-Cy5.5抗体BioLegend334114
抗IgG-PECF594抗体BD562538
抗IgM-AF700抗体BioLegend314538
抗IgA-Viogreen抗体Miltenyi Biotec130-113-481
SuperScript III逆转录酶Invitrogen18080-044
Octet Red仪器(生物层干涉仪)ForteBio--
蛋白A生物传感器ForteBio18-5010
ForteBio缓冲液 18-1105ForteBio--
卵清蛋白SigmaA5503-1G

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
参与者队列
参与者为无感染史的42名健康志愿者,接受Moderna或Pfizer-BioNTech疫苗,年龄23-78岁,48%男性,52%女性。
阅读提示:Methods: Study participants
样本采集
时间点:首剂后2.5周、第二剂后1.3和5个月、第三剂后1个月。
阅读提示:Methods: 时间点描述
血浆抗体检测
ELISA检测抗RBD IgG、IgM、IgA;假病毒中和实验测定NT50。
阅读提示:Methods: ELISAs, Pseudotyped virus neutralization assay
记忆B细胞分析
流式细胞术分选RBD特异性B细胞,单细胞测序分析抗体序列。
阅读提示:Methods: Flow cytometry and single-cell sorting, Antibody sequencing
单克隆抗体功能
表达472个单抗,ELISA测结合,假病毒中和实验测IC50,BLI进行表位分类。
阅读提示:Methods: Antibody sequencing, cloning and expression, Biolayer interferometry