抗体反馈调节SARS-CoV-2 mRNA疫苗接种后的免疫记忆

Antibody feedback regulates immune memory after SARS-CoV-2 mRNA vaccination

作者信息Dennis Schaefer-Babajew, Zijun Wang, Frauke Muecksch, Alice Cho, Maximilian Loewe, Melissa Cipolla, Raphael Raspe, Brianna Johnson, Marie Canis, Justin DaSilva, Victor Ramos, Martina Turroja, Katrina G Millard, Fabian Schmidt, Leander Witte, Juan Dizon, Irina Shimeliovich, Kai-Hui Yao, Thiago Y Oliveira, Anna Gazumyan, Christian Gaebler, Paul D Bieniasz, Theodora Hatziioannou, Marina Caskey, Michel C Nussenzweig
PMID36473496
期刊Nature
发布时间2023-01
DOI10.1038/s41586-022-05609-w

实验完整度

高

包含人体队列研究、小鼠免疫实验等多层级验证,结合流式、单细胞测序、抗体功能分析等,机制验证完整。

主要模型

人外周血记忆B细胞 C57BL/6小鼠生发中心B细胞 SARS-CoV-2假病毒 RBD重组蛋白

重点核对

单克隆抗体C144-LS和C135-LS的血清浓度 mRNA疫苗的剂次及接种时间 RBD特异性记忆B细胞的IgM/IgG比例 记忆抗体的体细胞高频突变水平 中和抗体的比例

摘要

抗体对体液免疫的反馈抑制最早在1909年被记录。后续研究表明,根据情况,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,目前知之甚少。在此,我们研究了接受两种高亲和力抗SARS-CoV-2单克隆抗体并随后接种两剂mRNA疫苗的个体的记忆B细胞反应。我们发现,单克隆抗体接受者产生的抗原结合和中和滴度仅比对照个体略低。然而,接受单克隆抗体的个体的记忆B细胞与对照个体的不同之处在于,它们主要表达携带少量体细胞突变的低亲和力IgM抗体,并表现出改变的受体结合域(RBD)靶标特异性,这与表位掩蔽一致。此外,测试的77种抗RBD记忆抗体中只有1种能中和病毒。这些发现背后的机制在小鼠实验中得到了验证,表明在存在相同抗体的情况下形成的生发中心以低亲和力B细胞为主。我们的结果表明,预先存在的高亲和力抗体通过两种不同的机制偏发生发中心和记忆B细胞的选择:(1)降低B细胞的激活阈值,从而允许丰富的低亲和力克隆参与免疫反应;(2)直接掩蔽其同源表位。这可能部分解释了加强疫苗接种所引发的记忆抗体靶标谱的转变。

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
预先存在的高亲和力抗体如何影响SARS-CoV-2 mRNA疫苗接种后记忆B细胞的发育?
核心机制
预先存在的高亲和力抗体通过降低B细胞激活阈值和表位掩蔽,偏发生发中心和记忆B细胞的选择,导致低亲和力B细胞参与免疫反应。
主要证据
人体研究显示单克隆抗体接受者产生更多IgM型低亲和力RBD特异性记忆B细胞,且中和抗体比例低;小鼠实验证实生发中心以低亲和力B细胞为主。
研究意义
该机制可能有助于解释加强疫苗接种后记忆抗体靶标谱的转变,并可能影响疫苗诱导的抗体广度和效力。

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

血浆抗体活性和中和活性评估

评估单克隆抗体对mRNA疫苗接种后血浆抗体反应和中和活性的影响

对单克隆抗体接受者和对照进行ELISA和假病毒中和实验,检测血浆结合滴度和中和滴度。

2

记忆B细胞表型和数量分析

评估单克隆抗体对RBD特异性记忆B细胞数量和表面Ig表达的影响

通过流式细胞术对RBD特异性记忆B细胞进行计数和IgM/IgG表面表达分析。

3

记忆B细胞抗体序列分析

分析记忆B细胞抗体的序列特征,包括体细胞高频突变和V基因使用

从5名单克隆抗体接受者中分选RBD特异性记忆B细胞,进行单细胞测序和BCR序列分析。

4

记忆抗体的结合和中和功能分析

评估记忆B细胞来源的单克隆抗体的抗原结合亲和力、表位和中和活性

重组表达记忆抗体,通过ELISA和BLI检测RBD结合,通过假病毒中和实验检测中和活性。

5

小鼠生发中心B细胞反应评估

验证预先存在的抗体对生发中心B细胞选择的影响

C57BL/6小鼠预输入C135/C144或对照抗体,免疫重组RBD,分析生发中心B细胞反应和抗体序列。

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。

产品清单

实验环节名称品牌货号
C144-LS----
C135-LS----
武汉-Hu-1 RBD----
R346S/E484K RBD----
N440K/E484K RBD----
SARS-CoV-2 NTD----
96半孔板Corning3690
吐温-20Sigma-Aldrich--
牛血清白蛋白----
抗人IgG-HRPJackson Immuno Research109-036-088
抗人IgM-HRPJackson Immuno Research109-035-129
酶标仪BMG LabtechFluoStar
pNL4-3ΔEnv-nanoluc----
HEK293T-ACE2细胞----
HT1080Ace2 cl14细胞----
荧光素酶细胞裂解液(5×)Promega--
Nano-Glo荧光素酶检测系统Promega--
ClarioStar多功能酶标仪BMGv.5.70.R3
Expi293F细胞Gibco/Thermo Fisher ScientificA14527
定点突变试剂盒New England Biolabs (NEB)E0554S
Biotin-Protein Ligase-BIRA试剂盒Avidity--
EZ-Link Sulfo-NHS-LC-生物素化试剂盒Thermo Fisher Scientific--
链霉亲和素-BV711BD Biosciences563262
链霉亲和素-BB515BD Biosciences564453
链霉亲和素-PEBD Biosciences554061
链霉亲和素-AF647BioLegend405237
Fc受体阻断抗体BD564220
抗CD20-PECy7BD Biosciences335793
抗CD3-APC-eFluro 780Invitrogen47-0037-41
抗CD8-APC-eFluor 780Invitrogen47-0086-42
抗CD16-APC-eFluor 780Invitrogen47-0168-41
Zombie NIR染料BioLegend423105
AccuCheck计数微球Life TechnologiesPCB100
抗小鼠CD16/32BD Biosciences553142
抗T/B细胞激活抗原-FITCBD Biosciences553666
抗CD38-PBBioLegend102720
抗CD45R/B220-BV605BioLegend103244
抗CD8a-APC-eFluor780Invitrogen47-0081-82
抗NK1.1-APC-eFluor780Invitrogen47-5941-82
抗F4/80-APC-eFluor780Invitrogen47-4801-82
抗CD95-PE-Cy7BD Biosciences557653
SuperScript III逆转录酶Invitrogen18080-044
RNAClean XP磁珠Beckman CoulterA63987
随机引物Invitrogen48190011
IGEPAL CA-630Sigma-AldrichI8896-50ML
RNA酶抑制剂PromegaN2615
HotstarTaq DNA聚合酶Qiagen203209
Igμ表达载体InvivoGenpfusess-hchm3
POROS CaptureSelect IgM亲和基质试剂盒Thermo Fisher Scientific1952890500
ForteBio Octet Red仪器ForteBio--
蛋白A生物传感器ForteBio18-5010
FAB2G生物传感器Sartorius18-5125
1× Octet动力学缓冲液Sartorius18-1105
重组链霉亲和素ACROBiosystemsSTN-N5116
Alhydrogel佐剂Invivogen21645-51-2
3BNC117/10-1074抗体鸡尾酒----
C135/C144抗体鸡尾酒----

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
临床队列研究
单克隆抗体C144-LS和C135-LS的给药剂量、途径及时间;mRNA疫苗的品牌和剂次;采血时间点
阅读提示:Methods: 研究参与者, Figure 1a
血浆抗体检测
ELISA检测条件:包被蛋白(WT或突变RBD)、起始稀释度、二抗类型(IgG/IgM)
阅读提示:Methods: ELISAs, 图1c-f
假病毒中和实验
假病毒构建(突变位点)、细胞系(HEK293T-ACE2或HT1080Ace2 cl14)、病毒与血浆共孵育时间、检测方法(Nano-Glo)
阅读提示:Methods: SARS-CoV-2 pseudotyped reporter virus, pseudotyped virus neutralization assay
人类记忆B细胞流式分析
B细胞富集方法(pan-B-cell isolation kit)、抗体染色panel(CD20, CD3, CD8, CD16, CD14, Zombie等)、RBD标记(PE/AF647)
阅读提示:Methods: Human flow cytometry and single-cell sorting, 图2a-c
小鼠生发中心B细胞分析
小鼠品系(C57BL/6J)、年龄、性别;免疫途径(足垫)、抗原剂量(5μg RBD)、抗体预处理(C135/C144或对照)、免疫后时间(11天)
阅读提示:Methods: Mouse immunization, Figure 4a
单细胞测序和抗体克隆
RNA提取方法、逆转录和PCR条件、克隆载体
阅读提示:Methods: Antibody sequencing, cloning and expression