针对SARS-CoV-2的抗体免疫演变

Evolution of antibody immunity to SARS-CoV-2

作者信息Christian Gaebler, Zijun Wang, Julio C C Lorenzi, Frauke Muecksch, Shlomo Finkin, Minami Tokuyama, Alice Cho, Mila Jankovic, Dennis Schaefer-Babajew, Thiago Y Oliveira, Melissa Cipolla, Charlotte Viant, Christopher O Barnes, Yaron Bram, Gaëlle Breton, Thomas Hägglöf, Pilar Mendoza, Arlene Hurley, Martina Turroja, Kristie Gordon, Katrina G Millard, Victor Ramos, Fabian Schmidt, Yiska Weisblum, Divya Jha, Michael Tankelevich, Gustavo Martinez-Delgado, Jim Yee, Roshni Patel, Juan Dizon, Cecille Unson-O'Brien, Irina Shimeliovich, Davide F Robbiani, Zhen Zhao, Anna Gazumyan, Robert E Schwartz, Theodora Hatziioannou, Pamela J Bjorkman, Saurabh Mehandru, Paul D Bieniasz, Marina Caskey, Michel C Nussenzweig
PMID33461210
期刊Nature
发布时间2021-03
DOI10.1038/s41586-021-03207-w

实验完整度

高

包含患者队列纵向血浆抗体分析、单细胞测序和单克隆抗体功能验证,以及肠道活检组织免疫荧光和PCR检测,涵盖分子、细胞和组织水平验证。

主要模型

COVID-19康复者队列(87人) RBD特异性记忆B细胞(单细胞) 肠道活检组织(14人) 假病毒中和试验(293TACE2细胞)

重点核对

血浆抗体滴度检测时间点:感染后1.3个月和6.2个月 中和活性测定方法:HIV-1假病毒中和试验 记忆B细胞单细胞分选和抗体测序方法 肠道活检时间点:平均4个月(范围2.8-5.7个月) 病毒RNA检测方法:RT-PCR和原位杂交

摘要

严重急性呼吸综合征冠状病毒2(SARS-CoV-2)已感染7800万人,并导致迄今超过170万人死亡。感染与产生不同水平的中和抗体相关,这些抗体在动物模型中可预防感染1,2。抗体水平随时间下降,但据我们所知,再次感染时产生抗体所需的记忆B细胞的性质和质量尚未被研究。在此,我们报告了一个由87名个体组成的队列在感染SARS-CoV-2后1.3和6.2个月时的体液免疫记忆应答。我们发现,针对SARS-CoV-2刺突蛋白受体结合域(RBD)的IgM和IgG抗体滴度在此期间显著下降,而IgA受影响较小。同时,血浆中的中和活性在假病毒试验中下降五倍。相比之下,RBD特异性记忆B细胞的数量在感染后6.2个月保持不变。记忆B细胞在6.2个月后表现出克隆周转,它们表达的抗体具有更高的体细胞超突变、对RBD突变的抵抗力增强和效力增加,表明体液免疫应答持续演变。对无症状个体在2019冠状病毒病(COVID-19)发病后4个月获得的肠道活检样本进行的免疫荧光和PCR分析显示,14名个体中有7名的小肠中持续存在SARS-CoV-2核酸和免疫反应性。我们得出结论,针对SARS-CoV-2的记忆B细胞应答在感染后1.3至6.2个月之间以与抗原持续存在一致的方式演变。

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
SARS-CoV-2感染后6个月内,记忆B细胞应答的性质和质量如何演变?
核心机制
记忆B细胞应答在感染后1.3至6.2个月间持续演变,表现为克隆周转、体细胞超突变增加和抗体效力及广度增强,与抗原在肠道组织中持续存在有关。
主要证据
87名康复者队列中,血浆中和抗体滴度下降5倍,但RBD特异性记忆B细胞数量未减少;6名个体单细胞测序显示记忆B细胞克隆更替,抗体效力增强;14名个体肠道活检中7名检测到病毒核酸和免疫反应性。
研究意义
研究表明记忆B细胞应答持续演变并增强,提示再次暴露时可能产生快速有效的抗体应答,对疫苗设计和免疫记忆理解有重要意义。

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COVID-19康复者队列并采集血液和肠道活检样本,以评估感染后不同时间点的免疫应答。

招募87名RT-PCR确诊或血清学阳性的COVID-19康复者,在感染后1.3个月和6.2个月采集外周血;另招募14名康复者进行胃肠道活检,平均4个月。

2

血浆抗体动态分析

量化血浆中针对SARS-CoV-2 RBD和N蛋白的抗体滴度变化,并评估中和活性。

通过ELISA和自动化血清学检测血浆IgM、IgG、IgA抗体滴度;通过假病毒中和试验测定NT50。

3

记忆B细胞单细胞分析

鉴定和计数RBD特异性记忆B细胞,并分析其抗体基因序列的克隆和突变特征。

通过流式细胞术分选RBD特异性B细胞,进行单细胞RT-PCR和抗体基因测序,分析体细胞超突变和克隆结构。

4

单克隆抗体的功能验证

评估记忆B细胞表达的抗体与RBD的结合能力、突变耐受性和中和活性。

重组表达抗体,测试与野生型和突变RBD的ELISA结合,以及假病毒中和试验。

5

肠道组织病毒持续性检测

检测肠道组织中SARS-CoV-2核酸和蛋白的持续存在。

对肠道活检样本进行免疫荧光染色检测N蛋白,RT-PCR检测病毒RNA,原位杂交确认。

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
SARS-CoV-2 N蛋白(义翘神州 40588-V08B)Sino Biological40588-V08B
HRP标记的抗人IgG二抗(Jackson ImmunoResearch 109-036-088)Jackson ImmunoResearch109-036-088
HRP标记的抗人IgM二抗(Jackson ImmunoResearch 109-035-129)Jackson ImmunoResearch109-035-129
HRP标记的抗人IgA二抗(Sigma A0295)Sigma-AldrichA0295
TMB底物(ThermoFisher)ThermoFisher--
高结合力96孔半板(Corning 3690)Corning3690
吐温-20(Sigma-Aldrich)Sigma-Aldrich--
Roche Cobas e411Roche Diagnostics--
Pylon 3D分析仪(ET HealthCare)ET HealthCare--
pNL4-3ΔEnv-nanoluc----
pSARS-CoV-2-SΔ19----
293TACE2细胞----
荧光素酶细胞裂解液5x(Promega)Promega--
Nano-Glo荧光素酶检测系统(Promega)Promega--
Glomax Navigator(Promega)Promega--
泛B细胞分选试剂盒(Miltenyi Biotec, 130-101-638)Miltenyi Biotec130-101-638
抗CD20-PECy7(BD Biosciences, 335793)BD Biosciences335793
抗CD3-APC-eFluor 780(Invitrogen, 47-0037-41)Invitrogen47-0037-41
抗CD8-APC-eFluor 780(Invitrogen, 47-0086-42)Invitrogen47-0086-42
抗CD16-APC-eFluor 780(Invitrogen, 47-0168-41)Invitrogen47-0168-41
Zombie NIR(BioLegend, 423105)BioLegend423105
RNasin核糖核酸酶抑制剂(Promega, N2615)PromegaN2615
FACS Aria III(Becton Dickinson)Becton Dickinson--
FACSDiva软件Becton Dickinson--
FlowJo----
SuperScript III逆转录酶(Invitrogen, 18080-044)Invitrogen18080-044
生物素-蛋白连接酶-BIRA试剂盒(Avidity)Avidity--
卵清蛋白(Sigma, A5503-1G)Sigma-AldrichA5503-1G
EZ-Link Sulfo-NHS-LC-生物素化试剂盒(Thermo Scientific)Thermo Scientific--
链霉亲和素-BV711(BD Biosciences, 563262)BD Biosciences563262
链霉亲和素-PE(BD Biosciences, 554061)BD Biosciences554061
链霉亲和素-AF647(BioLegend, 405237)BioLegend405237
靶标修复液(DAKO, S1699)DAKOS1699
山羊血清(Invitrogen, 50062Z)Invitrogen50062Z
DAPI----
Fluoromount-G(Electron Microscopy Sciences, 1798425)Electron Microscopy Sciences1798425
尼康Eclipse Ni显微镜Nikon--
尼康DS-Qi2数码单反相机Nikon--
Direct-zol小提试剂盒(Zymo Research, R2050)Zymo ResearchR2050
2019-nCov Ruo Kit(IDT)IDT--
QuantTect探针PCR试剂盒(Qiagen, 204345)Qiagen204345
Applied Biosystems QuantStudio 6 Flex实时PCR系统Applied Biosystems--
RNAscope蛋白酶plus溶液(ACDBio)ACDBio--
亲和素/生物素封闭试剂盒(Vector Laboratories)Vector Laboratories--
Alexa Fluor 647酪胺信号放大试剂盒(Thermo Fischer Scientific)Thermo Fischer Scientific--
Hoechst 33342Thermo Fischer Scientific--
ProLong gold抗淬灭剂(Thermo Fischer Scientific)Thermo Fischer Scientific--
ImmPACT-DAB底物(Vector Laboratories)Vector Laboratories--
VectaMount AQ封片剂(Vector Laboratories)Vector Laboratories--
Qiagen QIAmp DSP病毒RNA小提试剂盒(Qiagen, 61904)Qiagen61904

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
血浆抗体检测
抗体检测时间点:1.3个月和6.2个月;ELISA稀释系列:1:67起始,3倍稀释;血浆热灭活条件:56°C 1小时
阅读提示:Methods:High-throughput automated serology assays和ELISAs;Figure 1图注
假病毒中和试验
病毒制备:293T细胞转染pNL4-3ΔEnv-nanoluc和pSARS-CoV-2-SΔ19;中和实验:4倍系列稀释,与293TACE2细胞孵育48小时;NT50计算:四参数非线性回归
阅读提示:Methods:SARS-CoV-2 pseudotyped reporter virus和Pseudotyped virus neutralization assay;Figure 1j-k图注
记忆B细胞单细胞分选和测序
PBMC分离:梯度离心;B细胞富集:阴选试剂盒;单细胞分选:FACS Aria III;抗体测序:RT-PCR和Sanger测序;体细胞超突变分析:Igblastn
阅读提示:Methods:Single-cell sorting by flow cytometry和Computational analyses of antibody sequences;Figure 2图注
肠道活检检测
活检时间点:平均4个月;免疫荧光染色:N蛋白抗体;RT-PCR:检测N基因;原位杂交:smFISH和探针邻近连接
阅读提示:Methods:Biopsies and immunofluorescence、SARS-CoV-2 PCR from intestinal biopsies和SARS-CoV-2 RNA detection by probe proximity ligation;Figure 5图注