mRNA疫苗接种后抗SARS-CoV-2受体结合域抗体的演变

Anti-SARS-CoV-2 receptor-binding domain antibody evolution after mRNA vaccination

作者信息Alice Cho, Frauke Muecksch, Dennis Schaefer-Babajew, Zijun Wang, Shlomo Finkin, Christian Gaebler, Victor Ramos, Melissa Cipolla, Pilar Mendoza, Marianna Agudelo, Eva Bednarski, Justin DaSilva, Irina Shimeliovich, Juan Dizon, Mridushi Daga, Katrina G Millard, Martina Turroja, Fabian Schmidt, Fengwen Zhang, Tarek Ben Tanfous, Mila Jankovic, Thiago Y Oliveria, Anna Gazumyan, Marina Caskey, Paul D Bieniasz, Theodora Hatziioannou, Michel C Nussenzweig
PMID34619745
期刊Nature
发布时间2021-12
DOI10.1038/s41586-021-04060-7

实验完整度

高

包含多层级实验:血浆ELISA和中和试验、流式细胞术分析记忆B细胞、单细胞抗体测序、单克隆抗体中和试验、生物层干涉亲和力测定和表位作图,以及变异株交叉中和试验。

主要模型

SARS-CoV-2未感染个体队列 293T/ACE2细胞 HT1080/ACE2.cl14细胞

重点核对

血浆样本采集时间点:初次接种后平均2.5周,加强后平均1.3个月和5个月。 疫苗接种类型:Moderna (mRNA-1273) 或 Pfizer-BioNTech (BNT162b2)。 中和试验细胞:293T/ACE2细胞用于野生型,HT1080/ACE2.cl14细胞用于突变和变异株。 抗体中和活性判定:IC50 > 1000 ng/ml 为非中和抗体。 假病毒变异株:B.1.1.7, B.1.351, B.1.526, P.1, B.1.617.2。

摘要

严重急性呼吸综合征冠状病毒2型(SARS-CoV-2)感染产生的B细胞反应可持续演变至少一年。在此期间,记忆B细胞表达越来越广泛和有效的抗体,这些抗体对关注的变异株中发现的突变具有抗性1。因此,对COVID-19康复者接种目前可用的mRNA疫苗,可产生针对所有测试变异株的高水平血浆中和活性1,2。在此,我们研究了在SARS-CoV-2未感染个体队列中,接种Moderna(mRNA-1273)或Pfizer-BioNTech(BNT162b2)mRNA疫苗后五个月时记忆B细胞的演变。在初次接种和加强接种之间,记忆B细胞产生的抗体中和活性增加,但此后效力和广度不再进一步增加。相反,未感染个体接种疫苗五个月后出现的记忆B细胞表达的抗体与初始反应中占主导地位的抗体相似。虽然自然感染随时间选择的单个记忆抗体比疫苗接种引发的抗体具有更大的效力和广度,但疫苗接种后血浆的整体中和效力更高。这些结果表明,用目前可用的mRNA疫苗加强接种已接种疫苗的个体将增加血浆中和活性,但可能不会产生与接种康复者所获得的抗体等效广度的抗体。

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
mRNA疫苗接种后,记忆B细胞产生的抗体在5个月内如何演变?其效力和广度是否继续提高?
核心机制
疫苗接种后记忆B细胞继续经历体细胞高频突变和克隆演变,但抗体中和活性和广度在加强接种后没有显著增加;而自然感染后记忆B细胞持续进化,抗体效力和广度增加。
主要证据
通过分析32名疫苗接种者血浆中和活性、记忆B细胞频率、单细胞抗体序列和单克隆抗体中和活性,发现5个月时抗体中和活性较1.3个月无显著改善,且疫苗诱导的抗体广度增加幅度小于自然感染。
研究意义
研究表明,用现有mRNA疫苗加强接种可提高血浆中和活性,但可能无法产生与接种康复者等效的抗体广度,提示需要改进疫苗或接种策略以增强对变异株的保护。

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

招募队列和样本采集

建立疫苗接种者队列,评估体液免疫反应随时间的变化。

招募32名无SARS-CoV-2感染史的志愿者,接受Moderna或Pfizer-BioNTech mRNA疫苗,在初次接种后、加强后1.3个月和5个月采集血液样本。

2

血浆抗体结合和中和活性检测

评估疫苗接种后血浆中抗RBD抗体的结合水平和中和活性。

通过ELISA检测血浆IgM、IgG和IgA抗体对RBD的结合,并使用HIV-1假病毒中和试验测定中和滴度(NT50)。

3

记忆B细胞分析

评估疫苗接种后RBD特异性记忆B细胞的数量和表型变化。

使用流式细胞术对WT和变异株RBD结合的记忆B细胞进行计数,并分析其表型(IgG、IgM、IgA表达)。

4

单细胞抗体测序和克隆分析

分析疫苗接种后记忆B细胞库的克隆演变和体细胞高频突变。

对抗原特异性记忆B细胞进行单细胞分选,通过RT-PCR扩增抗体重链和轻链基因,测序分析抗体序列,并分配克隆型。

5

单克隆抗体中和试验

评估记忆B细胞来源的单克隆抗体的中和活性和广度。

使用假病毒中和试验测定单克隆抗体的IC50,并比较初次接种后、加强后1.3个月和5个月获得的抗体的中和活性。

6

亲和力测定和表位作图

评估疫苗接种后抗体亲和力成熟和表位靶向变化。

使用生物层干涉技术(BLI)测量抗体的解离常数(Kd),并通过竞争实验确定抗体靶向的RBD表位类别。

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
Corning 3690 96半孔板Corning3690
吐温-20Sigma-Aldrich--
牛血清白蛋白----
辣根过氧化物酶标记的抗人IgG、IgM、IgA二抗Jackson Immuno Research109-036-088
辣根过氧化物酶标记的抗人IgA二抗SigmaA0295
酶标仪BMG Labtech--
293T细胞ATCCCRL-11268
HT1080细胞ATCCCCL-121
荧光素酶细胞裂解液5×Promega--
Nano-Glo荧光素酶检测系统Promega--
Glomax NavigatorPromega--
生物素-蛋白连接酶-BIRA试剂盒Avidity--
EZ-Link Sulfo-NHS-LC-生物素化试剂盒Thermo Scientific--
链霉亲和素-BV711BD Biosciences563262
链霉亲和素-PEBD Biosciences554061
链霉亲和素-AF647BioLegend405237
全B细胞分选试剂盒Miltenyi Biotec130-101-638
抗CD20-PECy7抗体BD Biosciences335793
抗CD3-APC-eFluor 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活力染料BioLegend423105
RNasin核糖核酸酶抑制剂PromegaN2615
FACSAria III流式细胞分选仪Becton Dickinson--
抗CD19-BV605抗体BioLegend302244
抗IgD-BV421抗体BioLegend348226
抗CD27-FITC抗体BD Biosciences555440
抗CD71-PerCP-Cy5.5抗体BioLegend334114
抗IgG-PECF594抗体BD Biosciences562538
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生物层干涉仪ForteBio--
蛋白A生物传感器ForteBio18-5010

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ELISA
血浆起始稀释度:1:66;二抗稀释度:IgM/IgG为1:5000,IgA为1:3000;TMB孵育时间:血浆10分钟,单克隆抗体4分钟;阳性对照:COV72血浆。
阅读提示:Methods: ELISAs
中和试验
假病毒类型:pNL4-3ΔEnv-nanoluc和pSARS-CoV-2-SΔ19;细胞:293T/ACE2(WT)和HT1080/ACE2.cl14(突变/变异株);感染时间:48小时;检测:Nano-Glo荧光素酶。
阅读提示:Methods: SARS-CoV-2-pseudotyped reporter virus, Pseudotyped virus neutralization assays
流式细胞术
抗体克隆号:anti-CD20-PECy7 (BD 335793), anti-CD3-APC-eFluor 780 (Invitrogen 47-0037-41)等;RBD标记:WT RBD-PE和K417N/E484K/N501Y RBD-AF647;分选策略:CD3-CD8-CD14-CD16-CD20+Ova-RBD+。
阅读提示:Methods: Flow cytometry and single-cell sorting
单克隆抗体中和试验
抗体浓度范围:起始10 μg/ml,四倍稀释;假病毒突变株列表(见补充表);细胞:293T/ACE2或HT1080/ACE2.cl14。
阅读提示:Methods: Pseudotyped virus neutralization assays; 图3图注
亲和力测定
BLI仪器:Octet Red (ForteBio);传感器:蛋白A (ForteBio 18-5010);RBD浓度:20, 10, 5 μg/ml;结合时间:300秒;解离时间:600秒;拟合模型:1:1。
阅读提示:Methods: Biolayer interferometry