对人普通感冒冠状病毒的预先存在的体液免疫对保护性SARS-CoV-2抗体反应产生负面影响

Pre-existing humoral immunity to human common cold coronaviruses negatively impacts the protective SARS-CoV-2 antibody response.

作者信息Chun-Yang Lin, Joshua Wolf, David C Brice, Yilun Sun, Macauley Locke, Sean Cherry, Ashley H Castellaw, Marie Wehenkel, Jeremy Chase Crawford, Veronika I Zarnitsyna, Daniel Duque, Kim J Allison, E Kaitlynn Allen, Scott A Brown, Alexandra H Mandarano, Jeremie H Estepp, SJTRC Study Team, Charles Taylor, Carmen Molina-Paris, Stacey Schultz-Cherry, Li Tang, Paul G Thomas, Maureen A McGargill
PMID34965382
发布时间2022-01-12
DOI10.1016/j.chom.2021.12.005

实验完整度

研究包含纵向队列分析(1202份基线样本、121例感染病例及配对样本)和C57BL/6小鼠免疫实验,并进行了功能验证(中和抗体检测)和机制探讨(免疫印迹)。

主要模型

C57BL/6小鼠 SJTRC纵向队列(St. Jude员工) FLU09队列(含儿童)

重点核对

SARS-CoV-2感染者和疫苗接种者的配对血清样本 基线hCCCoV抗体水平与感染风险的关联 hCCCoV spike蛋白免疫对SARS-CoV-2中和抗体的影响 SARS-CoV-2感染后不同时间点抗体的动态变化

摘要

SARS-CoV-2 infection causes diverse outcomes ranging from asymptomatic infection to respiratory distress and death. A major unresolved question is whether prior immunity to endemic, human common cold coronaviruses (hCCCoVs) impacts susceptibility to SARS-CoV-2 infection or immunity following infection and vaccination. Therefore, we analyzed samples from the same individuals before and after SARS-CoV-2 infection or vaccination. We found hCCCoV antibody levels increase after SARS-CoV-2 exposure, demonstrating cross-reactivity. However, a case-control study indicates that baseline hCCCoV antibody levels are not associated with protection against SARS-CoV-2 infection. Rather, higher magnitudes of pre-existing betacoronavirus antibodies correlate with more SARS-CoV-2 antibodies following infection, an indicator of greater disease severity. Additionally, immunization with hCCCoV spike proteins before SARS-CoV-2 immunization impedes the generation of SARS-CoV-2-neutralizing antibodies in mice. Together, these data suggest that pre-existing hCCCoV antibodies hinder SARS-CoV-2 antibody-based immunity following infection and provide insight on how pre-existing coronavirus immunity impacts SARS-CoV-2 infection, which is critical considering emerging variants.

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
预先存在的人普通感冒冠状病毒(hCCCoV)抗体是否影响SARS-CoV-2感染的易感性和感染后的免疫应答?
核心机制
预先存在的hCCCoV抗体可能通过免疫印记作用,优先激活针对保守表位的记忆B细胞,产生非中和性抗体,从而阻碍针对SARS-CoV-2的有效抗体的产生。
主要证据
队列研究中,基线hCCCoV抗体水平与感染风险无关,但与感染后SARS-CoV-2抗体水平正相关;小鼠免疫实验证实,预先用hCCCoV spike蛋白免疫会降低SARS-CoV-2中和抗体水平。
研究意义
该研究提示预先存在的hCCCoV免疫力可能妨碍对新发冠状病毒的有效免疫应答,对理解SARS-CoV-2感染和疫苗设计具有重要意义。

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

建立纵向队列并检测基线hCCCoV抗体

评估SARS-CoV-2感染前人群的hCCCoV抗体基线水平及差异。

对SJTRC队列的1202份基线样本,通过ELISA检测针对OC43、HKU1、229E、NL63 spike蛋白的IgG、IgM、IgA抗体,并分析其与年龄、性别、种族及患者接触史的关系。

2

比较感染前后hCCCoV抗体变化

探究SARS-CoV-2感染是否诱导hCCCoV抗体增加。

对同一感染者在感染前、感染后1-20天(急性期)及>20天(恢复期)的配对样本,检测hCCCoV抗体水平,并计算相对于基线的百分比变化。

3

评估基线hCCCoV抗体对感染易感性和严重程度的影响

确定hCCCoV抗体能否影响SARS-CoV-2感染风险及疾病严重程度。

进行病例对照研究,比较121名感染者与1081名未感染者的基线hCCCoV抗体水平,并分析感染后抗体水平与疾病严重程度评分的相关性。

4

分析基线hCCCoV抗体与感染后SARS-CoV-2抗体水平的相关性

探讨预先存在的hCCCoV抗体是否影响SARS-CoV-2感染后的抗体应答。

比较基线hCCCoV抗体水平及感染后早期(1-15天)变化与感染后16-40天SARS-CoV-2抗体水平的相关性,并与疫苗接种者对比。

5

小鼠免疫实验验证hCCCoV spike蛋白对SARS-CoV-2抗体应答的影响

直接测试预先存在的hCCCoV免疫力对SARS-CoV-2中和抗体产生的影响。

C57BL/6小鼠先免疫hCCCoV spike蛋白(OC43、HKU1、229E或NL63),再免疫SARS-CoV-2 spike蛋白,检测血清中SARS-CoV-2 spike、RBD IgG及中和抗体水平。

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
山羊抗人IgG抗体InvitrogenA18805
山羊抗人IgM抗体InvitrogenA18835
山羊抗人IgA抗体Southern Biotech2050-05
山羊抗小鼠IgG抗体Southern Biotech1033-05
hCoV-OC43棘突蛋白Sino Biological40607-V08B
hCoV-HKU-1棘突蛋白Sino Biological40606-V08B
hCoV-NL63棘突蛋白Sino Biological40604-V08B
hCoV-229E棘突蛋白Sino Biological40605-V08B
SARS-CoV-2棘突蛋白Sino Biological40589-V08B1
His标签阻断肽BioVision3998BP
Omniblok™脱脂奶粉AmericanBioAB10109-01000
SIGMAFAST OPDSigma-AldrichP9187
完全弗氏佐剂Chondrex7023
SARS-CoV-2替代病毒中和检测试剂盒GenScriptL00847-A
Expi293™表达培养基Thermo Fisher ScientificA1435101
ExpiFectamine 293转染试剂盒Thermo Fisher ScientificA14524
Expi293F细胞Life TechnologiesA14527
小鼠:C57BL/6野生型Jackson Laboratories000664

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
ELISA检测hCCCoV抗体
包被抗原浓度(如OC43、HKU1 spike蛋白1 μg/mL),血浆样本稀释度(1:50),二抗稀释度(IgG 1:10,000),阳性判定阈值(归一化OD大于阴性对照3倍)
阅读提示:STAR★Methods - ELISA部分
队列研究
样本量(1,202例基线样本),感染组与未感染组样本量(121 vs 1081),感染后样本采集时间点(急性期1-20天,恢复期>20天)
阅读提示:Results - 常见hCCCoV抗体同种型与年龄和直接患者接触相关;病例对照研究部分
小鼠免疫实验
小鼠品系(C57BL/6雌性,7-8周龄),免疫剂量(50 μg蛋白,100 μg结核分枝杆菌CFA),免疫途径(腹腔),免疫间隔(26天),二次免疫后采血时间(2周)
阅读提示:STAR★Methods - 小鼠免疫研究部分
中和试验
使用GenScript替代病毒中和试剂盒,操作条件(如样品与RBD孵育时间、温度),判定标准(抑制率计算)
阅读提示:STAR★Methods - SARS-CoV-2替代病毒中和部分