人冠状病毒OC43诱导的CD4+ T细胞在HLA转基因小鼠中提供对SARS-CoV-2的保护

Human coronavirus OC43-elicited CD4+ T cells protect against SARS-CoV-2 in HLA transgenic mice.

作者信息Rúbens Prince Dos Santos Alves, Julia Timis, Robyn Miller, Kristen Valentine, Paolla Beatriz Almeida Pinto, Andrew Gonzalez, Jose Angel Regla-Nava, Erin Maule, Michael N Nguyen, Norazizah Shafee, Sara Landeras-Bueno, Eduardo Olmedillas, Brett Laffey, Katarzyna Dobaczewska, Zbigniew Mikulski, Sara McArdle, Sarah R Leist, Kenneth Kim, Ralph S Baric, Erica Ollmann Saphire, Annie Elong Ngono, Sujan Shresta
PMID38278784
发布时间2024-01-26
DOI10.1038/s41467-024-45043-2

实验完整度

包含DNA疫苗免疫、SARS-CoV-2感染、OC43序贯感染、肽免疫、T细胞耗竭等体内外实验,并进行了ELISpot、ICS、RT-qPCR、组织病理学等功能和机制验证。

主要模型

HLA-B*0702 Ifnar1-/-转基因小鼠 HLA-DRB1*0101 Ifnar1-/-转基因小鼠 SARS-CoV-2 B.1.351感染模型 SARS-CoV-2 MA10感染模型

重点核对

HLA转基因小鼠品系(HLA-B*0702或HLA-DRB1*0101,并敲除I型干扰素受体) OC43感染剂量:109基因组当量,鼻内接种 SARS-CoV-2挑战剂量:B.1.351为105 PFU,MA10为104 PFU,鼻内接种 OC43与SARS-CoV-2挑战之间的间隔:HLA-DRB1*0101小鼠为16天,HLA-B*0702小鼠为60-70天 CD4+ T细胞耗竭抗体(克隆GK1.5)在挑战前连续3天腹腔注射,每天250 μg

摘要

在一些健康未暴露个体中检测到SARS-CoV-2反应性T细胞。人体研究表明,这些T细胞可能是由普通感冒冠状病毒OC43诱导的。为直接验证这一假设并明确OC43诱导的与SARS-CoV-2交叉反应性T细胞的作用,我们在HLA-B*0702和HLA-DRB1*0101 Ifnar1-/-转基因小鼠中建立了OC43随后SARS-CoV-2的序贯感染模型。我们发现OC43感染可诱导与SARS-CoV-2肽交叉反应的多功能性CD8+和CD4+效应T细胞。此外,预先暴露于OC43可短期减少HLA-DRB1*0101 Ifnar1-/-转基因小鼠肺部的SARS-CoV-2感染和疾病,并在HLA-B*0702 Ifnar1-/-转基因小鼠中提供更长期的保护。在HLA-DRB1*0101 Ifnar1-/-转基因小鼠中,清除CD4+ T细胞(与CD4+ T细胞充足的小鼠相比)导致SARS-CoV-2感染后肺部病毒载量增加,但病毒诱导的肺损伤无变化,表明OC43诱导的SARS-CoV-2交叉反应性T细胞介导的交叉保护部分依赖于CD4+ T细胞。这些发现有助于我们理解预先存在的SARS-CoV-2反应性T细胞的起源及其对SARS-CoV-2临床结局的影响,也对开发广泛保护性β冠状病毒疫苗具有启示意义。

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OC43诱导的T细胞是否与SARS-CoV-2交叉反应,以及这种交叉反应性T细胞是否影响随后的SARS-CoV-2感染结局?
核心机制
OC43感染诱导的CD4+ T细胞(可能也有CD8+ T细胞)与SARS-CoV-2表位交叉反应,通过部分依赖CD4+ T细胞的机制提供针对SARS-CoV-2的交叉保护。
主要证据
在HLA转基因小鼠中,OC43序贯感染后,OC43诱导的CD4+ T细胞耗竭导致肺部SARS-CoV-2病毒载量增加;N104-113肽免疫诱导的CD8+ T细胞反应也降低了病毒载量和肺损伤。
研究意义
研究提供了季节性HCoV/SARS-CoV-2交叉反应性CD4+ T细胞保护作用的直接实验证据,有助于理解预存免疫的起源和影响,并为开发广泛保护性β冠状病毒疫苗提供启示。

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

鉴定SARS-CoV-2 T细胞表位

确定HLA-B*0702和HLA-DRB1*0101背景下SARS-CoV-2 S、M、N蛋白的免疫优势CD8+和CD4+ T细胞表位。

使用IEDB预测HLA-B*0702限制性CD8+ T细胞表位(69个肽)和HLA-DRB1*0101限制性CD4+ T细胞表位(42个肽)。用编码SARS-CoV-2 S、M或N蛋白的DNA疫苗免疫小鼠,通过ELISpot和ICS检测脾细胞和肺白细胞对肽的IFNγ响应。

2

验证SARS-CoV-2感染中的T细胞反应

验证DNA疫苗诱导的表位是否也能在SARS-CoV-2感染中产生类似的T细胞反应。

用SARS-CoV-2 B.1.351感染HLA-B*0702小鼠,用MA10感染HLA-DRB1*0101小鼠,8天后收集脾细胞,用肽刺激后通过ICS分析CD8+和CD4+ T细胞反应。

3

检测OC43感染诱导的交叉反应性T细胞

确定OC43感染是否诱导与SARS-CoV-2肽交叉反应的CD8+和CD4+ T细胞。

用OC43感染HLA转基因小鼠,在感染后不同时间点(1-30天)收集脾细胞和肺白细胞,用SARS-CoV-2肽库刺激,通过ELISpot和ICS分析T细胞反应。

4

评估肽免疫的保护效果

测试针对免疫优势CD8+ T细胞表位的免疫是否能保护SARS-CoV-2感染和肺损伤。

用SARS-CoV-2 N104-113肽(用CFA/IFA佐剂)免疫HLA-B*0702小鼠,然后用SARS-CoV-2 B.1.351或MA10挑战,3天后分析病毒载量和肺组织病理学。

5

评估OC43预暴露的交叉保护效果

在HLA转基因小鼠中,评估OC43预暴露对随后SARS-CoV-2感染和肺损伤的影响。

HLA转基因小鼠先感染OC43,然后在不同时间点(8、16、60-70天)用SARS-CoV-2挑战,3天后分析病毒载量和肺组织病理学。部分实验用抗CD4抗体耗竭CD4+ T细胞。

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
BTX Agile Pulse系统BTX47-0500N
针阵列BTX47-0045
完全弗氏佐剂----
不完全弗氏佐剂----
DMEM培养基----
RPMI培养基----
胎牛血清----
青霉素-链霉素----
HEPES缓冲液----
Opti-MEM培养基Thermo Fisher Scientific--
Lipofectamine 2000转染试剂Thermo Fisher Scientific--
Cytofix固定液BD Biosciences--
Triton X-100----
皂苷----
牛血清白蛋白----
抗S蛋白抗体Thermo Fisher ScientificMA5-35946
抗N蛋白抗体Absolute AntibodyAb01691-3
抗M蛋白抗体Prosci9157
Alexa Fluor 488标记的山羊抗小鼠IgGThermo Fisher ScientificA11001
ProLong Gold抗淬灭封片剂Thermo Fisher Scientific--
Keyence BZ-X810荧光显微镜Keyence--
Cytofix/Cytoperm固定/透化试剂盒BD Biosciences--
LSR II流式细胞仪BD Biosciences--
FlowJo软件----
HCT-8细胞系----
Amicon Ultra-15离心过滤装置Millipore SigmaUFC9100
qScript一步法qRT-PCR试剂盒Quantabio--
Vero细胞ATCCCCL81
杜氏改良Eagle培养基Corning--
羧甲基纤维素----
结晶紫----
RNA/DNA保护液ZYMO ResearchR1100-250
RNeasy小型RNA提取试剂盒QIAGEN--
Tissue Lyser II组织研磨仪QIAGEN--
RLT裂解缓冲液QIAGEN--
HEK-293F细胞系----
PEI-MAX转染试剂Polysciences--
Biolock试剂IBA Lifesciences2-0205-050
Strep-Tactin柱IBA Lifesciences--
AKTA纯化系统GE Healthcare--
HRV-3C蛋白酶----
Superose S6 Increase分子筛柱GE Healthcare--
Vivaspin 500-10K超滤管Sartorius--
pET46载体Novagen--
Rosetta2 pLysS大肠杆菌Novagen--
氯霉素----
异丙基硫代半乳糖苷----
苯zonase核酸酶BiotoolB16012
镍-次氮基三乙酸珠----
TEV蛋白酶----
重组OC43 S蛋白Sino Biological40607-V08B
印迹级酪蛋白Bio-Rad--
吐温-20----
辣根过氧化物酶标记的抗小鼠IgG抗体Jackson ImmunoResearch--
TMB底物Pierce--
硫酸Fisher Chemical--
SpectraMax M2酶标仪Molecular Devices--
I型胶原酶Worthington--
DNase IThermo Fisher Scientific--
gentleMACS Octo组织解离器Miltenyi Biotec--
70μm细胞筛网----
ACK裂解缓冲液Gibco--
布雷菲德菌素ABioLegend--
大鼠抗小鼠CD107a抗体BioLegend克隆1D4B
细胞刺激混合物eBioscience--
eFluor 455 UV活力染料Invitrogen--
抗小鼠CD3ε抗体Tonbo克隆145-2C11
抗小鼠CD8α抗体BioLegend克隆53-6.7
抗小鼠CD4抗体eBioscience克隆GK1.5
抗小鼠CD44抗体BioLegend克隆IM7
抗小鼠CD62L抗体BioLegend克隆MFL-14
抗小鼠IFNγ抗体Tonbo克隆XMG1.2
抗小鼠TNFα抗体eBioscience克隆MP6-XT22
抗小鼠IL-2抗体BioLegend克隆JES6-5H4
抗小鼠CD107a抗体BioLegend克隆1D4B
抗小鼠IL-4抗体BioLegend克隆11B11
抗小鼠IL-17A抗体BioLegend克隆TC11-18H10.1
LSR Fortessa流式细胞仪BD Biosciences--
Immobilon-P膜Millipore--
抗小鼠IFNγ抗体Mabtech克隆AN18
ELISpot读板仪MABTech--
CD4+ T细胞清除抗体BioXCell克隆GK1.5
大鼠IgG2同型对照抗体BioXCell克隆LTF-2
TC Peptide LabTC Peptide Lab--
锌福尔马林----
Leica ST5020自动染色机Leica--
Zeiss AxioScan Z1扫描仪Zeiss--

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
小鼠模型
HLA-B*0702或HLA-DRB1*0101转基因且Ifnar1-/-的小鼠,5-7周龄,性别比例约1:1
阅读提示:Methods:Mice
病毒株和感染剂量
OC43(ATCC VR-1558):109 GE,鼻内接种;SARS-CoV-2 MA10:104 PFU;B.1.351:105 PFU,鼻内接种
阅读提示:Methods:Vaccination and infection
免疫方案
DNA疫苗剂量25 μg,肌内电穿孔,第0天和14天;N104-113肽250 μg,CFA/IFA佐剂,第0天和21天
阅读提示:Methods:Vaccination and infection
序贯感染间隔
HLA-DRB1*0101小鼠:OC43感染后16天挑战SARS-CoV-2;HLA-B*0702小鼠:60-70天
阅读提示:Results:OC43 infection confers cross-protection…;Methods
CD4+ T细胞清除
抗CD4抗体(克隆GK1.5)或同型对照(克隆LTF-2)250 μg,腹腔注射,挑战前3天每天一次
阅读提示:Methods:CD4+ T cell depletion