COVID-19中和抗体反应欠佳的潜在危害

 

在最近发表在《Nature Reviews Immunology》杂志上的一项研究中，来自美国耶鲁大学，霍华德休斯医学研究所的Akiko Iwasaki教授介绍了COVID19疫苗安全性的重要性以及如何提高安全性的见解。

 

 

SARS-CoV-2和SARS-CoV具有79.6％的序列同一性，通过识别人体内相同的受体（ACE2）造成感染并引起类似的急性呼吸综合征。 因此，在开发SARS-CoV-2疫苗时应参考以往对SARS-CoV免疫应答的相关研究。此外，尽管抗体效价通常被用作指征保护效果的标志，但据相关报道，抗体高滴度和早期血清转化与SARS1患者的疾病严重程度同样相关。

 

 

抗体质量的重要性

 

众所周知，抗体反应的质量和数量共同决定了保护效果。高亲和力抗体可以通过识别特定的病毒表位来引发中和作用。抗体的中和能力通过体外阻断病毒进入，融合或释放的能力来定义的。在体内，中和抗体可以在没有其他中介的情况下独立发挥作用。对于SARS-CoV的而言，中和抗体能够阻断病毒通过ACE2靶向宿主细胞的过程。此外，中和抗体可以与其他免疫成分相互作用，包括补体，吞噬细胞和NK细胞，共同帮助病原体清除。但是，在极少数情况下，病原体特异性抗体会促进病情恶化，导致称为抗体依赖性增强（ADE）的现象。

 

 

 

什么是“抗体依赖性增强”？

 

尽管抗体通常具有保护性的正面作用，但已经有很多研究报道了包括登革热病毒和其他病毒在内的ADE现象已有记录。在SARS-CoV感染中，ADE的发生是通过抗体与不同免疫细胞（包括单核细胞，巨噬细胞和B细胞）上表达的Fc受体结合而介导的。因此，预先存在的SARS-CoV特异性抗体可能会促进病毒进入表达FcR的细胞。此过程与ACE2表达量，胞内体pH和蛋白酶无关，这表明ACE2介导的和FcR介导的病毒进入的细胞途径不同。

 

 

目前没有证据表明ADE可以促进SARS-CoV在受感染宿主中的传播。实际上，通过ADE感染巨噬细胞并不会导致病毒复制和释放。相反，病毒抗体免疫复合物的内化可以通过FcRs5受体的激活来促进炎症和组织损伤。进入胞内体的病毒可能会与Toll样受体，包括TLR3，TLR7和TLR8结合。巨噬细胞中通过ADE过程吞噬的SARS-CoV会导致TNF和IL-6的产生升高。在感染SARS-CoV的小鼠中，ADE过程伴随着抗炎细胞因子IL-10和TGFβ的水平降低以及促炎性趋化因子CCL2和CCL3的水平升高。

 

 

保护性抗体 vs 病理性抗体

 

多种因素共同决定抗体是否具有中和病毒，保护宿主的能力，或者是否会引起ADE和急性炎症。这些因素包括抗体的特异性，浓度，亲和力和种型。编码SARS-CoV S蛋白和核衣壳（N）蛋白的病毒载体疫苗免疫小鼠后会引起抗S和抗N的蛋白的 IgG的表达。但是，在再次攻毒后，经过疫苗注射的小鼠表现出促炎性细胞因子分泌的显著上调，中性粒细胞和嗜酸性粒细胞肺浸润的增加以及更严重的肺部病理学特征。体外数据表明，对于表达FcR的细胞，当抗体以低浓度存在但在高浓度范围内衰减时，就会发生ADE。同时，增加抗体浓度可通过阻止病毒进入宿主细胞来促进SARS-CoV的中和效果。对于其他病毒，能够阻断受体结合的高亲和力抗体往往不会诱导ADE的发生。

 

 

在“多次攻击”中和模型中，病毒阻断作用与抗体数量相关，而病毒颗粒的数量则受抗体浓度和亲和力的共同影响。对于给定浓度的抗体和特定的靶向位点结构，抗体与病毒颗粒结合的化学计量取决于抗体和抗原之间相互作用的强度。当化学计量低于中和阈值时，会诱导ADE的发生。因此，较高的亲和力抗体可以以较低的浓度达到该阈值，从而避免ADE的发生，并介导更好的保护效果。

 

抗体的亚型特征也影响了其效应与功能。 IgM被认为更具促炎性，因为它可以有效激活补体反应。 IgG通过不同FcR的参与调节免疫反应。大多数FcγRs通过ITAM发出信号，但是FcγRIIb的胞内端尾部包含一个ITIM，从而能够介导抗炎反应。 FcγRIIa和FcγRIIb的异位表达可诱导SARS-CoV感染引发的ADE。 FcγRIIa中的等位基因多态性与SARS病理相关，与具有IgG1和IgG2的FcγRIIa的个体相比仅具有IgG2的FcγRIIa的个体容易发展出更严重的疾病。

 

 

如何有效设计疫苗？

 

确定哪些疫苗和佐剂可以引发针对SARS-CoV-2的保护性抗体反应至关重要。先前的研究表明，用灭活的完整SARS-CoV免疫小鼠，用MVA编码的S蛋白免疫恒河猴，用编码全长S蛋白的DNA疫苗免疫小鼠会导致ADE或嗜酸性粒细胞介导的免疫病理现象的发生，这可能是由于抗体的质量和数量较低导致的。此外，我们需要考虑疫苗在老年宿主中是否安全有效。例如，双重灭活的SARS-CoV疫苗未能在中年小鼠中诱导中和抗体反应。此外，尽管明矾佐剂配合双灭活的SARS-CoV疫苗在老年小鼠中引起更高的抗体滴度，但它引起的更多的是IgG1而不是IgG2型的分子，从而导致嗜酸性粒细胞增多和肺病理特征的严重化。此外，减毒的SARS-CoV活疫苗可诱导衰老小鼠产生保护性免疫应答。疫苗接种途径也影响了疫苗效力。与肌肉内注射相比，鼻腔接种SARS-CoV RBD的重组腺相关病毒疫苗可提高肺粘膜IgA的滴度，并降低了SARS-CoV3攻击后的肺部病理学变化。

 

 

 

总结

 

随着来自世界各地的研究人员和研究所共同加速SARS-CoV-2疫苗的开发，目前在临床前和临床试验阶段出现了多种候选疫苗（包括核酸疫苗，病毒载体疫苗和亚单位疫苗）。近期针对COVID-19患者的抗体反应研究表明，在症状发作后，疾病预后较差的所有时间点内抗N蛋白 IgM和IgG的滴度均较高。此外，较高的抗S和抗N蛋白 IgG和IgM滴度与较差的临床预期和较高的年龄相关，表明抗体在某些患者中可能具有负面作用。但是，轻度COVID-19感染后恢复的患者中有70％具有可测量的中和抗体，在再次进入医院后仍持续存在。因此，研究与恢复期相关的抗体特征中获得的知识将为疫苗研究中对抗体的类型进行评估提供依据。在SARS-CoV-2候选疫苗的安全性评估中应充分考虑ADE。除疫苗外，单克隆抗体也可以用来对抗这种病毒。与疫苗诱导的抗体不同，单克隆抗体可以进行精细改造，安全有效的中和抗体可能会大规模生产，并在未来几个月内对世界各地的人们起到治疗效果。

 

 

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