解析不同類型的新冠疫苗對突變株體液的不同免疫應答

　　隨著新型冠狀病毒（SARS-CoV-2）的不斷傳播，其突變株如B.1.1.7（英國株）、B.1.351（南非株）、B.1.617（印度株）等開始在世界各地出現。新冠突變株可以通過刺突蛋白（Spike）的受體結合結構域（RBD）和N末端結構域（NTD）上的突變引起免疫逃逸，這些突變對新冠康復者和疫苗接種者的體液免疫應答和抗體識別有哪些影響，目前仍欠缺系統性研究。

　　論文截圖

　　2021年5月21日，北京大學生物醫學前沿創新中心（BIOPIC）、北京未來基因診斷高精尖創新中心（ICG）謝曉亮課題組與合作者共同在Cell Research上發表題為“Humoral immune response to circulating SARS-CoV-2variants elicited by inactivated and RBD-subunit vaccines”的研究論文。在本研究中，謝曉亮團隊利用高通量單細胞測序、冷凍電鏡、病毒中和實驗等多種技術手段解析了新冠病毒滅活疫苗（科興）和RBD亞單位重組蛋白疫苗（智飛）接種者以及新冠感染康復者的血漿和誘導的中和抗體對于目前流行新冠突變株（例如南非株）的應答情況。

　　謝曉亮團隊利用高通量單細胞測序，從兩種類型疫苗的接種者和康復者外周血的記憶B細胞中篩選并表達出831個抗刺突蛋白抗體，并從中篩選出86個對新冠病毒野生型具有高中和活性的抗體。假病毒中和測試實驗顯示，超過一半的抗RBD中和抗體對K417N/E484K/N501Y突變組合的中和活性大幅下降。高分辨率冷凍電鏡結構顯示，引起中和抗體活性大幅降低的原因是E484K突變導致的電荷反轉。

　　抗RBD和抗NTD中和抗體對新冠病毒N501Y突變株免疫應答情況

　　盡管如此，因抗RBD中和抗體的表位分布具有多樣性，其在應對K417N/E484K/N501Y等RBD突變時顯示出了高度多樣性。相比之下，南非株攜帶的NTD上242-244位點的缺失（242-244Δ）則會改變NTD抗原熱點的蛋白構象，從而消除絕大部分抗NTD抗體的中和活性，這意味著抗NTD中和抗體的多樣性遠少于抗RBD中和抗體。

　　為了進一步證實抗RBD抗體具有多樣性，研究團隊分析了18種VH3-53/VH3-66基因型抗體對南非株的中和能力。VH3-53/VH3-66型抗體是不同感染者體內共同出現的抗體，這些抗體在RBD上的表位和結構高度相同。盡管如此，VH3-53/VH3-66型抗體對突變株的反應性仍有所差異，例如：少數VH3-53/VH3-66不受突變株影響，多數VH3-53/VH3-66抗體對K417N/E484K/N501Y突變株失效，結構解析證明這部分失效的抗體主要是由于K417N突變降低了抗體互補決定區與RBD的極性相互作用引起的。

　　與中和抗體實驗結果類似，康復者和滅活疫苗接種者的血漿對南非突變株均表現出中和活性下降的趨勢。假病毒和真病毒中和實驗結果顯示，相比于普通流行株，新冠感染康復者和滅活疫苗接種者的血漿針對南非株的中和活性下降4倍左右。其原因主要是由E484K/N501Y和242-244Δ突變引起，且這兩個區域的突變對血漿中和活性的削弱程度可疊加。而RBD亞單位重組蛋白疫苗的血漿中和活性在真病毒和假病毒中只下降2倍左右，表明RBD亞單位重組蛋白疫苗接種者血漿對南非株的耐受性優于康復者血漿。其主要原因是由于其誘導的抗RBD中和抗體具有豐富的多樣性，且不受NTD突變的影響。

　　此研究還發現，與標準的RBD重組蛋白亞基疫苗三劑免疫（第0天/30天/60天）相比，第三劑和第二劑重組蛋白疫苗免疫之間的接種間隙延長（第0天/30天/140天）會產生更強中和活性的抗體，對南非突變株具有更強的耐受性。這些結果表明，如果未來新冠突變株大流行，特別是對于攜帶能改變NTD抗原熱點蛋白構象突變的病毒株，注射第三劑RBD重組蛋白疫苗來加強免疫或是一種優化方案。

　　BIOPIC/ICG謝曉亮教授為本研究通訊作者，BIOPIC曹云龍副研究員為本研究論文的共同第一作者兼共同通訊作者，ICG肖俊宇研究員、北京佑安醫院馮英梅教授、中國食品藥品檢定研究院王佑春研究員、中國人民解放軍軍事科學院軍事醫學研究院秦成峰研究員為本研究論文的共同通訊作者，該研究項目得到科技部、北京市教委、北京未來基因診斷高精尖創新中心的支持。