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新冠在变异,人类免疫系统也在进化:抗体免疫反应能持续优化

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  随着全球SARS-CoV-2感染人数在冬季继续大暴发,一个关键的问题变得越来越重要:那些康复患者对新冠病毒的免疫力能持续多久?另外,新冠病毒具有持续突变的“天性”,人类的免疫系统是否束手无策?
1月18日,顶级学术期刊《自然》(Nature)以“加速评审文章”的形式在线发表了由美国洛克菲勒大学、西奈山伊坎医学院团队领衔完成了《抗体对新冠病毒的进化》(Evolution of antibody immunity to SARS-CoV-2),对以上问题进行了解答。洛克菲勒大学官网称,研究团队给出了一个令人鼓舞的答案:COVID-19康复患者可以抵抗病毒6个月甚至更长时间。值得注意的是,人体也在不断优化应对病毒的抗体免疫反应,感染几个月后产生的抗体对SARS-CoV-2及其在南非、巴西等地发现的变异毒株的阻断能力增强。
人在感染病毒后,B细胞就像“保安”,它会增殖分化成不同角色的浆细胞(效应B细胞)和记忆B细胞。
浆细胞会产生抗体,直接清理病毒,通常来说,人体应对感染而产生的抗体会在血浆中停留数周或数月,但其水平会随着时间的推移而显著下降。而人类免疫系统更有效应对重新来袭的病毒的方式是靠记忆B细胞来识别病原体,在第二次遇到病原体时迅速释放新一轮抗
文章的通讯作者之一、洛克菲勒大学分子免疫学实验室负责人Michel C. Nussenzweig教授及其同事研究了87例患者在两个时间点的体液免疫反应:感染后1.3个月和6.2个月。他们检测了血浆中的中和抗体水平,并且分析了记忆B细胞的特征。自纽约发生疫情以来,Nussenzweig团队一直在跟踪和研究患者的抗体反应。和此前的一些研究类似,研究团队发现,尽管中和抗体在6个月后仍然可以检测到,但IgM和IgG的数量已经显著减少,IgA受影响较小。假病毒实验数据表明,6.2个月的血浆样本针对新冠病毒的中和活性仅为1.3个月时的1/5。
相比之下,患者的记忆B细胞,特别是针对新冠病毒刺突蛋白受体结合域(RBD)的记忆B细胞数量并没有减少,在某些病例中甚至增加。
Nussenzweig实验室的免疫学家Christian Gaebler 称这些记忆B细胞产生的抗体能攻击新冠病毒的“阿喀琉斯之踵”,也就是RBD,“这是个好消息,因为这些都是你再次遇到病毒时所需要的。”研究还发现,记忆B细胞在6.2个月后,其表达的抗体有更高的体细胞高频突变(somatic hypermutation)。免疫系统通过体细胞高频突变可优化中和抗体与抗原的结合,这也意味着,在受到新冠病毒感染后的1.3个月到6.2个月之间,人类的免疫系统在不断优化对新冠病毒的抗体免疫反应。
研究团队发现,在1.3个月和6.2个月都鉴别到的单克隆抗体种类中,6.2个月时的单克隆抗体中和新冠病毒的能力显著加强。
这些抗体甚至可以识别新冠病毒的突变体。研究团队通过检测发现,在6.2个月获得的单克隆抗体中,有些抗体能够对这些逃避中和抗体识别的基因突变产生中和效力,包括在南非和巴西发现的新冠病毒突变体中的E484K突变。
“我们很惊讶地看到记忆B细胞在这段时间里一直在进化。”Nussenzweig说,“这通常发生在艾滋病毒或疱疹等慢性感染中,病毒一直存在于体内。但我们没有预料到新冠病毒感染患者中也会如此,因为目前认为感染消失后病毒也清除了。”
目前的研究认为,新冠病毒在肺、上呼吸道和小肠的某些细胞中复制,研究团队假设,隐藏在这些组织中的残留病毒颗粒可能会驱动记忆细胞的进化。为了验证这一假设,Nussenzweig实验室与洛克菲勒前科学家、现为西奈山伊坎医学院医生的Saurabh Mehandru教授合作,Mehandru一直在对COVID-19康复患者的肠道组织进行检查,取样时间平均在康复后3个月。
在被研究的14人中,有7人的肠道细胞中存在SARS-CoV-2的遗传物质和蛋白质。研究提到,研究团队不知道这些残留的病毒是否仍然具有传染性,或者仅仅是死亡病毒的残留物。研究团队计划对更多的人进行研究,以更好地了解这些残留病毒物质在疾病进展和免疫方面可能发挥的作用。
总的来说,基于这些发现,研究团队认为,当康复的患者再次遇到病毒时,反应会更快、更有效,从而防止再次感染。 “这是非常振奋人心的消息。”Nussenzweig说,“我们观察到的这类免疫反应可能让人体能够在病毒再次入侵的时候产生迅速而且有效的免疫反应,从而提供长久的保护能力。”

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