Immune imprinting, breadth of variant recognition, and germinal center response in human SARS-CoV-2 infection and vaccination
一、引言
2019冠状病毒病（COVID-19）大流行促使全球紧急开发多种疫苗。mRNA疫苗BNT162b2在临床试验中展现出高效力和安全性。研究聚焦于比较mRNA疫苗接种与自然感染引发的人体免疫反应差异，尤其关注抗体反应的广度、免疫印记现象以及生发中心反应。
二、研究背景
SARS-CoV-2的多种变体在全球传播，其免疫逃逸能力各异。疫苗接种和自然感染均可引发免疫反应，但具体差异尚待深入研究。本研究旨在对比mRNA疫苗接种与自然感染后抗体反应的差异，探究免疫印记对后续变异体抗体反应的影响，并分析疫苗接种与感染对生发中心反应的不同影响。
三、研究方法
（一）样本收集
研究纳入了斯坦福大学BNT162b2疫苗接种者、COVID-19患者以及蒙古国不同疫苗接种者的血浆样本。同时，收集了疫苗接种者和COVID-19患者的淋巴结组织样本。
（二）实验方法
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采用多色荧光编码（CODEX）免疫荧光分析和免疫组织化学方法评估淋巴结组织的生发中心结构。
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利用多重电化学发光（ECL）检测技术分析血浆样本中的抗体反应。
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通过原位杂交技术检测淋巴结中的疫苗mRNA和刺突抗原。
四、研究结果
（一）抗体反应的广度
1.BNT162b2疫苗接种者的抗体反应
研究发现，BNT162b2疫苗接种者在首剂、第二剂及第三剂接种后的抗体反应具有一致性。接种后，针对核衣壳（N）、全长刺突（S）和受体结合域（RBD）的IgG抗体在首次接种后28天达到初始峰值，与SARS-CoV-2中和滴度高度相关。第三剂加强接种后，IgG浓度在1周内超过既往峰值。
2.CCOVID-19患者的抗体反应
COVID-19患者的抗体反应与疾病严重程度相关。重症患者表现出更高的SARS-CoV-2特异性抗体滴度，而轻症或无症状感染者的IgM和IgA反应较弱且短暂。与BNT162b2疫苗接种者相比，COVID-19患者在感染初期对Wuhan-Hu-1 RBD的抗体结合偏好更强，对变异体RBD的识别广度较低。但随着时间推移，患者血浆样本对变异体RBD的识别有所改善。
3.不同疫苗接种者的抗体反应
研究对比了接种BNT162b2、ChAdOx1-S、Gam-COVID-Vac和BBIBP-CorV四种疫苗后的IgG反应。结果显示，所有疫苗接种者对变异体RBD的IgG结合广度均大于COVID-19患者，其中BNT162b2诱导的抗体水平最高。
（二）免疫印记现象
免疫印记是指初次抗原暴露形成的B细胞记忆影响后续对变异体的抗体反应。研究发现，既往接种过Wuhan-Hu-1样抗原的个体在感染Alpha或Delta变异体后，其抗体反应表现出对Wuhan-Hu-1的印记，即对Wuhan-Hu-1的抗体反应强于对变异体的反应。而未接种疫苗的个体感染Alpha或Delta变异体后，其抗体反应偏好于变异体抗原。
（三）生发中心反应
1.淋巴结生发中心的组织学特征
在COVID-19患者中，尤其是重症患者，其支气管周围淋巴结的生发中心结构受损，表现为CD21+滤泡树突状细胞网络破坏、BCL6+细胞（包括生发中心B细胞和滤泡辅助性T细胞）和PD-1+细胞减少。相比之下，mRNA疫苗接种者的腋下淋巴结活检样本显示出生发中心结构完整，且在接种后8周内仍可检测到疫苗mRNA和刺突抗原。
2.疫苗接种与感染对生发中心的影响
mRNA疫苗接种刺激了强大且持久的生发中心反应，而COVID-19感染则导致生发中心结构受损。疫苗接种者的生发中心中检测到较高浓度的疫苗mRNA和刺突抗原，这可能有助于增加抗体对变异体RBD的识别广度。
五、关键数值结果
（一）抗体反应的广度
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在BNT162b2疫苗接种者中，针对九种病毒变异体的RBD的IgG抗体反应显示，与Wuhan-Hu-1相比，对Beta、Gamma和P.3变异体的结合下降最为显著。
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COVID-19患者在感染初期对Wuhan-Hu-1 RBD的IgG结合偏好明显高于疫苗接种者，其Wuhan-Hu-1与变异体RBD的IgG结合比值在感染初期较高，但随着时间推移有所降低。
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对比四种疫苗接种者与COVID-19患者的IgG反应，所有疫苗接种者的变异体RBD结合广度均大于患者，其中BNT162b2疫苗接种者的抗体水平最高。
（二）免疫印记现象
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对于感染Alpha或Delta变异体的COVID-19患者，其IgG抗体对相应变异体RBD的结合偏好明显高于对Wuhan-Hu-1 RBD的结合。
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接种过Wuhan-Hu-1样抗原的个体在感染Alpha或Delta变异体后，其IgG抗体对Wuhan-Hu-1的结合偏好依然存在，表现为对Wuhan-Hu-1与变异体RBD的结合比值较高。
（三）生发中心反应
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在COVID-19患者的支气管周围淋巴结中，生发中心的BCL6+细胞和PD-1+细胞数量显著减少，而疫苗接种者的腋下淋巴结生发中心中这些细胞的数量较高。
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疫苗接种者的淋巴结生发中心中可检测到疫苗mRNA和刺突抗原，且在接种后7至60天内持续存在。
六、研究结论
本研究表明，mRNA疫苗接种与自然感染相比，在抗体反应的广度、免疫印记现象和生发中心反应方面存在显著差异。mRNA疫苗接种能够诱导更广泛的变异体识别抗体反应，而自然感染则导致抗体反应对Wuhan-Hu-1的偏好较强，且生发中心结构受损。这些发现为理解疫苗接种和自然感染后免疫反应的差异提供了重要依据，对未来疫苗研发和免疫策略制定具有重要意义。
七、研究意义与展望
研究结果强调了疫苗接种在引发广泛抗体反应方面的优势，提示未来疫苗研发应关注如何增强抗体对变异体的识别广度。此外，深入探究疫苗接种与自然感染在免疫反应上的差异，有助于优化疫苗接种策略，提高疫苗对新出现变异体的防护效果。
图1：COVID-19患者和mRNA疫苗接种者的淋巴结生发中心组织学特征比较
图2：不同疫苗接种者与COVID-19患者针对变异体RBD的IgG抗体反应
表1：不同疫苗接种者与COVID-19患者的抗体反应特征比较
| 指标 | BNT162b2疫苗接种者 | COVID-19患者 |
|---|---|---|
| 变异体RBD结合广度 | 较高 | 较低 |
| 免疫印记现象 | 对Wuhan-Hu-1的印记较弱 | 对Wuhan-Hu-1的印记较强 |
| 生发中心结构完整性 | 较好 | 较差 |
| 名称 | 货号 | 规格 |
| 抗体染料法定量PCR预混液（通用ROX） | abs60247-1mL×5 | 1mL×5 |
| V-PLEX Proinflammatory Panel1 (human) Kit (5 Plate) | K15049D-2 | 5Plate |
| V-PLEX Proinflammatory Panel1 (human) Kit (25 Plate) | K15049D-4 | 25Plate |
