mRNA-1273 or mRNA-Omicron boost in vaccinated macaques elicits similar B cell expansion, neutralizing responses, and protection from Omicron
一、引言
SARS-CoV-2 的奥密克戎变种具有高度传染性，并且对原始毒株匹配疫苗接种后的中和作用表现出显著抵抗。目前尚不清楚使用奥密克戎匹配疫苗加强接种是否会增强保护效果。本文通过对接种过 mRNA-1273 的猕猴分别加强接种 mRNA-1273 或 mRNA-Omicron 后的免疫反应和保护效果进行研究，旨在为 COVID-19 疫苗加强针策略提供科学依据。
二、研究背景
COVID-19 mRNA 疫苗 BNT162b2 和 mRNA-1273 对原始 SARS-CoV-2 提供了高效保护。然而，由于疫苗诱导免疫力的减弱以及关注变异株（VOC）的抗原转变，包括 Beta 和 Delta，保护效果有所下降。奥密克戎变种的出现进一步加剧了这一问题，其含有超 30 个刺突基因突变，导致疫苗接种者血清中的中和抗体滴度相比原始毒株大幅下降。
三、研究方法
研究使用印度-origin 的恒河猴，接种 100 mg mRNA-1273（编码 WA1 刺突蛋白），在第 0 和第 4 周接种，第 41 周加强接种 50 mg mRNA-1273 或 mRNA-Omicron（编码奥密克戎刺突蛋白）。收集血清、支气管肺泡灌洗液（BAL）和鼻洗液，分析抗体结合和中和动力学以及针对 WA1、奥密克戎以及 Beta 和 Delta 等 VOC 的刺突特异性 B 细胞频率。加强免疫后 1 个月，用奥密克戎病毒挑战动物，测量上下呼吸道病毒复制和肺部炎症。
四、实验结果
（一）血清抗体反应
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抗体结合滴度：接种 mRNA-1273 后第 6 周，针对 WA1 的结合滴度最高，奥密克戎最低。到第 41 周（加强前），所有变种的抗体滴度显著下降。加强后 2 周，无论是用 mRNA-1273 还是 mRNA-Omicron 加强，针对 D614G 和奥密克戎的结合滴度均显著提高。
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中和抗体滴度：活病毒中和试验显示，加强后针对所有 VOC 的中和抗体滴度均显著增加，尤其是针对奥密克戎和 Beta 的滴度超过了初次免疫后的峰值。类似结果也在慢病毒伪病毒中和试验中得到证实。
（二）黏膜抗体反应
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抗体结合滴度：BAL 和鼻洗液中的 IgG 刺突结合滴度趋势与血清中一致，加强后各变种的滴度均显著升高。
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ACE2 结合抑制：加强后，BAL 和鼻洗液中对所有变种的 ACE2 结合抑制能力均有所提高，尽管奥密克戎的抑制水平仍低于其他变种。
（三）B 细胞反应
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记忆 B 细胞扩增：加强后，针对 WA1 和奥密克戎的双特异性记忆 B 细胞显著扩增，占总 S-2P 特异性记忆 B 细胞的 70%-80%。两种加强针诱导的双特异性 B 细胞频率相似。
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B 细胞交叉反应性：对于 Delta 和 Beta 等其他 VOC，加强后双特异性 B 细胞频率也有所增加，表明加强免疫能增强针对多种 VOC 的交叉反应性 B 细胞反应。
（四）T 细胞反应
加强接种 mRNA-1273 或 mRNA-Omicron 均能增加 TFH 细胞反应，这对扩增强免疫后的 S 特异性记忆 B 细胞群体至关重要。并且，针对奥密克戎特异性肽段的 T 细胞反应与针对 WA1 特异性肽段的反应相似，说明 T 细胞表位在奥密克戎刺突蛋白中大部分得以保留。
（五）保护效果
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病毒复制控制：加强免疫后 1 个月用奥密克戎病毒挑战，两种加强针均能有效控制下呼吸道病毒复制。在感染后第 2 天，疫苗组BAL 中几乎检测不到病毒 RNA，而未接种疫苗的对照组病毒 RNA 拷贝数高达 1×10⁶ sgRNA_N 每毫升。第 4 天，所有接种疫苗的猕猴BAL 中病毒 RNA 均不可检出，而对照组仅下降至 3×10⁵ 每毫升。
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组织病理学和病毒抗原检测：接种疫苗的猕猴肺组织中未检测到病毒抗原，而未接种组肺组织中可检测到病毒抗原，并且组织病理学显示未接种组存在中度至重度炎症，而疫苗组仅为轻微至中度炎症。
五、研究结论
研究表明，在 previously vaccinated 非人灵长类动物中，加强接种 mRNA-1273 或 mRNA-Omicron 均可引发类似的交叉反应性 B 细胞扩增、中和反应，并在感染奥密克戎后提供相似的保护效果，特别是在下呼吸道中完全阻断病毒复制。这表明无论是使用原始株还是奥密克戎株的 mRNA 疫苗进行加强接种，在短期内均可提供相当的免疫保护效果。
六、研究意义与展望
该研究结果对于指导 COVID-19 疫苗加强针策略具有重要意义。当前，奥密克戎及其亚变种已成为全球主要流行株，其免疫逃逸能力较强，导致疫苗保护效果下降。本研究表明，加强接种现有 mRNA 疫苗（如 mRNA-1273）即可显著提升针对奥密克戎的中和抗体水平和免疫保护效果，暂未显示使用奥密克戎特异性疫苗加强的显著优势。然而，对于免疫天真的个体（如儿童），初始免疫方案使用奥密克戎匹配疫苗可能更有助于诱导针对当前流行株的免疫反应。未来，若奥密克戎或其抗原近缘变种长期占据主导地位，可能需要调整疫苗设计以涵盖当前流行株，同时结合原始株成分以保持对其他变种的交叉反应性。此外，由于该研究仅评估了加强接种后 2 周的免疫反应，对于不同类型加强针诱导的中和抗体持久性以及长期保护效果仍有待进一步研究。
七、研究局限性
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NHP 模型可能无法完全复现人类临床数据中奥密克戎相较于以往变种的增强传播所需的病毒复制程度。
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NHP 的中和抗体滴度比接受相同剂量和方案的 mRNA-1273 疫苗的人类高 5-10 倍，这可能影响对疫苗效果的直接推断。
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研究仅在加强后 2 周评估了免疫反应，动物随后被挑战感染，未能评估挑战后免疫反应的动力学。
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研究未设置未加强组，因此无法确定加强接种是否增强了保护效果，只能比较两种加强针的效果。
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研究未评估第二剂 mRNA-Omicron 加强的效果，也未探讨 mRNA-1273 与 mRNA-Omicron 双价加强针的潜在优势。
综上所述，本研究为理解 COVID-19 疫苗加强针策略提供了重要数据支持，特别是在奥密克戎流行背景下，为优化疫苗接种方案提供了科学依据。然而，在实际应用中仍需结合更多临床数据和长期研究结果，以制定最有效的疫苗接种策略。
图片
图 1：血清抗体反应动力学
研究中测量了接种 mRNA-1273 以及加强接种 mRNA-1273 或 mRNA-Omicron 后猕猴血清中针对不同 SARS-CoV-2 变种的 IgG 结合滴度和中和抗体滴度。
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A 和 B：显示了针对变种 S 和 RBD 的 IgG 结合滴度，以面积曲线下（AUC）表示。在初次免疫后第 6 周，针对 WA1 的结合滴度最高，而奥密克戎最低。到加强前（第 41 周），所有变种的抗体滴度均显著下降。加强后 2 周（第 43 周），两种加强针均使针对 WA1 和奥密克戎的结合滴度恢复至接近初次免疫后第 6 周的水平。
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C 和 D：展示了通过活病毒和慢病毒伪病毒中和试验测得的中和抗体滴度。加强后，针对所有变种的中和抗体滴度均显著增加，特别是针对奥密克戎和 Beta 的滴度超过了初次免疫后的峰值。
图 2：黏膜抗体反应动力学
研究评估了接种 mRNA-1273 以及加强接种 mRNA-1273 或 mRNA-Omicron 后猕猴支气管肺泡灌洗液（BAL）和鼻洗液中的抗体结合滴度和 ACE2 结合抑制能力。
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A 和 B：显示了针对 WA1、Delta、Beta 和奥密克戎的 IgG 刺突结合滴度。在加强前，BAL 和鼻洗液中的抗体滴度较低，加强后显著升高。
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C 和 D：展示了在 BAL 和鼻洗液中对不同变种 S-2P-ACE2 结合抑制的百分比。加强后，各变种的 ACE2 结合抑制能力均有所提高，尽管奥密克戎的抑制水平仍低于其他变种。
图 3 和图 4：B 细胞反应
通过流式细胞术检测了猕猴外周血中针对不同 VOC 刺突蛋白的 memory B 细胞频率。
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图 3：展示了加强后针对 WA1 和奥密克戎、Delta 和奥密克戎、WA1 和 Delta 以及 WA1 和 Beta 的双特异性 memory B 细胞的代表性流式细胞术图。
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图 4：以饼图形式显示了在加强后不同时间点，针对不同变种组合的 memory B 细胞在总 S 结合 memory B 细胞中的比例。结果表明，两种加强针均显著扩增了针对 WA1 和奥密克戎的双特异性 memory B 细胞，且 mRNA-1273 加强还能扩增仅针对 WA1 的 memory B 细胞。
图 5：加强针后的保护效果
在加强免疫后 1 个月用奥密克戎病毒挑战猕猴，评估了两种加强针在控制病毒复制和降低组织病理变化方面的效果。
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A-D：显示了在支气管肺泡灌洗液（BAL）、鼻拭子（NS）和口咽拭子（OS）中检测到的 SARS-CoV-2 亚基因组 RNA（sgRNA_N）拷贝数以及组织培养感染剂量（TCID50）滴度。两种加强针均显著降低了下呼吸道中的病毒载量，在感染后第 2 天几乎检测不到病毒 RNA，第 4 天所有接种疫苗的猕猴 BAL 中病毒 RNA 均不可检出，而未接种疫苗的对照组病毒载量较高。
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E：展示了病毒抗原和肺部炎症的组织病理学评估结果。接种疫苗的猕猴肺组织中未检测到病毒抗原，且炎症程度较轻，而未接种组存在明显的病毒抗原和较严重的炎症病理变化。
| 名称 | 货号 | 规格 |
| BD Horizon™ BUV737 Mouse Anti-Human CD4 | 612748 | 100Tst |
| BD Pharmingen™ APC-Cy™7 Mouse Anti-Human CD3 | 557757 | 50Tst |
| Series S Sensor Chip CM5, 10-pack | 29149603 | 10片 |
