Omicron BA.2 breakthrough infection enhances cross-neutralization of BA.2.12.1 and BA.4/BA.5
一、引言
SARS-CoV-2 的奥密克戎变种自 2021 年 11 月出现以来，给全球 COVID-19 疫情防控带来了新的挑战。奥密克戎 BA.1 亚变种在刺突糖蛋白的受体结合域（RBD）和 N 端域（NTD）发生显著变化，部分逃逸先前建立的免疫屏障。随着奥密克戎 BA.2 及其后代变种（如 BA.2.12.1、BA.4 和 BA.5）的出现，研究突破性感染对疫苗诱导免疫的影响具有重要意义。本文将深入解析 Alexander Muik 等人发表在《Science Immunology》上的研究，探讨 mRNA 疫苗接种者经历奥密克戎 BA.2 突破性感染后的免疫反应，特别是对奥密克戎亚变种的交叉中和能力。
二、研究目的
研究旨在评估 mRNA 疫苗（BNT162b2 或 mRNA-1273）接种者经历奥密克戎 BA.2 突破性感染后，血清中和抗体对包括 BA.2.12.1 和 BA.4/BA.5 在内的多种 SARS-CoV-2 变种的活性。同时，分析免疫反应中针对刺突糖蛋白 RBD 和 NTD 的抗体所起的作用，为疫苗研发和改进提供科学依据。
三、研究方法
研究纳入了三组人群：
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仅接种三剂 BNT162b2 且未感染 SARS-CoV-2 的个体（BNT162b23；n=18）。
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接种三剂 mRNA 疫苗（BNT162b2/mRNA-1273 同源或异源方案）后发生奥密克戎 BA.1 突破性感染的个体（mRNA-Vax3 + BA.1；n=14）。
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接种三剂 mRNA 疫苗后发生奥密克戎 BA.2 突破性感染的个体（mRNA-Vax3 + BA.2；n=19）。
通过伪病毒中和试验（pVNT）和活病毒中和试验（VNT），检测血清样本对 SARS-CoV-2 野生型株及多种变种（包括 Alpha、Beta、Delta、奥密克戎 BA.1、BA.2 及其衍生的 BA.2.12.1、BA.4/BA.5）的中和活性。同时，利用抗体耗竭实验和嵌合伪病毒实验，研究针对 RBD 和 NTD 的抗体在中和奥密克戎变种中的贡献。
四、实验结果
（一）血清中和活性
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对野生型株及其他变种的中和活性：三组人群的血清均能有效中和野生型株、Alpha、Beta 和 Delta 变种以及奥密克戎 BA.1 和 BA.2 亚变种。经历突破性感染的个体（特别是 BA.1 突破感染组）中和活性更为显著。
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对 BA.2.12.1 和 BA.4/BA.5 的中和活性：BNT162b2 三剂接种组（BNT162b23）和 mRNA-Vax3 + BA.1 组对 BA.2.12.1 的中和滴度显著低于野生型株（P < 0.05），对 BA.4/BA.5 的中和滴度降低更为明显（P < 0.001），较野生型株降低超过 5 倍。而 mRNA-Vax3 + BA.2 组对 BA.2.12.1 和 BA.4/BA.5 的中和滴度降低幅度较小，尤其是对 BA.4/BA.5 的中和滴度降低约 2.5 倍。
（二）交叉中和广度分析
以野生型株中和滴度为基准，对各变种的中和滴度进行归一化处理，结果显示：
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mRNA-Vax3 + BA.2 组对 BA.4/BA.5 的交叉中和活性（GMT 比值为 0.37）显著高于 mRNA-Vax3 + BA.1 组（GMT 比值为 0.18）和 BNT162b23 组（GMT 比值为 0.17）（P < 0.05）。
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mRNA-Vax3 + BA.2 组对 BA.2.12.1 的交叉中和活性（GMT 比值为 0.53）高于 mRNA-Vax3 + BA.1 组（GMT 比值为 0.43），且显著高于 BNT162b23 组（GMT 比值为 0.26）（P < 0.01）。
（三）抗体耗竭实验
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RBD 抗体耗竭：在所有组别中，RBD 抗体耗竭显著降低了对野生型株的中和活性。对于奥密克戎 BA.1，RBD 抗体耗竭几乎完全消除了 mRNA-Vax3 + BA.1 组的中和活性（残留活性约 2%），而对 BNT162b23 组和 mRNA-Vax3 + BA.2 组的中和活性降低幅度较小（分别残留约 12% 和 24% 的活性）。
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NTD 抗体耗竭：NTD 抗体耗竭对 BNT162b23 组和 mRNA-Vax3 + BA.1 组的中和活性影响较小（分别保留约 91% 和 99% 的活性），但显著降低了 mRNA-Vax3 + BA.2 组的中和活性（残留活性约 50%）。
（四）嵌合伪病毒实验
使用包含奥密克戎 BA.1 NTD 和 BA.4/BA.5 C 端 RBD 的嵌合刺突糖蛋白伪病毒进行实验：
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BNT162b23 组和 mRNA-Vax3 + BA.1 组对嵌合伪病毒的中和滴度与对 BA.4/BA.5 伪病毒的中和滴度相近，表明其对 BA.4/BA.5 的中和主要依赖于 RBD 抗体。
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mRNA-Vax3 + BA.2 组对嵌合伪病毒的中和滴度显著低于对 BA.4/BA.5 伪病毒的中和滴度（GMT 降低超过 3 倍，P < 0.0001），说明该组对 BA.4/BA.5 的中和有相当一部分归因于针对 NTD 的抗体。
五、研究结论
研究表明，经历奥密克戎 BA.2 突破性感染的 mRNA 疫苗接种者血清对包括 BA.2.12.1 和 BA.4/BA.5 在内的多种奥密克戎亚变种具有广泛的中和活性。与 BA.1 突破性感染相比，BA.2 突破性感染更能增强对 BA.4/BA.5 的交叉中和能力，这主要得益于 BA.2 刺突糖蛋白的 NTD 部分激活了疫苗接种者体内预先存在的 NTD 特异性记忆 B 细胞，从而产生了针对 NTD 的抗体反应，而 BA.1 的 NTD 与既往变种差异较大，未能有效唤起此类反应。
六、研究意义与启示
本研究深入揭示了奥密克戎不同亚变种突破性感染对疫苗诱导免疫的影响，为疫苗研发和改进提供了重要依据。研究结果表明，针对 BA.2 或其后代变种的疫苗可能更有利于提高对新出现变种（如 BA.4/BA.5）的交叉保护效果。在全球奥密克戎变种迅速演变的背景下，这些发现对指导疫苗的进一步开发和适应具有重要意义。
七、研究局限性
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样本量有限：研究样本量相对较小，且各组在疫苗接种间隔、感染时间间隔以及人口统计学特征（如年龄和性别）方面存在差异，可能影响结果的普适性。
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回顾性分析：研究基于不同研究中的样本回顾性分析，可能存在选择偏倚。
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免疫机制研究深度有限：研究主要集中在血清中和抗体水平，对于记忆 B 细胞、浆细胞和 T 细胞免疫的长期影响研究不足。
八、未来研究方向
未来的研究可进一步扩大样本量，深入研究奥密克戎 BA.2 突破性感染对免疫记忆的长期影响，特别是对记忆 B 细胞和 T 细胞的激活和分化作用。此外，针对 BA.2 或其后代变种的疫苗研发和临床试验也应加快推进，以验证其在提高交叉保护效果方面的潜在优势。
参考文献
Muik et al., Sci. Immunol. 7, eade2283 (2022)
图片与表格
图 1：研究队列和采样时间表
展示了三组研究对象的采样时间点及相关事件间隔，包括疫苗接种和感染时间。BNT162b23 组为三剂 BNT162b2 接种且未感染 SARS-CoV-2 的个体；mRNA-Vax3 + BA.1 组为三剂 mRNA 疫苗接种后发生 BA.1 突破性感染的个体；mRNA-Vax3 + BA.2 组为三剂 mRNA 疫苗接种后发生 BA.2 突破性感染的个体。
图 2：不同队列人群血清对 SARS-CoV-2 变种伪病毒的中和活性
图 2A 显示了各组血清对野生型株、Alpha、Beta、Delta、奥密克戎 BA.1、BA.2 及其衍生变种 BA.2.12.1、BA.4/BA.5 的 pVN50 GMTs。图 2B 则展示了以野生型株为基准的各变种 pVN50 GMTs 比值，直观呈现了各组的交叉中和广度。
图 3：不同队列人群血清对真实 SARS-CoV-2 变种的中和活性
图 3A 呈现了各组血清对野生型株、Alpha、Beta、Delta、奥密克戎 BA.2 和 BA.4 的 VN50 GMTs，图 3B 展示了以野生型株为基准的各变种 VN50 GMTs 比值。
图 4：NTD 和 RBD 特异性抗体对奥密克戎 BA.2 和 BA.4/BA.5 中和的作用
图 4A 展示了经过 RBD 或 NTD 抗体耗竭后血清对野生型株、BA.1、BA.2 和 BA.4/BA.5 的相对中和活性。图 4B 则显示了各组血清对 BA.4/BA.5 伪病毒及 BA.1-BA.4/5 嵌合伪病毒的 pVN50 GMTs，进一步证实了 NTD 抗体在 mRNA-Vax3 + BA.2 组对 BA.4/BA.5 中和中的重要性。
表 1：各组人群基本特征
| 队列名称 | 样本量 | 年龄中位数（范围） | 男性比例 | 疫苗接种方案 | 突破性感染时间（范围） | 血清采集时间（范围） |
|---|---|---|---|---|---|---|
| BNT162b23 | 18 | 38（23-54） | 50% | 三剂 BNT162b2 | 无 | 接种后 28 天（26-30 天） |
| mRNA-Vax3 + BA.1 | 14 | 32（23-60） | 43% | 三剂 mRNA 疫苗（BNT162b2/mRNA-1273） | BA.1 流行期（2021 年 11 月 - 2022 年 1 月） | 感染后 25 天（3-112 天） |
| mRNA-Vax3 + BA.2 | 19 | 30（25-74） | 42% | 三剂 mRNA 疫苗（BNT162b2/mRNA-1273） |
| 名称 | 货号 | 规格 |
| V-PLEX SARS-CoV-2 Panel 1 (IgG) Kit (5 PL) | K15359U-2 | 5PL |
| V-PLEX SARS-CoV-2 Panel 1 (IgG) Kit (25 PL) | K15359U-4 | 25PL |
| Series S Sensor Chip CM5, 10-pack | 29149603 | 10片 |
