mRNA vaccination in octogenarians 15 and 20 months after recovery from COVID-19 elicits robust immune and antibody responses that include Omicron

一、研究背景与核心问题

随着COVID-19大流行持续，老年人群的免疫保护策略成为关键科学问题。高龄（≥80岁）个体因免疫衰老（immunosenescence）和合并症高发，对疫苗应答常较弱。本研究聚焦于一个独特队列：16名中位年龄81岁的修女，其在COVID-19康复15个月后接种首剂BNT162b2 mRNA疫苗，5个月后（即感染后20个月）接种第二剂（图1A）。通过对比年轻未感染群体（中位年龄58岁，n=14）及高龄未感染对照组（n=5），研究首次揭示：

延迟接种策略在老年康复者中可激发超越年轻群体的强效免疫应答，且对Omicron等变异株具有显著中和能力。

二、研究方法与实验设计

1. 多维度免疫应答评估体系

研究整合以下技术平台：

• 抗体动力学：MSD多plex技术检测针对WHO参考株（D614G）、Alpha、Beta、Gamma、Delta及Omicron的Spike-RBD IgG水平
• 功能性中和抗体：假病毒中和试验（Delta B.1.617.2）及ACE2竞争抑制实验（Omicron BA.1）
• 先天免疫应答：10种血清细胞因子（IFN-γ、CXCL10等）检测
• 转录组学：深度RNA-seq（平均2.4亿reads/样本）分析疫苗诱导的基因表达程序
• B细胞受体谱：MiXCR分析IGHV/IGKV/IGLV基因使用频率

2. 创新性队列设计

队列类型	人数	中位年龄	疫苗接种方案	关键特征
康复高龄组（主要队列）	16	81岁	感染后15个月首剂，20个月第二剂	合并症普遍（图1B）
未感染年轻对照组	14	58岁	标准两剂（间隔3周）	无感染史
康复高龄亚组	5	86岁	感染后10个月两剂	需亚急性护理，高合并症
未感染高龄对照组	5	73岁	标准两剂	无合并症

三、核心发现与机制解析

1. 抗体应答：延迟接种引发超强反应

• 持久的基础免疫记忆：感染后15个月，康复者仍维持针对Alpha/Beta/Gamma Spike的高抗体滴度（图1C），但抗Delta/Omicron滴度较低（图1D）。
• 单剂疫苗的爆发式增强：首剂接种7天后，总抗Spike IgG提升35倍（图1E），显著高于未感染年轻群体第二剂后的6倍提升（图2C）。
• 第二剂的增量价值：第二剂（感染后20个月）进一步提升抗体水平（除Beta/Omicron外），其中抗Omicron Spike抗体在接种7天后显著升高（图1G）。

关键数据对比：

2. 对Omicron的中和优势

• ACE2竞争抑制实验：康复高龄组两剂后对Omicron Spike的抑制率接近100%，显著优于未感染组（图1I vs 图2F）。
• 机制关联：该现象与IGHV3-53/3-66、IGHV3-30/3-33等中和抗体相关基因克隆扩增相关（图6B）。

3. 转录组特征：持续干扰素信号驱动免疫强化

• 康复组独特应答模式：单剂疫苗激活894个差异表达基因（DEGs），其中干扰素信号通路（IFN-γ、JAK-STAT）持续至接种后7天（图4A-B）。
• 未感染组短暂应答：两剂仅激活173个DEGs，且7天后仅剩5个基因持续高表达（如IFI44L、RSAD2）（图4C-D）。

热图分析揭示（图5A）：

• 康复组108个基因在接种后7天持续激活（40%为病毒应答通路基因）
• 未感染组仅5个基因持续激活

4. B细胞受体谱：中和抗体克隆选择性扩增

通过深度BCR测序发现：

• 康复组优势克隆：IGHV1-2、IGHV1-24、IGHV3-53/3-66等中和抗体相关基因转录本在接种7天后提升>15倍（图6B）。
• 克隆多样性：Chao1指数显示康复组单剂后BCR多样性显著高于未感染组两剂后（p<0.01）。

四、临床启示与公共卫生意义

1. 高龄康复者的"免疫红利"

研究推翻"老年必然弱应答"的认知，揭示：

• 感染建立的记忆B细胞池可在15个月后仍被单剂疫苗高效激活。
• 延迟接种策略（感染后≥15个月）可能优于早期加强，因更长间隔允许记忆细胞充分成熟。

2. 对疫苗接种政策的挑战

• 单剂 vs 两剂争议：康复高龄者单剂已诱发强于年轻群体两剂的应答，但第二剂对Omicron中和有增量价值。
• 时间窗优化：数据支持将老年康复者的加强针延迟至感染后12-15个月，以最大化免疫效果。

3. 应对变异株的启示

尽管Omicron逃逸明显，但康复+两剂接种者在高龄群体中仍保有>90%的ACE2抑制率（图1I），为设计泛冠状病毒疫苗提供靶点线索。

五、研究局限与未来方向

局限领域	具体说明	改进方向
人群代表性	单一性别（女性）、地域局限（奥地利蒂罗尔）	多中心、多族裔队列验证
疫苗类型	仅评估BNT162b2	对比不同mRNA/腺病毒载体疫苗
长期保护	最长随访4个月	延长至12个月监测抗体衰减
T细胞应答深度	仅初步ELISPOT数据（图S9）	多色流式分析T细胞亚群分化

六、结论

本研究通过多组学整合分析，首次证实：

COVID-19康复的80岁以上高龄者，在感染15个月后接种单剂BNT162b2可激发超越年轻群体的强效体液与细胞免疫，其机制涉及持续干扰素信号通路激活及中和抗体相关B细胞克隆扩增。

这一发现为优化老年群体疫苗接种策略提供了关键科学依据，强调"感染史+延迟加强"的协同保护价值，尤其面对Omicron等免疫逃逸株的持续威胁。

 

图1 康复高龄组抗体应答动态 （A）疫苗接种与采血时间线 （C-E）感染后15个月内抗体滴度变化 （G）第二剂后抗体提升 （H）Delta中和抗体几何平均滴度（GMT） （I）ACE2抑制率

 

图2 未感染年轻组抗体应答

（C）两剂疫苗后抗Spike IgG动态 （E）Delta中和抗体衰减 （F）Omicron ACE2抑制率低下

 

图4 转录组PCA与差异基因分析

（A）康复组接种后基因表达时序变化 （B）差异基因火山图 （C）未感染组基因表达模式

 

图5 康复组 vs 未感染组转录组特征对比 （A）接种后1天持续激活基因热图 （B）共有/特有差异基因韦恩图

 

图6 BCR受体谱分析

（A）IGHV基因使用频率饼图 （B）中和抗体相关基因克隆扩增倍数

 

名称	货号	规格
Luciferase 1000 Assay System	E4550	1,000 assays
Maxwell® RSC simplyRNA Blood Kit	ASB1380	144preps
V-PLEX SARS-CoV-2 Panel 13 (ACE2) Kit (25 PL)	K15466U-4	1EA