Nature｜曹云龙课题组揭示新冠病毒免疫印记重塑机制
具有免疫逃逸能力的新冠病毒变异株持续出现，凸显了更新新冠疫苗组分的必要性。然而，原始株疫苗接种引起的免疫印记会削弱变异株感染或更新后疫苗接种所产生的抗体反应。因此，探索能够减轻或重塑新冠病毒原始株免疫印记的疫苗接种策略十分重要。
2023年11月22日，北京大学生物医学前沿创新中心（BIOPIC）/昌平实验室曹云龙课题组在Nature杂志在线发表了题为Repeated Omicron exposures override ancestral SARS-CoV-2 immune imprinting的研究论文，为我们深入了解SARS-CoV-2免疫印记动态提供了新见解。这项研究通过高通量单细胞V(D)J测序以及深度突变扫描技术，揭示了在已接种新冠原始株疫苗并产生原始株免疫印记的情况下，二次暴露于奥密克戎（Omicron）变异株（通过感染或者疫苗接种）后，机体可生成高比例的奥密克戎特异性中和抗体，极大程度上改善了单次奥密克戎变异株刺激后，由于原始株免疫印记所引起的主要产生靶向交叉结合原始株、非中和表位抗体的现象。同时，这些奥密克戎特异性抗体大多靶向全新的受体结合结构域（RBD）表位，虽然无法中和新冠病毒原始株，但对奥密克戎变异株支系具有卓越的广谱中和能力。本研究还利用深度突变扫描数据，预测了未来XBB支系的演化热点。该研究不仅从抗体表位层面深入理解了免疫印记现象，还为全球新冠疫苗的更新和使用策略提供了重要理论指导依据。
在本论文中，研究者利用免疫小鼠和新冠奥密克戎株感染的人群队列研究了新冠原始株疫苗接种所产生的免疫印记现象，并特别关注了二次感染奥密克戎变异株的人群的体液免疫反应。研究发现，从血浆游离抗体中和水平看，在原始株疫苗接种后，单次的变异株暴露（疫苗或感染）存在强烈免疫印记现象，且免疫印记的强度随着暴露变异株与原始株的抗原距离的增加而增强。然而，两次感染变异株的人群和两次接种变异株疫苗的小鼠组原始株免疫印记得到显著改善。从特异性B细胞水平看，二次感染的人群有远超单次暴露人群的奥密克戎特异性记忆B细胞比例，且这些记忆B细胞所编码的抗体比单次感染具有更高的体细胞突变水平和抗原亲和力。同时，这些特异性抗体对奥密克戎支系的中和活性显著强于交叉结合原始株的抗体。
为了进一步解释二次感染后改善的免疫印记现象，该研究利用之前团队开发的深度突变扫描技术确定了奥密克戎特异性抗体在RBD上的结合位点和逃逸突变（图1）。相比于单次奥密克戎感染，二次感染者产生的抗体中针对非中和表位的比例显著降低，表明免疫印记得到了显著的缓解（图1）。研究还发现这些奥密克戎特异性抗体靶向了一些全新的RBD表位，且对XBB.1.5等最新毒株都具有高效的中和活性，从抗体表位层面解释了二次变异株感染后改善的免疫印记及良好的血清中和反应。
图1. 从经历了单次突破感染或两次感染的康复个体中分离出的针对BA.5 RBD的单克隆抗体的抗原表位群（左图）；二次暴露奥密克戎相比单次暴露的RBD抗体表位分布差异。非中和或弱中和单克隆抗体（E2.2、E3和F1）的抗原表位以虚线框标出（右图）
此外，本研究还利用深度突变扫描技术得到的大量抗体的逃逸图谱数据，预测了XBB.1.5在RBD上的演化热点，并通过实验证明了这些突变的组合可以增强XBB.1.5的免疫逃逸能力，同时保持了对受体ACE2较高的亲和力。目前多个预测突变已在真实世界新冠进化轨迹中高频出现。
由于新冠原始株组分可能会加强免疫印记的负面影响，不断激活交叉结合原始株的非中和抗体，在现如今更新新冠疫苗抗原时，文章建议应当放弃原始株组分。目前，这一建议已经被WHO和美国FDA采纳。同时，根据论文结果，尚未感染Omicron变异株的人也应接种两剂更新的疫苗加强针，已经感染一次变异株的人群应再接种含有最新变异株的疫苗，以引发良好的广谱中和抗体反应。
北京大学，昌平实验室曹云龙为本文通讯作者；北京大学阿依江·伊斯马衣、宋玮良、王菁、简繁冲、昌平实验室于原玲、南开大学陈筱素为本文的共同第一作者。该工作得到了昌平实验室王佑春、谢晓亮、金荣华以及天津第一医院沈中阳的通力支持。
论文链接：
https://www.nature.com/articles/s41586-023-06753-7
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曹云龙，北京大学生物医学前沿创新中心（BIOPIC）研究员、助理教授，北京昌平实验室领衔科学家，主要从事B细胞适应性免疫应答研究以及抗体药物与疫苗设计。
新冠疫情期间在新冠中和抗体药物研制、新冠体液免疫响应特征和新冠突变免疫逃逸机制等方面产生了一系列具有国际影响力的创新性研究结果，为抗击疫情作出了突出贡献。研究成果入选2022年度“中国科学十大进展”、2022年度“中国生命科学十大进展”。曾获2022年Nature十大人物、麻省理工科技评论中国区35岁以下科技创新35人、国家自然科学基金优秀青年科学基金项目。