生物醫學科研之家 - 華盛頓大學：B細胞對mRNA接種應答的生發中心驅動成熟－鑽石舞台

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背景

生發中心 (GC)是B細胞獲得增強免疫的體細胞超突變 (SHM)的淋巴樣結構，存活的克隆分化為記憶B細胞 (MBC)和長壽命骨髓漿細胞 (BMPCs)。新型冠狀病毒mRNA疫苗接種誘導持續的GC應答，在人類中持續至少六個月。應答GC B細胞的命運以及這種持久性的功能後果尚未闡明。我們在42名六個月前接受兩劑BNT162b2 (一種新型冠狀病毒mRNA疫苗)治療的個體中檢測到了新型冠狀病毒刺突 (S)特異性MBCs。在11名受試者中的9名中檢測到分泌s-特異性IgG的BMPCs。採用聯合方法對8名個體的應答血漿母細胞和MBCs的B細胞受體、淋巴結GC和漿細胞和BMPCs以及相應單克隆抗體 (mAbs)的表達進行測序，我們跟蹤了1540個S-特異性B細胞克隆的演變。我們表明，平均而言，早期血液S-特異性漿母細胞表現出最低的SHM頻率。相比之下，接種疫苗後六個月內S-特異性GC B細胞的SHM頻率增加了3.5倍。S-特異性MBC和BMPCs累積了高水平的SHM，這與血液和體液中抗S抗體的親和力以及BMPC衍生單克隆抗體的中和能力增強相一致。本研究記錄了新型冠狀病毒疫苗接種誘導的GC應答在人類中的顯著持久性如何最終導致能有效中和病毒的細胞成熟的長期抗體應答。

簡介

2022年2月15日，來自美國華盛頓大學醫學院的Wooseob Kim及其團隊在Nature (IF: 42.778)雜誌上發表名為Germinal centre-driven maturation of B cell response to mRNA vaccination的研究[1]。

主要結果

B細胞對mRNA疫苗接種的反應

我們既往已經證明，使用輝瑞-BioNTech新型冠狀病毒mRNA疫苗BNT162b2對人體進行疫苗接種會在引流淋巴結中誘導強烈但短暫的循環漿母細胞 (PB)反應和持續性生發中心 (GC)反應。這些持續性GC反應是否導致親和成熟記憶B細胞 (MBC)和長壽命骨髓內漿細胞 (BMPCs)的產生仍不清楚。為了解決這個問題，我們分析了參與我們既往描述的觀察性研究的43名健康受試者 (13名有新型冠狀病毒感染史)的長期B細胞應答，這些受試者接受了兩劑BNT162b2治療。接種後29周採集引流腋窩淋巴結 (n=15)的長期血樣 (n=42)和細針吸引物 (FNA) (圖1a)。在接種後29周 (n=11)和40周 (n=2)採集骨髓抽吸物，後一時間點僅用於B細胞受體 (BCR)譜分析 (圖1a)。提供FNA或骨髓標本的受試者均無新型冠狀病毒感染史。

圖1. 對新型冠狀病毒mRNA疫苗接種的體液免疫應答的持久性

為了追蹤血液、淋巴結和骨髓內的S特異性B細胞的進化和克隆分布，我們對來自三個區室的8名受試者的免疫細胞進行了單細胞RNA測序 (scRNA-seq)和同步BCR測序。我們首先在第二次免疫一周後，從以峰值頻率採集的樣本中對PBs進行分類 (圖2a，上圖)。然後，我們詢問了引流腋窩淋巴結的免疫反應動力學。淋巴結的單細胞轉錄分析顯示了不同的免疫細胞群，如前所述 (圖2a，左下圖)。為了進一步區分淋巴結中不同的B細胞亞群，我們從總細胞分析中對B細胞群進行了無偏倚的二次聚類 (圖2a，右下圖)。淋巴結中約40%和約7.9%的B細胞分別具有GC B細胞和LNPC轉錄組特徵。

圖2. 引流腋窩淋巴結中SARS-CoV-2 s結合B細胞克隆的鑑定

B細胞在生發中心成熟

我們分析了與第4周循環PBs克隆相關的S結合GC B細胞的比例。參與者中PB相關、S結合GC B細胞的頻率差異很大，從12.7%到82.5%不等 (圖3a)。與我們的流式細胞術結果一致 (圖1c)，在接種疫苗後 6 個月多的時間內，觀察到來自長效 S 結合克隆的 GC B 細胞至少 29 周。此外，我們在接種後29周檢測到血液中存在克隆相關的MBC。與克隆相關的PBs相比，S結合GC B細胞累積的體細胞高度突變 (SHM)水平顯著更高，並且這種差異隨着時間的推移而增加 (圖3b)。在第4周至第29周期間，我們觀察到所有S結合GC B細胞中的SHM頻率增加了3.5倍 (圖3c)。然而，在接種後29周檢測到的S結合MBC的SHM頻率略低於其克隆相關的GC B細胞對應細胞。隨着時間的推移，淋巴結中表達IgA同型BCR的S結合GC B細胞的相對比例增加。克隆分析顯示S結合GC和LNPC區室之間高度重疊 (圖3e)。此外，與S-結合PB和GC B細胞之間的SHM頻率相比 (圖3f)，S-結合LNPCs和GC B細胞的SHM頻率隨時間以非常相似的速率增加，且差異很小 (圖3b)。

圖3. 淋巴結中SARS-CoV-2 s結合B細胞的成熟

抗體反應的親和力成熟

為了確定S特異性GC B細胞和LNPCs的SHM頻率隨時間的增加是否反映為循環抗S抗體結合親和力的增加，我們測量了血漿抗S IgG的親和力。在無新型冠狀病毒感染史的受試者中，與5周時間點相比，抗S IgG親和力在第29周有所增加。有趣的是，有新型冠狀病毒感染史的受試者在接種後5周和29周的血漿抗S IgG親和力相當 (圖4a)。一致地，S結合LNPCs的SHM頻率隨時間增加 (圖4b)。接種後29周和40周的S結合BMPCs表現出的SHM程度與接種後15周和29周的LNPCs相當 (圖4b)，且高於除MBC之外的任何其他S結合B細胞群。為了了解疫苗誘導的B細胞譜系的進化軌跡，我們使用一個為BCR保留地定製的系統發育模型分析了S特異性克隆。與其SHM頻率一致 (圖4b)，PBs傾向於更靠近系統發育樹上的種系，而LNPCs和BMPCs傾向於進化上更遠 (圖4c)。與聚集成單獨分支的PBs相反，BMPCs和LNPCs位於同一分支上，表明BMPCs和LNPCs之間存在更密切的進化關係 (圖4c)。總之，這些結果支持了一個模型，即S特異性BMPCs是親和成熟的GC衍生LNPCs的產物。

圖4. SARS-CoV-2疫苗誘導B細胞克隆的進化

結論及展望

我們的研究提出了許多重要問題，這些問題需要在未來的研究中加以解決，這些研究涉及額外的同源或異源免疫對正在進行的GCs的動力學和產物的影響，特別是在誘導的B細胞應答的廣度方面。由這種全身免疫誘導的IgA+ GC B細胞區室是否能產生長期的IgA+ MBCs和BMPCs也有待解決。總體而言，我們的數據表明，基於mRNA的疫苗具有顯著的誘導穩健且持續的GC應答的能力，最終導致親和成熟的MBC和BMPC人群。

原文鏈接

https://www.nature.com/articles/s41586-022-04527-1

參考文獻

1. Kim Wooseob,Zhou Julian Q,Horvath Stephen C et al. Germinal centre-driven maturation of B cell response to mRNA vaccination.[J] .Nature, 2022, undefined: undefined.