2020年8月1日 星期六

未感染過新冠病毒或 SARS 的人也有對抗新冠病毒的 T cells

體內對抗病毒或細菌的免疫系統除了抗體外,還有免疫細胞們。之前說過,免疫系統有兩種,一種是第一線的先天免疫系統(innate immunity),另一種是感染後學習得來的 adaptive immunity。簡單來說,第一線的先天免疫系統裡,負責打仗的是白血球,包括巨噬細胞(macrophage)和自然殺手細胞(natural killer cells, NK cells)等等。負責第二線 adaptive immunity 則是消滅被感染細胞的 T cells 和生產抗體的 B cells。通常感染後的 B cells 反應程度和 T cells 反應程度是相關的,有一個就有另一個,之前較多研究是著重在感染新冠病毒後,體內是否產生可以對抗的中和抗體(neutralizing antibodies),不過最近有幾篇研究是關於 T cells 免疫反應的,有趣的發現是有的人體內測不到抗新冠病毒的抗體,但卻有抗新冠病毒的 T cells,尤其是 CD4+ (helper) T cells。

相關文章:輕症及無症狀患者帶有可對抗新冠病毒的 T cells

人類冠狀病毒有七個,除了這次的 SARS-CoV-2 和之前的 SARS, MERS,另外就是造成感冒的 OC43, HKU1, 229E 和 NL63,這些全部都會引起 T cells 反應和產生抗體,不過抗體消退的比 T cells 反應快,SARS 患者的抗體大概可維持兩、三年,不過他們的 memory T cells 在感染後至今已有十七年了仍存在於體內。之前有研究顯示抗冠狀病毒的抗體有 cross-reactivity,除了抗 spike RBD (receptor-binding domain) 的抗體比較有 specificity,由於其他蛋白在冠狀病毒中還滿 conserved,抗這些蛋白的抗體很多都有 cross-reactivity,也就是說抗其他冠狀病毒的抗體也可以辨識新冠病毒的抗體。抗體是這樣,T cells 也是這樣嗎?

前幾天發表在 Nature 的一篇研究分析了三組人的 T cells,包括有 SARS 康復患者、新冠病毒的康復患者,以及沒有感染過 SARS 和 SARS-CoV-2 或接觸過患者的個體,想知道他們體內是否有對抗新冠病毒的 T cells ,還有對病毒的哪些部分有反應,例如結構蛋白(structural protein) nucleocapsid (NP) 和非結構蛋白(non-structural proteins) NSP7 等等 [註]。

註:病毒蛋白分為兩種:structural proteins 和 non-structural (NS) proteins。Structural proteins 就是組成病毒的蛋白,例如 capsid proteins 或是 envelope proteins。NS proteins 大多是酶類蛋白,功能為調控病毒蛋白的表現居多,這篇論文裡測的 NSP7 和 NSP13 在冠狀病毒的小族群裡變化不多,SARS 和 SARS-CoV-2 的 NSP7 和 NSP13 幾乎一樣,這種通常會有 cross-reactivity。

1. 新冠病毒患者, n = 36

所有康復患者的免疫細胞(PBMC, peripheral blood mononuclear cells)對 NP 有反應,但是只有 33% 的人對 NSP7 和 NSP13 有反應。有的人的 T cells 可以對 NP 的很多片段有反應,有些 NP 片段除了可被新冠病毒患者的 T cells 辨識外,同時也可以被 SARS 康復患者的 T cells 所辨識。對病毒 NP 片段有反應的以 CD4 T cells 為主。

相關文章:新冠病毒感染者體內 T 細胞的免疫反應

2. SARS 康復患者, n = 23

SARS 已經過去十七年了,康復患者的免疫系統仍然可以對抗 SARS 嗎?這篇研究顯示,SARS 康復患者體內仍存有可以辨識 SARS NP 的免疫細胞,而且也可以辨識新冠病毒的 NP,不過對其 NSP7 和 NSP13 沒什麼反應。這是否說,新冠病毒感染患者的免疫細胞維持的時間和 SARS 康復患者的免疫細胞一樣,可以維持長達十多年後仍對病毒有反應?

3. 沒有 SARS 或新冠病毒病史和接觸史, n = 37

其中二十幾位的血液是 2019 年七月以前採樣的,十一位是抗體測試對新冠病毒的 NP 反應為陰性。分析結果顯示一半以上未感染者的 T cells 可以辨識新冠病毒的蛋白片段,不過它們辨識的片段大多和康復患者體內的 T cells 辨識的病毒片段不同,主要以 NSP7, NSP13 和 NP 為主。NSP7 和 NSP13 雖然在 SARS 和 SARS-CoV-2 間的相似度高,但是和感冒冠狀病毒 OC43, HKU1, NL63 和 229E 的相似度滿低的,那這些未感染過 SARS-CoV-1/2 個體體內的 T cells 不是因為感染過感冒冠狀病毒後習得來的,那是從哪裡得來的呢?是其他未被發現的冠狀病毒嘛?

這篇研究中也提到,雖然體內有可對抗新冠病毒的 T cells,不代表可以使個體免於感染,不過可以在感染之後就消滅它,至少不會使它演變成重症。



相關文章:新冠病毒的哪個部分最能引起免疫反應呢?

從這篇研究我們知道了什麼?

1. COVID-19 康復患者體內有可以辨識 SARS-CoV-2 的免疫細胞,而且有 cross-reactivity,也可以辨識 SARS 的病毒蛋白。

2. SARS 康復患者體內的免疫細胞可以維持十七年後仍對 SARS 蛋白有反應,並且也有 cross-reactivity,同樣對新冠病毒有反應。

3. 未感染過 SARS-CoV-1/2 或未接觸過患者的個體體內也有可以辨識新冠病毒蛋白的免疫細胞,不過辨識的蛋白和 SARS-CoV-1/2 的康復患者不同,以 NSP7 和 NSP13 為主,不像 SARS-CoV-1/2 康復患者的免疫細胞,主要辨識的是 NP。

4. 目前還不知道為什麼未感染者的體內會有可以辨識 SARS-CoV-2 蛋白的免疫細胞,只知道不是因為感染過感冒冠狀病毒後產生的。



Articles:
TN / “Common Cold” Coronaviruses Could Help Produce Anti-SARS-CoV-2 Immune Cells (July 2020)


Papers:
DM Altmann & RJ Boyton, SARS-CoV-2 T cell immunity: Specificity, function, durability, and role in protection. Science (2020)

NL Bert et al, SARS-CoV-2-specific T cell immunity in cases of COVID-19 and SARS, and uninfected controls. Nature (2020)










2020年7月3日 星期五

輕症及無症狀患者帶有可對抗新冠病毒的 T cells

免疫系統除了較為人知的白血球,例如巨噬細胞(macrophae)等等,還有抗體外,另外就是 T 細胞和製造抗體的 B 細胞。最近有幾篇研究是關於感染新冠病毒後,體內的 T 細胞反應,發現康復患者體內除了有抗 Spike protein 的抗體外,同時也都有能夠辨識新冠病毒的 CD4+ (helper) T cells,並且有強烈反應。也有研究顯示,未感染過新冠病毒的患者的血液檢體裡,也含有可辨識新冠病毒的 helper T cells。

相關文章:新冠病毒感染者體內 T 細胞的免疫反應

至於輕症或無症狀患者呢?輕症或無症狀患者的體內不見得測得到抗體,不過最近瑞典的 Karolinska Institute 的研究團隊發現,輕症及無症狀患者體內有對抗新冠病毒的 T cells,即便他們體內沒有產生足夠、可被檢測到的抗體量。(註:這篇研究還在 peer-review 審查中,目前只刊在 bioRxiv。)

這篇研究先比較了重症患者、康復後的輕症或無症狀患者,還有健康個體的血液,發現其 CD4+ T cells 裡的 CD38 和 PD-1,以及 CD8+ T cells 裡的 CD38 和 CTLA-4 等等的表現有明顯的區別,重症患者的 CD38 和 PD-1 表現比健康個體要高。普遍來說,患者早期的 CD8+ T cells 會有 CD38 和 PD-1 表現增加的現象,而康復患者則是偏向 CCR7+ 的表現增加。他們利用這些差別,分析了今年五月中院內的五個不同族群、兩百位多位個體的 memory T cells,包括在疫情發生前或發生中的健康個體、輕重症和無症狀的康復患者,和康復患者一起住的家庭成員。


Figure / Principle of Flow cytometry (BOSTER)

跟之前的研究一樣,疫情爆發前的健康個體血液裡有可辨識新冠病毒 membrane protein 和 spike protein 的 T cells,但是對 nucleocapsid 沒有反應,而康復患者則對這三個病毒蛋白都有反應。令人覺訝異的是輕症和無症狀患者,以及在疫情期間捐血的健康個體的血液裡,皆有對這三個病毒蛋白都有反應的 T cells。另外,CD4+ T cells 的反應比 CD8+ T cells 強烈。最後,他們比較了這五個族群體內抗體和 T cells 的關係,發現有些人的抗體檢驗為陰性,但是卻帶有對抗 nucleocapsid, membrane protein 和 spike protein 的 CD4+ 和 CD8+ T cells。帶有對新冠病毒有強烈 T cell responses 的人口中,除了患者家屬、輕症及無症狀患者外,還有在疫情期間的健康患者,帶有抗病毒 T cells 的人數是帶有抗體人數的兩倍之多,表示即便用血清檢測也低估了感染人數。

有些學者擔心,輕症或無症狀患者體內的免疫反應不足以產生保護效應,因為抗體量不高,不過這個研究顯示,雖然抗體不高,但是對抗病毒的 T cells,表示已有可以對抗病毒的免疫機制。在之前 SARS 疫苗的研發中,發現疫苗雖然沒在老鼠體內產生足夠抗體,但卻可以引起 T cell responses,並且足以使老鼠免於不被 SARS 再次感染而死亡,這個現象同樣也在這個研究裡的輕症和無症狀康復患者中觀察到,所以我們也許不用太過悲觀,說不定已有 herd immunity。



Articles:

TN / SARS-CoV-2 Immunity Likely To Be Higher Than Antibody Testing Has Shown (July 2020)

Karolinska Instututet / Immunity to COVID-19 is probably higher than tests have shown (June 2020)


Paper:

T Sekine e tal, Robust T cell immunity in convalescent individuals with asymptomatic or mild COVID-19. bioRxiv (2020)













2020年6月30日 星期二

萬用流感疫苗的可能性

相信大家都得過流感,可能覺得流感沒什麼,不過全球每年因流感重症的人口高達三百五十萬人,超過四十萬人死亡。雖說目前有疫苗,但流感病毒是 RNA 病毒,突變率高,所以每年都需要新疫苗,而且因為不知道來年病毒會突變成什麼,只能用預測的,只能做到 best match,無法做到 perfect match。

目前流感疫苗用的大多是去活性的病毒蛋白來引起免疫反應,產生大量對抗病毒的抗體。疫苗主要用的蛋白是 HA (hemagglutinin) 和 NA (neuraminidase),位於流感病毒的表面,這兩個蛋白的基因常常突變,如果預測的不夠準的話,疫苗的效用可能就大為降低。與其每年都需要預測和更新疫苗,科學家們希望能夠研發一個萬用的 universal vaccines,一支可以對抗所有流感病毒的疫苗,近年來的策略是讓免疫系統產生各種針對流感的抗體,於是標靶蛋白須為所有流感病毒株都有、變化較少的蛋白或其片段,例如 HA 的 stalk region。

註:流感病毒的 HA 分成兩個 domains (下圖),上面的 head domain 是基因突變較頻繁的部分,頂端是 receptor binding site,下面是 stalk domain,相較起來突變較不頻繁。


Figure / Structure and classification of influenza virus hemagglutinins (E Kirkpatrick et al, Scientific Reports 2018)

人類的免疫系統,除了抗體之外,還有免疫細胞,引發免疫細胞反應,也是另一種方法。這篇研究是是想利用 cGAMP (2’,3’-cyclic guanosine monophosphate-adenosine monophosphate) 啟動肺部內的免疫細胞 CD8+ resident memory T cells (T RM cells) 對抗流感病毒。Type I interferons (IFN-Is) 是啟動免疫系統對抗病毒感染主要媒介,STING (stimulator of interferon genes)是啟動肺泡表皮細胞和免疫細胞裡 IFN 表現的訊息因子,cGAMP 則是 STING agonist。在這篇研究裡,他們用 PS (pulmonary surfactant) 作為載體把 cGAMP 和去活性的 H1N1 疫苗一起送進肺部的巨噬細胞(macrophages),再由巨噬細胞把 cGAMP 送進肺泡的表皮細胞 AECs (alveolar epithelial cells)和 APC (antigen-presenting cells),進而啟動免疫系統。


Figure / Strengthening influenza virus vaccination (Herold & Sander, Science 2020)

他們把 PS-cGAMP 和去活性的流感病毒(PS-GAMP adjuvant H1N1)一起打進老鼠,兩天後便觀察到其效用,除了早期大量增加的 NK cells 和之後強烈的 CD8+ T cells 反應,施打後兩週也觀察到大量的抗體產生,比疫苗本身引起的抗體量多十倍以上,而產生的抗體針對的不只是 H1N1 而已,還包括其他三種 -- H3N2, H5N1, H7N9。最後,PS-GAMP adjuvant H1N1 疫苗在施打兩天就可產生保護作用,引起的免疫反應還可維持至少六個月,施打疫苗一個月後還可測到 CD8+ T RM cells,保護老鼠不再受到 H1N1 和其他流感病毒株的感染。

嗯,如果在人體上也有同樣效用的話,應該也可以應用在新冠病毒的疫苗上。



Papers:

S Herold & L Sander, Toward a universal flu vaccine. Science (2020)

J Wang et al, Pulmonary surfactant-biomimetic nanoparticles potentiate heterosubtypic influenza immunity. Science (2020)

E Kirkpatrick et al, The influenza virus hemagglutinin head evolves faster than the stalk domain. Scientific Reports (2018)










2020年6月29日 星期一

有記憶的先天免疫系統

先天免疫系統是可以學習、訓練的嗎?

關於新冠病毒,目前知道的就是大多數人都是無症狀或是輕症,只有少數人會進展到重症,而且大多數是老年人或慢性病患者,這是否和免疫能力有關?

人體的免疫系統有兩種,一種是 innate immune system,一種是 adaptive immune system。Innate immune defense 是先天的免疫反應,沒有針對特定外來物,通常是免疫系統和某個外來物(細菌或病毒)的第一次見面。Adaptive immune system 則是改進過後的免疫反應,是免疫系統跟外來物第一次見面後學習來的,有記憶性,會針對某個外來物。例如說大家第一次感染到新冠病毒的時候,身體對抗的免疫反應是 innate immue system,在這一戰的時候,主要打仗者是各種白血球們(e.g., monocytes, macrophages, natural killer cells),他們在打仗的過程中得到新冠病毒的蛋白資料(抗原),然後用這些資料產生對抗它的免疫細胞 (T cells, B cells)和抗體,進化成 adaptive immune defense,當再次感染的時候,adaptive immune system 就可以立刻叫喚出針對新冠病毒的免疫細胞和抗體,快速消滅病毒。(有興趣的可以看工作細胞第三集)



Innate immunity 和 adaptive immunity 的差別主要在前者沒有記憶性,後者則是依靠前者的經驗學習記憶後得來的 immunity,不過近期有研究認為,innate immunity 也是可以被訓練成有記憶性的,也就是 trained immunity,而這靠的是改變基因表現,也就是 epigenetic reprogramming。Trained immunity 和原本的 adaptive immunity 不同點在於 [3]:

1. 參與 trained immunity 的免疫細胞有 monocytes, macrophages, natural killer cells (NK cells) 等等,adaptive immunity 則是 T cells 和 B cells。

2. adaptive immunity 是有目標性的,靠的是基因重組(gene rearrangement)後產生的、針對不同抗原的抗體,trained immunity 改變的不是基因本身,而是基因的表現(epigenetic)。有意思的是之前有研究顯示 NK cells 和 CD8+ T cells (CTLs) 有相似的基因表現機制,可能是讓 NK cells 有記憶性的的原因 [4]。

3. trained immunity 改變免疫細胞功能是短期的,只有幾個月,adaptive immunity 的改變則是長期的,可達幾年。


Figure / Schematic representation of the concept of "training immunity" (Kar & Joosten, Nature Immunology 2020)

這一篇文章要說的便是 innate immunity 是否可以被訓練,進而展現 adaptive immunity 的部分功能 [5],也就是說在初次感染時,白血球等等習得了要產生哪些蛋白對抗,當後來再次感染的時候,不需要受到相同的病菌感染,innate immunity 的免疫細胞就會立刻產生某些 cytokines 去對抗,就是所謂的 trained immunity。之前有研究顯示卡介苗(bacillus Calmette-Guérin; BCG vaccine)可以產生 trained immunity,卡介苗是去掉毒性的活細菌疫苗,雖然針對的是造成肺結核(tuberculosis)的細菌(Mycobacterium bovis),但是它引起的 trained immunity 有降低其他病菌感染的效用,例如流感和皰疹病毒,稱為 off-target effects 或是 non-specific effects (NSEs)。另外,健康人施打卡介苗會增加 pro-inflammatory cytokines,得到呼吸道感染的機率比沒打過卡介苗的低了 73%。

之前有研究觀察到有施打卡介苗的國家,新冠病毒確診病例和重症率比較低 [1],可能是因為它產生的 trained immunity 的效用,對抗病菌的免疫力增強了,因而降低了新冠病毒的感染率。不過,雖然在台灣施打卡介苗是 mandatory,但是在北美並不是,根據加拿大 Health Canada 網站的資訊 [2],卡介苗的效用不高,而且會干擾診斷,有施打過卡介苗的在肺結核的皮膚測試(TST; tuberculin skin testing)會顯示為陽性,需要病人告知是否施打過卡介苗,不然不知道陽性反應是因為卡介苗還是因為真的感染,所以並不鼓勵施打卡介苗。

"Clinical trials have demonstrated conflicting results regarding BCG vaccine's efficacy. Meta-analytic reviews have estimated the vaccine efficacy in preventing any TB disease at approximately 51%. The protective effect of BCG vaccine against disseminated TB in the newborn is estimated to be 78%.

The duration of BCG vaccine protection is not well-established. Although generally thought to have declining protection over time, one follow up study demonstrated a protective effect for as long as 60 years. BCG vaccine will not prevent the development of active TB in individuals who are already infected with M. tuberculosis. TB disease should be considered as a possible diagnosis in any vaccinee who presents with a suggestive history, or signs or symptoms of TB, regardless of immunization history."

回到卡介苗是否真的的降低新冠病毒感染或重症,因為都還只是觀察到的相關性,所以需要臨床上的確認,目前有幾個國家開始臨床試驗,預計要到今年十月才知道結果。除了卡介苗外,麻疹疫苗也被認為可以產生 trained immunity。



References:

1. JSatoNotes / If I were North American/West European/Australian, I would take BCG vaccination now against the novel coronavirus pandemic

2. Gov of Canada / Bacille Calmette-Guérin (BCG) vaccine: Canadian Immunization Guide

3. MG Netea et al, Trained immunity: A program of innate immune memory in health and disease. Science (2016)

4. UK Kar & L Joosten, Training the trainable cells of the immune system and beyond. Nature Immunology (2020)

5. M Netea et al, Trained Immunity: a Tool for Reducing Susceptibility to and the Severity of SARS-CoV-2 Infection. Cell (2020)










2020年6月27日 星期六

新冠肺炎患者體內的抗體有哪些

這篇研究分析了六十幾位 COVID-19 患者體內的抗體,想知道他們在感染後的產生時間和其 neutralizing 的功效。

摘要:

1. 用 ELISA 實驗的結果,發現用 Spike RBD (receptor-binding domain) 來測試患者體內抗體的 specificity 和 sensitivity 比較高。

2. 幾乎沒有患者在症狀出現後八天內有測到中和抗體(neutralizing antibodies),然後在第 21 天時有 91% 的患者測得到低量的 neutralizing antibodies,只有 73% 的患者體內有保護作用的中和抗體含量高於 1:80。

3. 大約有 32% 在症狀出現 21 天後,體內中和抗體的量依然很低,有的甚至沒有。

4. 大部分的人在出現症狀七天後,體內才測到較高的 IgG 和 IgM 抗體。

5. 症狀出現九天後,體內 IgG 抗體較為普遍,大多數感染過的人都有 IgG 抗體(94%),七成的患者有 IgM。

6. FDA 建議用血清來治療的 titre 是 1:160,目前只收症狀持續兩個禮拜的康復患者捐獻的血液用於治療。

7. RBD-binding 的抗體量和保護作用(neutralizing)呈現正相關:體內 anti-RBD 的抗體越多,保護作用越大。

8. 患者體內 IgM 的量也和體內的中和抗體(neutralizing antibodies)的量呈現正相關。

註:中和抗體為可結合病毒,進而抑制其感染細胞的抗體。

新冠病毒的哪個部分最能引起免疫反應呢?

知道這個有什麼用呢?可以用來做疫苗研發,如果我們知道病毒的哪個蛋白或蛋白的哪個片段可以引起有效的免疫反應,那就可以用來作為疫苗,比起打入整顆的病毒,只打入病毒的某個蛋白或某個蛋白片段會相對安全,有人想研發 DNA- 或 RNA-based 疫苗的部分原因也在此,因為它們只會在體內表現病毒的蛋白或蛋白片段,而不是整個病毒。

這個研究主要是用 Spike protein,他們把 Spike protein 依照目前所知的 domains 分成幾個片段試驗。

1. S-ectodomain (S1+S2), aa 16-1213
2. S1, aa 16-685
3. RBD, aa 319-541
4. S2, aa 686-1213

相關文章:近期和新冠病毒抗體相關的研究

他們把這些蛋白片段打入兔子體內,第一次和第一次施打隔了兩個禮拜,然後在打入後第八天取血清分析,看看哪個可以引起強烈的免疫反應。他們用 ELISA 測試血清裡的 IgG 和四種抗原的反應,結果顯示所有的血清都有可和 S-ecto 產生強烈反應的 IgG,而和其他三個抗原的反應則滿 specific,打入 S2 兔子的血清只對 S2 產生反應,對 S1 和 RBD 則沒反應。

因為 ELISA 分析的是 IgG binding,他們另外也用 SPR 分析其他 Ig binding,結果顯示在二次施打後,所有取得的血清裡,anti-Spike 的抗體中有 80% 是 IgG,10-15% 是 IgA,以及少量的 IgM。專一性的話呢, S-ecto 兔子的血清裡,大多數抗體都和 S-ecto 結合,再來是和 S1,最後是 RBD 和 S2,大概是 S-ecto 的三分之一。S1 兔子血清裡和 S-ecto, S1 以及 RBD 結合的抗體都差不多多,沒有和 S2 結合的。RBD 兔子血清裡的抗體一樣是和 S-ecto, S1 以及 RBD 結合的量都差不多,但是量都是 S1 兔子的三倍,而且這些抗體對抗原的 affinity 是其他兔子抗體的五倍。

再來就是看這些抗體的保護力了,他們用 RBD-hACE2 binding competition SPR assay 和 neutralization 測試抗體抑制病毒的功效。因為新冠病毒進入細胞靠的是 RBD 和宿主細胞 hACE2 的結合,competition SPR assay 便是測試抗體阻斷 RBD 和 hACE2 的功效如何,結果顯示 S1 兔子和 RBD 兔子的血清阻斷的效能最好,分別為 84% 和 94%,而 S1+S2 的只有 44%。那這些抗體是否可以阻止細胞被病毒感染呢?實驗結果顯示 RBD 兔子的血清抑制病毒感染的效果最好,再來是 S1 兔子的血清,最後才是 S1+S2 兔子的血清。

結論:用病毒 Spike protein RBD 產生出來的抗體對抗原的 affinity 最高,最能有效阻斷 RBD-hACEII binding,抑制病毒感染細胞的效果也最好。



Publication:

S Ravichandran et al, Antibody signature induced by SARS-CoV-2 spike protein immunogens in rabbits. Science Translational Medicine (2020)










2020年5月23日 星期六

新冠病毒感染者體內 T 細胞的免疫反應

人類體內對抗病菌的免疫機制除了透過抗體外,還有各種免疫細胞,雖然目前關於新冠病毒的研究大多著重在抗體,但免疫 T cells 也扮演著清除病毒的重要角色。康復者到底會不會免於二次感染呢?這可能和感染後產生多少抗體、抗體維持多久,和免疫細胞反應的強度有關,感染後要能產生有效的免疫反應,才表示疫苗的研發是有意義的。最近有篇研究是關於 T cells,發現有些未受 SARS-CoV-2 感染者的體內有對抗此病毒的 T cells,很可能是因為之前感染過其他冠狀病毒產生的。

關於免疫系統裡 T cells 和 B cells 的功能,我很喜歡下面這張圖,覺得畫得很清楚。B cells 是製造抗體的,T cells 是殺死受感染的細胞,但他們兩個都要先從 APC (antigen presenting cells) 那裡取得病毒的資料,才能製造出可以辨識病毒的抗體,或是受到感染的細胞。(就像你想讓狗去找嫌疑犯,要先讓牠聞一下嫌疑犯身上的味道,然後再讓牠去搜尋一樣。)


Figure / Development of immunity (Nature News 2020; doi: 10.1038/d41586-020-01221-y)

La Jolla Institute 的研究團隊想知道病毒的哪個部分可以引發強烈的 T 細胞反應,因為這個病毒蛋白的片段可能可以用來做疫苗。他們先預測了一些可能會引起強烈 T 細胞反應的病毒蛋白片段(peptides),其中一組是 spike protein 的片段,另一組是除了 spike proteins 之外所有 SARS-CoV-2 蛋白的片段,每個約十個氨基酸長,然後把這些片段測試在 20 位新冠病毒康復患者的血清上。這二十位康復患者都算是輕症的,有症狀但是不需要住院,血清是在症狀出現後 20 - 35 天後,完全沒症狀後採集的,有先用 ELISA 檢測過,確定他們的血清內有抗 Spike protein RBD 的抗體。他們發現所有的康復患者都有可以辨識新冠病毒 Spike protein 的 helper (CD4+) T cells,helper T cells 反應的程度和 anti-Spike IgG 量正向相關,七成的患者有針對新冠病毒的 killer (CD8+) T cells,而且 T cells 的反應非常強烈。目前很多人對患者是否對新冠病毒有免疫力有疑慮,認為病毒不見得會引起免疫反應,加上有報導說有患者再次感染,不過這個研究顯示,大多數的患者的免疫系統是對新冠病毒有反應的。


Figure / T cell response in COVID-19 patient and unexposed individuals (Grifoni et al, Cell 2020)

註:helper T cells 負責幫助 B cells 產生抗體,和抗體 IgG 和 IgA 量有關;killer T cells (又稱 cytotoxic T cells, CTLs) 負責清除病毒。

除此之外,這些血清內也有可以辨識新冠病毒其他蛋白的 T cells,包括 M protein 和 N protein。所有患者的血清都有針對非 Spike protein 的 helper T cells,比例上大概是 50% 的 T cells 是針對 Spike protein,50% 是針對 Spike protein 以外的病毒蛋白。

由以上結果看,我們也許不用對疫苗研發太過悲觀,新冠病毒是可以引起免疫反應的,接下來要知道的是這個免疫反應是否能使人體對病毒產生保護作用,如果可以的話,研發出成功的疫苗是有希望的。

不過,這篇研究裡的患者是有症狀的,那無症狀患者是否也有可以辨識新冠病毒的 T cells,並能產生強烈的免疫反應呢?這篇研究裡沒有檢測無症狀患者的 T cells responses,但是檢測了未受感染者的 T cell responses。

他們檢測了於 2015-2018 年採樣到、沒有感染過新冠病毒的血液檢體,結果發現其中有 40% - 60% 含有可以辨識新冠病毒的 helper T cells,可能是因為這些人之前感染過其他種類的冠狀病毒,cross-reactivity 使他們體內也有能辨識新冠病毒的 T cells。研究者們認為這是之前感染其他四種引起感冒症狀的冠狀病毒時產生的,因為這些血液檢體裡都有針對至少其中三種常見冠狀病毒的 T cells,血清檢測也顯示全部都有 HCoV-OC43 和 HCoV-NL43 Spike protein 的 IgG 抗體,表示大多數人都感染過常見的四種感冒冠狀病毒,而且至少感染過超過三種,而這也可能是為什麼大部分的人感染到新冠病毒後都只是輕症或無症狀。

註:四種常見的冠狀病毒為 HCoV-OC43, HCoV-HKU1, HCoV-NL63 和 HCoV-229E ,前兩者為 betacoronaviruses,後兩者為 alphacoronaviruses。

相關文章:感染過冠狀病毒是否就免疫了呢?

另外,上個月有篇發表在 medRxiv 也有類似的結果,他們除了從新冠病毒康復病患的體內發現有能夠辨認 Spike protein 的 helper T cells,也從沒感染過的個體裡發現可以辨識 SARS-CoV-2 的 helper T cells。



Articles:

Science / T cells found in COVID-19 patients ‘bode well’ for long-term immunity (May 2020)

TN / Analysis of SARS-CoV-2 Immune Response Bodes Well for Vaccine Development (May 2020)


Papers:

A Grifoni et al, Targets of T cell responses to SARS-CoV-2 coronavirus in humans with COVID-19 disease and unexposed individuals. Cell (2020)

J Braun et al, Presence of SARS-CoV-2 reactive T cells in COVID-19 patients and healthy donors. medRxiv (2020)