新冠 mRNA 疫苗接种与感染下 B 细胞应答的表型异质性研究：探寻持久免疫的关键密码

这篇研究通过对 SARS-CoV-2 mRNA 疫苗接种（有 / 无突破感染）的纵向采样，分析约 7200 万个 B 细胞。发现受体结合域（RBD）反应性与 5 种 IgG B 细胞群体相关，且疫苗加强针和感染引发的免疫反应各有特点，为评估疫苗效果提供了重要依据。

　　### 研究背景
新冠疫情期间，SARS-CoV-2 的传播给全球带来了巨大挑战。SARS-CoV-2 的 mRNA 疫苗在疫情初期迅速研发并投入使用，其通过诱导针对病毒蛋白的强效中和抗体发挥保护作用，且能引发生发中心反应，建立持久的记忆 B 细胞库。然而，疫苗加强针的效果受到病毒变异和免疫印记等因素影响，重复感染和接种对体液免疫的影响也较为复杂。同时，抗原特异性 B 细胞高度异质，其在感染和接种背景下的变化规律尚未完全明确，这给研究持久免疫带来了困难。本研究旨在通过纵向采样，探究 SARS-CoV-2 mRNA 疫苗接种和突破感染对 B 细胞和抗体反应的影响。

研究方法

1. 研究对象：招募 33 名成年参与者，他们均接受了至少 3 剂辉瑞（BNT162b2）或 Moderna（mRNA - 1273）mRNA 疫苗。根据是否感染 SARS-CoV-2，在每次接种时间点将参与者分为未感染（WOI）和感染（WI）两组。记录参与者的年龄、性别、种族等信息，以及接种、感染和血液采集的时间。
2. 样本采集与处理：采集参与者的外周血，分离外周血单个核细胞（PBMCs）和血清。PBMCs 经 Ficoll 密度梯度离心分离后冻存于 - 80°C，血清经离心分离后储存于 - 80°C。
3. 检测方法
   • 血清抗体检测：采用电化学发光免疫分析（ECLIA）检测血清中 IgG 和 IgA 与 SARS-CoV-2 刺突蛋白受体结合域（RBD）的结合能力，使用基于慢病毒假病毒的中和试验检测血清的中和活性。
   • B 细胞表型分析：运用光谱流式细胞术，使用针对 26 种细胞表面标志物的抗体对 B 细胞进行染色，通过 FlowSOM 聚类和统一流形近似与投影（UMAP）降维分析，识别不同的 B 细胞群体。利用 Wishbone 算法进行轨迹分析，推断 B 细胞的发育关系。
   
   

研究结果

1. 抗体反应
   • 感染和加强针接种后的抗体反应：感染组在第 3 剂疫苗接种前（T5），IgG 抗体对所有 9 种 RBD 蛋白的结合滴度显著高于未感染组；但第 3 剂疫苗接种后（T5 - T6），未感染组的反应更强。之后，两组的 RBD IgG 滴度均保持较高水平，且差异不显著。IgA 滴度和中和抗体滴度变化趋势与 IgG 相似。这表明感染诱导的抗体滴度在初次接种时优于疫苗，但第 1 剂加强针在未感染情况下可产生强劲反应，后续加强针的反应不受感染状态影响。
   
   
2. B 细胞表型
   • B 细胞聚类分析：对约 7200 万个 CD3^?CD45⁺CD19⁺细胞进行无监督聚类和降维分析，共生成 30 个不同的 B 细胞簇。其中，4 个簇表达 CD10，包括 1 个未成熟 / 过渡簇和 3 个分别表达 IgD/M、IgG、IgA 的小簇，这些小簇可能是循环中的生发中心 B 细胞（GCBCs）对应物。
   • RBD 反应性分析：确定了 27 个具有 RBD 反应性的 B 细胞簇，主要为 IgG 簇。感染和第 1 剂加强针引发的 RBD 反应强度相似，但 B 细胞表型不同。感染后，IgA 簇更占优势；接种疫苗后，不同时间点的优势簇有所变化，且总体反应性随重复暴露而减弱。
   
   
3. 不同 B 细胞簇的贡献
   • 激活 B 细胞簇的贡献：IgG B 细胞簇 C18 在第 3 剂疫苗接种后（WOI）和感染后对 RBD 反应性贡献较大，其 RBD 反应性在感染后第 14 天高于第 28 天，且高于相应的接种后时间点。C13 也是第 3 剂疫苗接种后 WOI 时 RBD 反应性的主要贡献者，但在感染后的作用较小。C7 的 RBD 反应性在接种和感染后的变化与 C18、C13 不同，感染对其反应性的影响与接种不同，且 prior infection 对后续加强针的反应有增强作用。
   • 记忆 B 细胞簇的贡献：4 个最大的非幼稚 B 细胞簇（C2、C22、C10、C14）和 C20 参与了记忆 B 细胞反应。部分簇（如 C22、C10、C20）的 RBD 反应性在感染后更强，但差异在后期不显著。
   • GCBC 样簇的作用：GCBC 样簇 C25 和 C26 虽占比不到 2%，但对 RBD 反应性有重要贡献。C25 在接种和感染后均有较高反应性，C26 在接种且有 prior infection 时反应性较高。轨迹分析表明，GCBC 样簇位于 IgG 和 IgA 分支的根部，对 B 细胞反应的启动和维持起重要作用。
   
   
4. 交叉反应性：随着疫苗接种次数增加，中和抗体和 B 细胞的交叉反应性增强。在 B 细胞中，激活簇 C7 和 C18 在接种后第 14 和 28 天对交叉反应性增加贡献较大，记忆簇 C10 和 C14 在接种后第 180 天贡献较大，GCBC 样簇 C25 在各时间点均具有高交叉反应性。
5. RBD 反应性与中和抗体的相关性：多个 RBD 反应性簇与中和抗体滴度显著相关，如 IgG CD73 表达的记忆簇 C10、低激活的 IgG 记忆簇 C20 和激活的 IgG 簇 C18 等。这些相关性在未感染组更为明显，且部分簇在早期的 RBD 反应性可预测后期的中和抗体滴度。

研究结论

1. B 细胞亚群的作用：研究确定了几种不同的 B 细胞表型，它们在 SARS-CoV-2 感染和疫苗接种后的免疫反应中发挥重要作用。核心贡献者包括 4 种 IgG 簇（CD27^lo C13、静止记忆 C10（CD73⁺）、C14（CD73^?）和 GCBC 样 C25），它们的 RBD 反应性与中和抗体滴度相关，对产生长期保护性免疫具有重要意义。
2. 感染和接种的影响：感染和疫苗接种对不同 B 细胞簇的 RBD 反应性有不同影响。部分簇（如 C18、C20）受感染诱导更强，部分簇（如 C7、C13）受疫苗接种诱导更强。虽然感染在某些方面有优势，但重复感染和接种最终导致相似的结果，由少数不同的 B 细胞群体驱动。
3. 交叉反应性的意义：疫苗接种可增加 B 细胞的交叉反应性，这可能有助于解释为何接种疫苗后突破感染虽常见但症状较轻。尽管研究存在样本量小等局限性，但为评估针对 SARS-CoV-2 或其他病原体的疫苗效果提供了参考，有助于进一步理解免疫反应机制，为疫苗研发和免疫策略制定提供依据。