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EBioMedicine公司。2021年3月；65: 103259.
2021年3月2日在线发布。 数字对象标识：2016年10月10日/j.ebiom.2021.103259
预防性维修识别码：PMC7920816
PMID：33662833

轻度严重急性呼吸系统综合征冠状病毒2型感染抗体反应的异质性和血清逆转的时间序列分析和机制模型

夏洛特·马尼斯蒂,a、，b条 托马斯·亚历山大·特雷贝尔,a、，b条 梅兰妮·詹森,b条 阿曼达·森珀,c 乔治·乔伊,b条 Rishi K Gupta公司,d日 特蕾莎·库蒂诺·莫格尔,e（电子） 默文·安迪亚彭,（f） 杰西卡·琼斯,c 斯蒂芬-泰勒,c 阿什利水獭,c 科琳娜·帕德,克 约瑟夫·吉本斯,克 杰森·李,克 乔安娜·培根,c 史蒂夫·托马斯,c 克里斯·穆恩,c 梅勒里·琼斯,小时 迪伦·威廉姆斯,我，j个 乔纳森·兰伯恩,k个 玛丽安娜·丰塔纳,我，米 丹尼尔·奥尔特曼,n个 罗斯玛丽·博伊顿,哦 马拉·梅尼,d日 艾恩·麦克奈特,小时 本杰明·查恩,d日 马赫达德·努尔萨德吉,日期：，⁎,1和詹姆斯·穆恩a、，b、，1
作者信息 文章注释 版权和许可信息 PMC免责声明

关联数据

补充资料

摘要

背景

SARS-CoV-2血清学用于识别个人和人群的先前感染。为了确定这些血清学应用的有效时间范围，并探索保护性体液免疫的寿命，需要通过多时间点取样进行扩展的纵向研究，以评估抗体水平的动态变化。

方法

从伦敦第一次SARS-CoV-2疫情高峰期开始，招募医疗工作者进行前瞻性队列研究，在16-21周内进行每周症状筛查、病毒PCR和血液采样。血清学分析(n个＝12990）使用半定量Euroimmun IgG对病毒刺突S1结构域和罗氏总抗体对病毒核衣壳蛋白（NP）测定进行。对伪病毒中和抗体测量值进行了比较。

调查结果

共有157/729（21.5%）名参与者通过一项或其他检测，SARS-CoV-2血清学呈阳性，其中31.0%无症状，无死亡。Euroimmun抗S1和Roche抗NP测量值峰值相关(第页 = 0.57,第页<0.0001），但只有抗S1测量值与近当代伪病毒中和抗体滴度相关（在16-18周时测量，第页 = 0.57,第页<0.0001). 经过21周的随访，31/143（21.7%）抗S1和6/150（4.0%）抗NP检测结果恢复为阴性。数学模型显示，与抗NP相比，抗S1的清除速度更快（中位半衰期为2.5周vs.4.0周），更早地过渡到较低水平的抗体产生（中位为8周vs.13周），并且过渡后相对抗体产生率的降低幅度更大（中位35%vs.50%）。

解释

轻度SARS-CoV-2感染与Euroimmun抗S1和Roche抗NP试验中的异质性血清学反应有关。抗S1反应显示清除速度更快，从高水平生产率向低水平生产率的转变更快，并且在这种转变之后生产率的降低幅度更大。在轻度感染中，仅抗S1血清学可能低估了偶发感染。支持更快清除和更低持续抗S1产生率的机制可能会影响体液免疫的寿命。

基金

通过Barts Charity、Wellcome Trust和NIHR进行慈善捐赠。

关键词：SARS-CoV-2，血清学，数学建模，血清逆转

背景研究

本研究之前的证据

我们在PubMed、medRxiv和bioRxiv中搜索[“抗体”或“血清学”]和[“SARS-CoV-2”或“COVID-19”]。现有文献强调了血清学在个体患者和人群流行病学调查中广泛用于检测最近SARS-CoV-2感染。据广泛报道，病毒尖峰蛋白S1结构域抗体与中和抗体滴度相关。现有的检测方法对在事件感染后14天内检测血清转化具有良好的敏感性，但现有的纵向研究报告了抗体水平下降的不同速度，以及一些人在3个月内抗体水平恢复到无法检测的水平。缺乏从事件感染到3个月以上随访期间纵向队列中不同抗体靶点或检测的高频多时间点血清学数据。

本研究的附加值

我们使用Euroimmun抗S1和Roche抗核衣壳蛋白（NP）检测结合详细的纵向血清学，从英国伦敦第一次SARS-CoV-2疫情高峰期起，对731名卫生保健工作者进行检测我们发现，随着时间的推移，个体之间和检测之间的半定量抗体测量结果存在显著的异质性。在21周内具有至少8个数据点的个体中，个体参与者抗体产生和清除率的数学模型显示抗S1抗体具有更快的清除率、更早地从初始抗体产生率过渡到更低的比率，与这些检测所测得的抗NP抗体相比，这种转换后抗体生成率有更大的降低。因此，Euroimmun抗S1测量值比Roche抗NP测量值更早达到峰值，然后下降得更快。在这项研究中，这些差异导致21%的抗S1血清复性，而4-5个月内4%的抗NP血清复验。

所有可用证据的含义

感染后通过Euroimmun试验测得的抗S1抗体的快速下降限制了其在诊断和流行病学筛查中的应用。如果可以概括，这些数据与假设一致，即一些人在感染后的最初阶段可能无法维持抗S1介导的体液免疫。需要进一步研究，以了解SARS-CoV-2个体之间抗体动力学异质性背后的机制。我们的数据指出了调节针对这两个病毒靶点的体液免疫的不同机制。

Alt-text：未标记框

1.简介

检测严重急性呼吸系统综合征冠状病毒2型抗体是确定人群感染流行率的关键，从而追踪疫情的进展，并可用于诊断个别患者过去的感染。此外，包膜棘蛋白抗体可能有助于保护性免疫[[1],[2],[3],[4]]. 横断面血清学的解释关键取决于对抗体反应动力学的理解，以及不同病毒靶抗原、不同检测中以及个体之间的抗体反应动力学可能如何变化。

大量研究表明，经聚合酶链反应（PCR）确诊的SARS-CoV-2患者在症状出现后2周内，针对棘突蛋白S1结构域和核衣壳蛋白（NP）产生IgM、IgA和IgG，这些在病毒初始清除后仍能检测到[[5],[6],[7]]. 早期数据表明抗体水平与疾病严重程度相关[8,9]. 随着时间的推移，对其他人类冠状病毒的抗体反应会随着定期再感染事件而衰减，这引起了人们的担忧，即自然感染后SARS-CoV-2免疫可能会很短，导致再次感染的风险，并使通过自然感染实现群体免疫的可能性变得不现实[[10],[11],[12]]. SARS-COV-2的数据仍然相互矛盾，一些纵向血清学研究表明抗体迅速下降，而其他的在同行评审的文献中持续性更高[三,[13],[14],[15],[16],[17],[18],[19]]和预打印[[20],[21],[22]]. 这些因队列（医院、仅症状、PCR阳性、社区）、检测（质量保证、抗原靶点）、采样粒度和随访期而异。

在一项前瞻性纵向多中心队列研究中，我们采用两种广泛使用的半定量商业分析方法，对循环抗体进行了详细的时间分析，以检测医院医护人员队列中的抗S1或抗NP抗体，该研究在年第一次流行波期间进行了16-21周的高频连续采样我们通过测试与临床和人口统计学变量的相关性，评估了检测结果与抗体反应中诱导间异质性决定因素之间的一致性。最后，我们应用数学模型来推断可能支持抗体水平随时间变化的基本机制。

2.方法

2.1研究设计和参与者

该研究由英国研究伦理委员会批准（牛津大学中南部研究伦理委员会，参考号20/SC/0149）。参与者筛选、研究设计、样本收集和样本处理的详细信息已在ClinicalTrials.gov上发布和注册，NCT04318314号[23]. 简单地说，自行宣布适合参加工作的医院医务工作者被招募到一项观察性队列研究中，该研究包括基线调查问卷和生物样本收集以及超过16周的随访。对那些无法参加随访的患者进行远程咨询，以获取有关可能接触和症状的信息。基线调查问卷包括人口统计学数据、病史和暴露情况，以及关于过去3个月内自我报告症状的性质和时间的详细信息[23]. 后续每周问卷调查包括新症状、职业和社区风险因素变化的数据，或研究之外的测试结果。症状分类如下：“病例定义”（发烧、新发干咳或新的味觉或嗅觉丧失；已证明其具有高度特异性，可预测新冠肺炎阳性）、“非特异性”（除病例定义症状外的症状）或无症状（整个研究期间或前三个月内均无症状报告）.

在英国禁闭周（2020年3月23日至31日），从英国伦敦圣巴塞洛缪医院招募了400名HCW作为初始队列；第1组。随后，在2020年4月27日至2020年5月7日期间，从多个地点招募了更多参与者（队列2）。其中包括圣巴塞洛缪医院(n个=101），NHS南丁格尔医院(n个=10）和皇家免费NHS医院基金会信托(n个=220). 因此，数据收集从队列1的基线招募（英国封锁日）延长到队列2的16周随访完成，持续了21周。随着社区感染率下降，队列2的研究期即将结束（随访12-15周），血液采样频率降低到每月两次，而不是每周一次，以提高参与者的耐受性。

2.2程序

在基线和每周采集用于SARS-CoV-2分子检测的RNA稳定拭子。使用Roche-cobas SARS-CoV-2试验对鼻咽拭子进行ORF1A和E基因的RT-PCR。SARS-CoV-2抗体检测是在英国公共卫生部的一个实验室中进行的，根据制造商的协议，使用两种商业检测方法对基线检查和随访中的所有可用血清样本进行检测。这些是针对SARS-CoV-2 S1抗原特异性IgG的Euroimmun抗SARS-CoV-2酶联免疫吸附试验（ELISA）（IgG），以及检测针对SARS-CoV-2核衣壳蛋白（NP）的抗体（包括IgG[[24],[25],[26],[27]].

如前所述，使用Stratec Gemini自动微孔板处理器执行Euroimmun ELISA[28]. 原始光密度（OD）读数通过计算对照或参与者样品的OD除以分析校准品OD的比率进行调整。根据制造商的说明，比率≥1.1被用作阳性结果的阈值[1]. 使用11的比率作为动态范围的上限阈值，因为测定在该点以上饱和。使用Roche-cobas®e801免疫分析分析仪进行Roche ECLIA[24]. 结果表示为截止指数（COI），由分析仪软件计算为从患者样本获得的电化学发光信号除以特定批次的截止值[2]. 根据制造商的说明，COI≥1被用作阳性结果的阈值。在其动态范围内，两种分析的半定量指数与抗体水平近似呈线性关系（补充图1）。我们之前报道过在随访16-18周时对该队列中70例血清阳性HCW的伪病毒中和抗体（nAb）滴度进行定量。简而言之，HEK-293中产生了编码萤火虫荧光素酶的SARS-CoV-2棘蛋白假型慢病毒载体T型如前所述，在血清的系列稀释液中感染Huh7细胞[29].

2.3抗体产生的机械数学模型

循环抗体水平由产生率和清除率之间的平衡决定。我们通过方程式（1）捕捉到的简化离散机械模型表示抗体生成，时间索引为从英国封锁开始的日历周（如生存分析所述）。我们将产生率（AbPr）和抗体周转率（清除率，第页). 抗体生产被简化为两个阶段，一段时间后，初始高比率（AbPr1），然后转换为低比率（AbP r2）t吨_停止。由于抗体浓度的分析单位是任意的，并且在分析之间不可比较，因此AbPr 1的值也是任意的，仅用于将模型输出缩放到数据的比例。AbPr2表示为AbPr1的比例。清除率第页可以直接从半衰期计算，半衰期允许在1周和4周之间变化（后者相当于已知的游离IgG周转率）。该模型的一个重要新兴特征是，稳定时间（峰值）仅由清除率决定（补充图2），而不是由生产AbPr1的速率决定。此外，峰值之后的任何下降都必须反映AbPr的相应下降。因此，模型假设AbPr2<-AbPr1。

公式（1）：Abt吨=抗体t-1型+AbPr–抗体t-1型*（1–e-rt（右）)，其中t吨是以周为单位的时间，AbPr=AbPr1对于1<t吨<t吨_停止或AbPr2对于t吨_停止<t吨<t吨_结束；和AbPr2<AbPr1，以及第页=log（2）/half_life。

将血液中的抗S1或抗NP抗体水平与模型进行比较，比较参数范围（AbPr1、AbPr2与AbPrl、，第页和t吨_stop）通过计算数据和模型输出之间的均方根距离，选择距离最小的参数集。在我们的初步分析中，我们将数学模型局限于抗体数据点≥8的血清阳性参与者(N个=92（对于抗S1），N个=86（针对抗NP，补充图3）。在敏感性分析中，我们进一步将建模限制在第一个（基线）样本为阴性的血清转换器上。

2.4统计分析

在描述性分析中，计算研究期间所有成对分析值的Spearman秩相关系数。使用logistic回归评估人口统计学、症状和暴露与血清状态的单变量关联（任何时间点一次或两次抗体检测的血清阳性）。特征（包括年龄、性别、种族和病例定义的症状状态）与峰值抗体水平的单变量和多变量关联也通过线性回归进行量化-N个IgG/IgM和抗S1 IgG。

我们还进行了单变量和多变量生存分析，以评估参与者的特征（包括年龄、性别、种族、病例定义的症状状态和抗S1峰值）是否与抗S1检测的血清复性时间相关。在这项分析中，我们包括了随访期间任何时候进行抗S1抗体检测的所有参与者。通过将生存分析的开始时间索引为队列1研究入学的第一周（英国禁闭周），我们假设这些个体同步感染。抗S1血清复性被定义为每个参与者在随访期间进行的最后一次检测中的阴性试验。血清转阴的参与者在第一周退出生存分析，其中记录了阴性试验（之前的阳性试验之后）；那些没有血清转化的患者在他们最后一次获得S1抗体血清学结果的那一周接受了审查。分析是在R（右）（版本3.6.3）和Stata统计软件版本16（美国德克萨斯州大学站）。

通过Mann-Whitney试验比较两种血清学分析的数学模型得出的参数。

2.5资金来源的作用

资助者在研究设计、数据收集、数据分析、数据解释或报告撰写方面没有任何作用。通讯作者可以完全访问研究中的所有数据，并对提交出版的决定承担最终责任。

3.结果

3.1研究人群

研究人群此前已公布[23]并在补充表1中进行了总结。简言之，这包括731名HCW（平均年龄35 IQR 28岁，男性33.0%）。14人退出（2人未获得样本）。每周平均出勤率为61%，每位参与者平均出勤10次（IQR 6）。20.2%为医生，31.2%为护士，27.5%为联合医疗专业人员，21.1%为其他包括行政和文员在内的人员。22.6%的人在重症监护室或急诊室工作。共患病率相对较低（18.1%吸烟者，12.6%BMI>30kg/m2哮喘10.7%，高血压7.3%，糖尿病2.1%，风湿病1.2%，癌症0.8%）。62.5%的参与者是白人，37.5%的参与者是非白人，5.6%是黑人），47.6%的参与者表示平均家庭规模≥3人。基线时接触确诊新冠肺炎患者的接触率较高（42.7%的患者、29.5%的同事和1.1%的确诊新冠疫情家庭成员），25.6%的患者接触了气溶胶生成程序。

3.2 SARS-CoV-2的血清转化

在队列1（从3月23日开始招募；英国封锁日）中，28/396人（7.1%）在基线时鼻腔PCR呈阳性，在随后的四周内，阳性率迅速下降(图1) [30]. 在队列2（从4月27日开始招募，即英国封锁和研究开始后5周）中，3/331（0.9%）在首次研究访问时鼻PCR拭子呈阳性。英国禁闭后（2020年5月1日后）6周内，两组均未出现PCR阳性拭子。累计PCR阳性率为6.6%（48/729）。

图1

731名医护人员21周内SARS-COV-2纵向感染。

按队列对SARS-CoV-2的检测结果显示每周PCR阳性率（每周结果，95%可信区间）和血清阳性率（联合使用抗S1-IgG和抗NP-IgM/IgG的累积百分比，标准误差）。

血清学检测在所有时间点对所有受试者进行了两次检测，总共进行了12990次检测，每名受试者平均进行了10次配对检测（补充图3）。队列1的基线血清阳性率（通过任一检测）为22/399（5.5%），到研究完成时上升到17.8%，队列2的82/330（25%）上升到26.1%（5周后开始）。总的来说，729人中有157人（21.5%）至少有一项血清阳性结果。其中，137人（87%）在两次检测中均呈血清阳性。与英国封锁后6周内缺乏鼻拭子PCR检测事件感染的情况一致，封锁后7周内98%的累积血清转化率明显。因此，我们推断，该研究人群中的所有偶发感染都发生在一个狭窄的时间窗口内，集中在英国封锁的那一周，在此期间开始招募队列1。因此，两个队列的总数据最多可提供21周的随访。在48名参与者中，鼻拭子PCR在任何时间点均呈阳性，其中44名参与者随后进行了血液检测，其中42/44（95.4%）在至少一次检测中呈血清阳性。PCR结果阳性后，任何时间点的后续抗S1血清阳性率均低于抗NP血清阳性（分别为86.4%和93.2%），尽管血清转化的时间间隔更快（中位数为2.5周和3.0周）。在所有样本中，制造商为每种分析设定的阈值下的二元结果在96.9%（6276/6476个样本）中一致，但在两种分析中至少有一种为阳性的样本中，一致性降低到82.7%（953/1153）。

在任何时间点血清阳性的参与者中，43.9%的人在研究期间报告有病例定义症状，24.8%的人无病例定义症状和31.2%的人完全无症状。只有两名研究参与者入院治疗，无需呼吸机支持或死亡。在单变量分析中，年龄或性别与血清阳性无关，但黑人参与者的风险更高（优势比2.61[1.36,4.98]，第页=0.004，补充图。4). 感染风险不能用基线共病率或临床作用来解释，尽管ICU的HCW感染率低于其他人（or 0.52[0.30，0.90]，第页=0.02). 报告的与家庭成员接触（基线和随访）的新型冠状病毒与感染的相关性最强（OR 11.36[2.27，56.87]，第页=0.003). 相反，报告的SARS-CoV-2阳性患者或同事的接触并不影响感染率。

3.3 SARS-CoV-2的纵向血清学

抗体峰值测量在整个队列的血清阳性个体之间是高度可变的（抗NP的变异系数为77.89%，抗S1的变异系数为54.09%，图2). 尽管感染轻微，但7.7%的参与者在Euroimmun抗S1试验中的值处于阈值上限。我们扩展了之前对队列子集中抗体峰值测量相关性的研究[29]血清阳性参与者的全部队列（补充表1-3）。在多变量分析中，年龄增长与抗S1抗体峰值测量值有适度的正相关（β系数每年增加0.05；95%可信区间0.01至0.09；第页=0.021），但不含抗NP（β系数0.50；95%CI-0.22至1.2；第页= 0.2). 黑人、亚洲人和少数民族人群的抗NP反应峰值较高（β系数22；95%可信区间4.9-39；第页=0.012），与峰值抗S1相关性较弱（β系数1.0；95%CI–0.04至2.0；第页= 0.058). 我们发现抗体峰值测量与性别或病例定义的症状状态没有关联。

图2

任何时间点血清阳性的参与者在所有时间点的纵向抗体反应

Euroimmun抗S1抗体检测的个体参与者数据（左）和时间顺序聚合数据（右）(N个=145)（a–b）和罗氏联合抗NP抗体检测(N个=150)（c–d）显示了个体之间抗体反应的异质性以及测定之间抗体动力学的差异，与抗NP抗体相比，抗S1抗体的峰值和下降更早。

使用两种相关分析测定抗体峰值(第页= 0.57,第页<0.001）（补充图5）。从研究开始，按时间间隔分层的排名抗体指数之间的相关性表明，从前6周排名较高的抗S1抗体到后8周排名较高的抗NP抗体发生了变化（补充图6a），抗S1抗体与抗NP抗体的比值随时间呈下降趋势（补充图6b）。该分析与这两个靶点的循环抗体水平的不同时间分布一致。因此，在血清阳性参与者中，每次检测的时间顺序聚集数据显示抗S1抗体指数达到峰值，然后比抗NP抗体指数下降更快(图2). 到研究结束时，欧洲免疫抗S1血清学阳性的31/143（21.7%）已恢复为阴性，而罗氏抗NP血清学家阳性的6/150（4%）则恢复为阴性。

我们比较了之前报道的所有血清转化者的中和抗体（nAb）滴度，这些血清转化者参加了额外的血样采集(N个=70），随访16-18周[29]在本研究中，有54/70名参与者的抗S1和抗NP检测结果最高，我们在两周内获得了nAb检测数据。抑制浓度（IC）50滴度与排名的抗S1抗体指数显著相关(第页=0.57，p<0.0001），但不符合近期时间点的抗NP抗体指数(图3).

图3

16-18周时抗S1和抗NP抗体测量与中和抗体滴度的相关性。

以50%抑制浓度（IC）表示的中和抗体（nAb）滴度与Euroimmun抗S1水平的比较（a）和罗氏抗NP水平（b）54名受试者进行了nAb测量和近同期（±2周）Euroimmun和Roche血清学检查。R（右）和第页Spearman等级相关值。

在抗S1抗体阳性参与者的单变量和多变量生存分析中，较高的抗S1峰值反应与较长的血清再缓解时间相关（校正年龄、性别、种族和病例定义症状状态后，危险比每单位增加0.42；95%可信区间0.30-0.58；第页<0.001; 补充表4）。年龄、性别、种族和是否出现病例定义症状与血清再诊断时间无关。

3.4循环抗S1和抗NP抗体动力学的数学模型

我们试图通过将数学模型拟合到抗体数据来进一步了解这些潜在的过程。我们首先将模型拟合到任何时间点血清阳性的所有个体的所有数据的中位数，假设大约同步感染与研究开始时的疫情传播峰值一致。抗S1和抗NP数据的最佳拟合模型明显不同。推测S1抗体的清除率比NP抗体快，并且转换为较低抗体产生率的时间更早，且降低幅度更大(图4a–b）。

图4

循环抗S1和抗NP抗体动力学的数学模型。

所有抗S1血清阳性参与者的模型拟合汇总（中位数）数据(N个=92)（a）和抗NP(N个=86)（b）分析。抗体清除半衰期个体血清阳性参与者的最佳拟合模型参数（c），到低抗体产生过渡点的时间（d）以及在该转变点之后抗体产生的相对减少（e）.水平线（c–e）显示中间值和四分位范围。(P（P）提供的值用于通过Mann-Whiney试验比较模型参数）。

我们注意到，个体抗体反应谱在数量和动力学上是异质的(图2a） ●●●●。因此，我们分别对每个受试者重复了我们的分析（补充图6），并推导出了模型参数(图4c–e）。正如预期的那样，队列中的最佳拟合模型参数具有高度异质性。然而，在抗S1和抗NP抗体反应之间可以观察到明显的差异，反映出与我们在拟合中间抗体数据时观察到的相同层次。因此，抗S1抗体的半衰期（中位数为2.5周，95%置信区间为2-3）比抗NP抗体短（中位数4周，95%可信区间为3-4）。与抗NP抗体相比，抗S1抗体的生产转换速度更快（中位数为8周，95%CI为7-8比13周，95%CI为13-14），且转换到相对较低的水平（中位数0.35，95%CI0.2-0.5比0.5，95%CI 0.05-0.5）。一般来说，Euroimmun抗S1抗体谱的最佳拟合模型参数似乎比Roche抗NP抗体谱具有更大的诱导间异质性(图4c-e）。两种分析的模型参数（抗体清除半衰期、降低产生率的时间和降低水平）与年龄、性别、种族或症状之间没有明显关联。

为了排除仅在抗体产生得到充分证实后捕获个体的潜在混杂影响，我们仅使用在第一个可用时间点血清阴性的人重复分析。这个较小的亚组的结果在质量上是相同的（补充图8）。

4.讨论

我们使用两种广泛采用的商业检测方法，对无症状或少症状感染后SARS-CoV-2 S1和NP蛋白的循环抗体进行了详细的时间序列分析。血清阳性个体之间的抗体测量具有高度异质性，但在鼻拭子上PCR检测到病毒后，两种检测都显示出对偶发（甚至无症状）感染的初始高灵敏度。这些结果与之前对这些测试的总体评估一致[24,25,31]和针对医护人员的替代分析[32,33]. 每种检测中的峰值抗体指数测量值均显著相关，表明两种抗原靶点具有相似的免疫原性。在伦敦疫情高峰期后16-21周，超过五分之一的病毒尖峰蛋白血清学阳性的人通过Euroimmun抗S1试验进行了血清再转换。相比之下，罗氏抗NP测量值降低到阈下水平的现象明显，不到二十分之一。这些发现具有潜在的重要意义。首先，它揭示了流行病学血清流行率调查可能会因抗体在此时间范围内的衰减而产生偏差，并可能大大低估了偶发感染。第二，鉴于抗S1抗体与保护性中和抗体相关，抗S1循环水平降低的程度表明，在无症状或少症状感染后，某些个体的抗体介导的保护性免疫可能是短暂的。

感染后最初五个月的半定量抗体测量显示了两种检测的差异动力学。抗S1抗体在抗NP抗体之前达到峰值水平，但也显示出更快速的下降。推测抗体测定的差异图谱是否可以用来估计感染时间是很有趣的。我们使用数学模型评估动力学曲线的决定因素，并表明抗体峰值的差异时间取决于差异清除率。我们的模型与抗NP抗体的中位半衰期为4周相一致，这与长期以来对循环IgG的估计一致。抗S1抗体的中位半衰期明显短于2.5周。随后抗体水平的下降揭示了抗体生成向较低水平的转变。我们的模型估计，与抗NP抗体的中位数14周相比，抗S1抗体的这种转变发生在中位数8周。最后，我们试图推导转换后抗体产生的相对速率。对于两种抗体，这在过渡前降低到至少50%的抗体产生率，但相当大比例的个体表现出抗S1抗体产生的显著更大的降低。较低的抗体产生率和抗体的自然清除率相结合，导致研究队列中很大一部分的抗体水平低于检测阈值。在多变量分析中，只有抗-S1峰值测量与更短的抗-S1血清恢复时间相关。

在不同的病毒感染后，抗体对特定抗原靶点的耐用性差异很大，而决定这些耐用性的因素尚不清楚。几个假设值得在未来的工作中进行研究。如果SARS-CoV-2棘突蛋白的表面暴露区域有更大的形成免疫复合物的倾向，则通过免疫复合物形成增加抗体清除率[34]可能有助于缩短抗S1抗体的半衰期。向低水平抗体生成的转变可能代表抗体生成从短期血浆消融剂向长期血浆细胞的转变[35]. 重要的是，已知免疫复合物通过血浆细胞上的抑制性Fc受体调节抗体生成[36]. 因此，免疫复合物的形成也可能有助于在过渡后产生较低水平的抗S1抗体。或者，短期卵泡外记忆的相对贡献可能存在差异B类细胞与长寿命浆细胞对这两种抗原的抗体反应。我们发现了一个更强大的T型在该队列中，16-18周时细胞对全NP的反应比全棘突抗原的反应[29]; 未来的研究应测试NP特异性T型滤泡辅助细胞能够更好地支持有效的生发中心反应，从而使NP的浆细胞比spike蛋白寿命更长。此外，抗NP抗体的更好耐用性可能与维持其同源抗原的差异有关，例如在滤泡树突状细胞上。有趣的是，N个-抗原血症已被描述[37]. 这可能如何促进抗体反应的寿命也值得考虑。

我们研究的一个关键优势是，从英国伦敦第一次疫情高峰期开始，就可以准确估计事件感染时间（69.0%的队列1在血清转化前招募），并且数据没有被之前的接触或疫苗试验混淆。此外，对无症状和无症状感染的关注是绝大多数偶发感染的代表。我们的发现是，尽管每周收集详细的同期数据以减少回忆偏差，但几乎三分之一的患者完全没有症状，这与同行评审期间对无症状感染率的其他估计一致[21]. 每周对血清学进行评估，平均每名参与者在16周内采集10份样本，并进行了近13000次经验证的抗体检测，据我们所知，提供了该量表目前可用的最精细的纵向数据。

以前关于SARS-CoV-2循环抗体寿命的报告有所不同。针对不同抗原的不同检测方法的使用、研究人群人口统计学、疾病严重程度、采样频率和随访时间的差异，都会破坏直接比较。出现了两个主题。首先，血清阳性个体在3到6个月内可检测到血清阴性的逆转率，这与我们的研究结果一致[三,19,22]. 一些预印本中的报告试图用多层次模型预测血清再转换的时间，以估计衰减率[20,38]. 我们的研究结果通过结合前所未有的高频采样和数学模型，对生产和清除率进行动态估计，从而确定循环抗体的总体水平，从而大大扩展了这些分析。第二，经常有报告表明，感染的临床严重程度与初始抗体反应的程度和循环抗体滴度的寿命有关[15]. 这是否解释了最近的研究表明住院患者在3到6个月内的持续水平[2,39]将需要对患有和不患有严重疾病的患者进行进一步的评估和详细的时间序列比较。我们的分析表明血清复性率与症状之间没有关联，但我们分析的局限性在于，在我们没有通过PCR鉴定出感染的血清阳性受试者中推断出了发生感染的时间。

我们的研究还有其他重要的局限性。我们的时间序列分析仅限于对每个抗原靶点进行单独的半定量分析。由于这些分析的动态范围不同以及它们的共同线性，无法直接比较抗体水平。此外，这些分析并没有提供抗体亚类的任何差异评估，这可能表现出差异动力学。同型内含物的差异也可能影响建模，但在Euroimmun抗S1试验中排除IgM并不能解释这些抗体清除速度更快的原因。目前，任何单一检测的结果都可能是不可推广的，需要对每种抗体进行不同的检测进行进一步的独立验证。近现代Euroimmun抗S1测量值与功能性假病毒nAb滴度之间的显著相关性增加了我们评估抗S1水平的信心，并且与使用活病毒微中和的数据一致[40]. S1内受体结合域的替代抗体分析报告了较高的相关系数[41]. 然而，抗S1的测量可能无法解释所有体液中和活性。此外，关于T型细胞对SARS-CoV-2的反应性突显了细胞免疫的潜在作用[16,29,42]. 因此，Euroimmun抗S1检测不太可能提供自然感染后保护性免疫的综合检测。尽管如此，我们的数据强调了抗S1抗体反应的动力学分析对S公司目前正在实施基于抗原的全球疫苗接种计划。我们的研究人群可能并不适用于所有人。相反，它代表了一支可能高接触率、低严重新冠肺炎风险的劳动力队伍。队列1可能低估了感染率，因为我们无法招募那些在传播高峰时处于自我隔离状态的人，而队列2可能由于志愿者偏见寻求测试而高估了感染率[43]. 我们不认为这两种情况会混淆我们的主要发现。样本量限制了诱导间异质性的分层，或确定血清复发的预测因子。最后，我们的随访时间为21周，这是根据伦敦疫情快速发展和引发国家封锁（突然减少传播）之间的短时间间隔推断出第2队列中发生感染的时间得出的。仅使用已知血清转换时间的参与者数据进行敏感性测试不会影响抗体生成和清除率的衍生参数。

我们的结论是，SARS-CoV-2的无症状和少症状感染在绝大多数情况下引发对棘突蛋白和核蛋白抗原的抗体反应，但具有异质性和时间差异性。与Roche分析法测得的抗NP抗体相比，Euroimmun分析法测得了的抗-S1抗体半衰期较短，从高水平到低水平的抗体生成更早过渡，抗体生成率下降更大。这样做的重要后果是，单独使用抗S1检测可能低估了过去的感染，从而影响了该检测在个体患者护理和人群水平流行病学调查中的应用。决定抗体产生和清除率差异的机制可能会影响SARS-CoV-2保护性体液免疫的寿命。

竞争利益声明

DA和RB报告牛津免疫技术公司的咨询费，RKG报告NIHR在研究期间的拨款；CM报告研究期间Barts慈善机构的拨款；MN报告了研究期间Wellcome Trust的拨款；DW报告了研究期间Barts Health NHS Trust的个人费用。作者声明没有利益冲突。

致谢

COVIDsortium的资金由个人、慈善信托基金和包括高盛、Citadel和Citadel-Securities、The Guy Foundation、GW Pharmaceuticals、Kusuma Trust和Jagclif Charitiable Trust在内的公司捐赠，并由Barts Charity在UCLH Charity的支持下实现。UKRI/MRC“Covid快速响应”COV0331（MR/V027883/1）提供了额外支持。COVIDsortium网站上提供了更广泛的支持。Barts Health NHS Trust和Royal Free NHS Foundation Trust与伦敦大学学院和伦敦玛丽女王大学合作，为研究过程提供了机构支持。血清学测试（抗S1和抗NP）由英国公共卫生局资助。

JCM、CM和TAT由伦敦大学学院医院（UCLH）和Barts NIHR生物医学研究中心以及英国心脏基金会（BHF）加速器奖（AA/18/6/34223）直接和间接提供支持。TAT由BHF中级研究奖学金（FS/19/35/34374）资助。MN得到了Wellcome Trust（207511/Z/17/Z）和NIHR生物医学研究基金对UCL和UCLH的支持。RJB/DMA由MRC Newton（MR/S019553/1和MR/R0262X/1）、NIHR帝国生物医学研究中心（BRC）：ITMAT、囊性纤维化信托SRC和Horizon 2020 Marie Curie Actions提供支持。MKM由UKRI/NIHR UK-CIC拨款支持，Wellcome信托研究员奖（214191/Z/18/Z）和CRUK免疫学拨款（26603）AM由Rosetrees Trust、John Black慈善基金会和圣巴托洛缪医院信托医学院支持。RKG由国家卫生研究院（DRF-2018-11-ST2-004）资助。

数据共享声明

冠状病毒医疗工作者联合会的预期设计是，在最初的20周内，在6个月和1年的时间点内，通过高维采样创建生物源，包括病毒PCR拭子、血清学和PBMC（研究方案已发布，可在线获取https://covid-consortium.com)[23]. 可通过在线应用程序向访问委员会提交访问参与者身份验证数据（包括数据字典）和样本的申请https://covid-consortium.com/application-for-samples网站/。将审查每份申请，并根据（i）参与者同意和与研究目标的一致性（ii）申请人进行指定研究能力的证据和（iii）所需样品的可用性，决定批准或拒绝访问申请。所有样品和数据的使用仅限于批准的访问申请，并在参与现场和请求访问的调查人员之间的材料和数据传输协议中规定。

脚注

与本文相关的补充材料可以在doi的在线版本中找到：2016年10月10日/j.ebiom.2021.103259.

附录补充资料

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工具书类

1Addetia A、Crawford KHD、Dingens A、Zhu H、Roychoudhury P、Huang ML。中和抗体与高发病率渔船暴发期间人类SARS-CoV-2的保护相关。临床微生物学杂志。2020;58(11):2107–2120. [PMC免费文章][公共医学][谷歌学者]
2.Wajnberg A、Amanat F、Firpo A、Altman DR、Bailey MJ、Mansour M。抗SARS-CoV-2感染的稳健中和抗体持续数月。科学。2020;370:1227–1230.eabd7728。[PMC免费文章][公共医学][谷歌学者]
三。Seow J、Graham C、Merrick B、Acors S、Pickering S、Steel KJA。人类SARS-CoV-2感染后三个月中和抗体反应的纵向观察和下降。自然微生物。2020;5:1598–1607. [PMC免费文章][公共医学][谷歌学者]
4Yu J，Tostanoski LH，Peter L，Mercado NB，McMahan K，Mahrokhian SH.恒河猴SARS-CoV-2 DNA疫苗保护。科学。2020;369(6505):806–811. [PMC免费文章][公共医学][谷歌学者]
5Amanat F、Stadlbauer D、Strohmeier S、Nguyen THO、Chromikova V、McMahon M。检测人类SARS-CoV-2血清转化的血清学分析。自然医学。2020;26(7):1033–1036. [PMC免费文章][公共医学][谷歌学者]
6.Long Q-X，Liu B-Z，Deng H-J，Wu G-C，Deng K，Chen Y-K。新型冠状病毒肺炎患者SARS-CoV-2抗体反应。自然医学。2020;26(6):845–848.[公共医学][谷歌学者]
7Okba NMA、Müller MA、Li W、Wang C、GeurtsvanKessel CH、Corman VM。2019例冠状病毒病患者中的严重急性呼吸综合征冠状病毒2特异性抗体反应。突发传染病。2020;26:1478–1488. [PMC免费文章][公共医学][谷歌学者]
8Zhao J，Yuan Q，Wang H，Liu W，Liao X，Su Y.2019新型冠状病毒病患者对严重急性呼吸系统综合征冠状病毒2型的抗体反应。临床传染病。2020;71:2027–2034. [PMC免费文章][公共医学][谷歌学者]
9Liu L，To KK，Chan KH，Wong YC，Zhou R，Kwan KY。重症监护病房新冠肺炎患者的中和抗体滴度高。新出现的微生物感染。2020;9(1):1664–1670. [PMC免费文章][公共医学][谷歌学者]
10Kellam P，Barclay W。SARS-CoV-2感染后体液免疫反应的动力学和再次感染的可能性。维罗尔将军。2020;101(8):791–797. [PMC免费文章][公共医学][谷歌学者]
11Callow KA，Parry HF，中士M，Tyrrell DA。人类实验性冠状病毒感染免疫反应的时间过程。流行病感染。1990;105(2):435–446. [PMC免费文章][公共医学][谷歌学者]
12Edridge AWD、Kaczorowska J、Hoste ACR、Bakker M、Klein M、Loens K。季节性冠状病毒保护性免疫是短暂的。自然医学。2020;26:1691–1693.[公共医学][谷歌学者]
13Chen Y，Tong X，Li Y，Gu B，Yan J，Liu Y.对重症和非重症冠状病毒肺炎患者SARS-CoV-2四种重组抗原特异性体液反应的综合纵向分析。PLOS病态。2020;16(9) [PMC免费文章][公共医学][谷歌学者]
14Ibarrondo FJ、Fulcher JA、Goodman-Meza D、Elliott J、Hofmann C、Hausner MA。轻度肺炎患者抗SARS-CoV-2抗体的快速衰变。新英格兰医学杂志。2020;383(11):1085–1087. [PMC免费文章][公共医学][谷歌学者]
15Long Q-X，Tang X-J，Shi Q-L，Li Q，Deng H-J，Yuan J.无症状SARS-CoV-2感染的临床和免疫学评估。自然医学。2020;26(8):1200–1204.[公共医学][谷歌学者]
16Rodda LB、Netland J、Shehata L、Pruner KB、Morawski PA、Thouvenel CD。轻度冠状病毒肺炎后，SARS-CoV-2特异性免疫记忆持续存在。单元格。2021;184(1):169–183.e17。[PMC免费文章][公共医学][谷歌学者]
17Gudbjartsson DF、Norddahl GL、Melsted P、Gunnarsdottir K、Holm H、Eythorson E.冰岛对SARS-CoV-2的体液免疫应答。新英格兰医学杂志。2020;383:1724–1734. [PMC免费文章][公共医学][谷歌学者]
18Ripperger TJ、Uhrlaub JL、Watanabe M、Wong R、Castaneda Y、Pizzato HA。正交SARS-CoV-2血清学检测能够监测低感染率社区，并揭示持久的体液免疫。免疫。2020;53:925–933. [PMC免费文章][公共医学][谷歌学者]
19Muecksch F、Wise H、Batchelor B、Squires M、Semple E、Richardson C。新型冠状病毒肺炎恢复期患者血清学和中和抗体水平的纵向分析。传染病杂志。2020 [PMC免费文章][公共医学][谷歌学者]
20.Harris RJ、Whitaker HJ、Andrews NJ、Aiano F、Amin-Chowdhury Z、Flood J.medRxiv；2020年SARS-CoV-2的血清学监测：公共卫生工作者队列中的趋势和体液反应。2020.10.21.20216689.[PMC免费文章][公共医学][谷歌学者]
21Ward H、Attchison CJ、Whitaker M、Ainslie KEC、Elliott J、Okell LC.medRxiv；2020年，大流行第一次高峰期后英国SARS-CoV-2抗体流行率：在100000名成年人中进行REACT2研究。2020.08.12.20173690.[谷歌学者]
22吴杰、梁乙、陈丙、王辉、方毅、沈S.medRxiv；2020年。SARS-CoV-2感染在症状性新型冠状病毒肺炎后恢复期患者中诱导持续的体液免疫反应。2020.07.21.20159178.[PMC免费文章][公共医学][谷歌学者]
23Augusto JB、Menacho K、Andiapen M、Bowles R。医护人员生物资源：研究新冠肺炎免疫保护和发病机制的前瞻性医护人员队列的研究大纲和基线特征。Wellcome开放研究。2020;5 [PMC免费文章][公共医学][谷歌学者]
24Ainsworth M、Andersson M、Auckland K、Baillie JK、Barnes E、Beer S。SARS-CoV-2五种免疫检测的性能特征：一个面对面的基准比较。柳叶刀传染病。2020;20:1390–1400. [PMC免费文章][公共医学][谷歌学者]
25Pflüger LS、Bannasch JH、Brehm TT、Pfefferle S、Hoffmann A、Nörz D。在一组住院新型冠状病毒肺炎患者中对五种不同的SARS-CoV-2血清学自动检测进行临床评估。临床病毒杂志。2020;130 [PMC免费文章][公共医学][谷歌学者]
26https://www.fda.gov/media/137609/下载【访问时间：2021年1月20日】
28英国公共卫生；2020年。欧洲免疫组织抗SARS-CoV-2 ELISA（IgG）血清学检测抗SARS-CoV-2抗体的评估。[PMC免费文章][公共医学][谷歌学者]
29Reynolds CJ、Swadling L、Gibbons JM、Pade C、Jensen MP、Diniz MO。无症状和轻度SARS-CoV-2感染中的不一致中和抗体和T细胞反应。科学免疫学。2020;5(54) [PMC免费文章][公共医学][谷歌学者]
30Treibel TA、Manisty C、Burton M、McKnight A、Lambourne J、Augusto JB。新冠肺炎：伦敦医院无症状医护人员的PCR筛查。柳叶刀。2020;395(10237):1608–1610. [PMC免费文章][公共医学][谷歌学者]
31Burbelo PD、Riedo FX、Morishima C、Rawlings S、Smith D、Das S.medRxiv；2020年。在新冠肺炎患者中，检测SARS-CoV-2核衣壳抗体比检测棘突蛋白抗体更敏感。2020.04.20.20071423.[谷歌学者]
32Plebani M、Padoan A、Fedeli U、Schievano E、Vecchiato E、Lippi G.SARS-CoV-2在Veneto地区卫生保健工作者中的血清学调查。临床化学实验室医学。2020;58(12):2107–2111.[公共医学][谷歌学者]
33Fafi-Kremer S、Bruel T、Madec Y、Grant R、Tondeur L、Grzelak L。法国东部轻度疾病医院工作人员SARS-CoV-2感染的血清学反应。EBioMedicine公司。2020;59 [PMC免费文章][公共医学][谷歌学者]
34Benacerraf B、Sebestyen M、Cooper NS。通过网状内皮系统清除血液中的抗原抗体复合物。免疫学杂志。1959;82(2):131–137.[公共医学][谷歌学者]
35Khodadadi L，Cheng Q，Radbruch A，Hiepe F.记忆浆细胞的维护。前免疫。2019;10:721. [PMC免费文章][公共医学][谷歌学者]
36Bournazos S、Wang TT、Dahan R、Maamary J、Ravetch JV。抗体信号传递：最新进展。免疫学年度回顾。2017;35(1):285–311. [PMC免费文章][公共医学][谷歌学者]
37Hingrat QL、Visseaux B、Laouenan C、Tubiana S、Bouadma L、Yazdanpanah Y。急性冠状病毒肺炎期间血液中SARS-CoV-2 N抗原的检测提供了一种敏感的新标记物和新的检测替代品。临床微生物感染。2020 [PMC免费文章][公共医学][谷歌学者]
38Grandjean L、Saso A、Ortiz A、Lam T、Hatcher J、Thistlethwate R.medRxiv；2020年SARS-CoV-2感染后的体液反应动力学。2020.07.16.20155663.[谷歌学者]
39Iyer AS、Jones FK、Nodoushani A、Kelly M、Becker M、Slater D。新冠肺炎患者对严重急性呼吸系统综合征冠状病毒2型刺突蛋白受体结合域的人类抗体反应的持续性和衰减。科学免疫学。2020;5(52) [PMC免费文章][公共医学][谷歌学者]
40Harvala H、Mehew J、Robb ML、Ijaz S、Dicks S、Patel M。SARS-CoV-2感染的恢复期血浆治疗：对2020年4月22日至5月12日英国首批436名捐赠者的分析。欧洲监管。2020;25(28) [PMC免费文章][公共医学][谷歌学者]
41Premkumar L、Segovia-Chumbez B、Jadi R、Martinez DR、Raut R、Markmann A。病毒尖峰蛋白的受体结合域是SARS-CoV-2患者抗体的免疫显性和高度特异性靶点。科学免疫学。2020;5(48) [PMC免费文章][公共医学][谷歌学者]
42Sekine T、Perez-Potti A、Rivera-Ballesteros O、Strálin K、Gorin JB、Olsson A。无症状或轻度新型冠状病毒肺炎恢复期患者的强大T细胞免疫。单元格。2020;183(1):158–168.e14。[PMC免费文章][公共医学][谷歌学者]
43.Nguyen LH、Drew DA、Graham MS、Joshi AD、Guo C-G、Ma W.第5卷。2020年，一线医护人员和普通社区中新冠肺炎的风险：一项前瞻性队列研究；第475–483页。（《柳叶刀公共卫生》）。[PMC免费文章][公共医学][谷歌学者]
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