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.2021年4月；592(7855):616-622.
doi:10.1038/s41586-021-03324-6。 Epub 2021年2月10日。

SARS-CoV-2和循环变体的mRNA疫苗合法抗体

王子君 # 1, 费比安·施密特 # 2, 伊斯卡·魏斯布卢姆 # 2, 弗劳克·默克施 # 2, 克里斯托弗·奥巴恩斯 # 三, 什洛莫·芬金 # 1, 丹尼斯·谢弗·巴巴乔 # 1, 梅丽莎·西波拉 # 1, 克里斯蒂安·盖布勒 # 1, 珍娜·A·利伯曼 # 4, 蒂亚戈·Y·奥利维拉 1, 芷阳 三, 摩根·E·阿伯纳西 三, 凯瑟琳·休伊·塔布曼 三, 阿琳·赫尔利 5, 玛蒂娜·图罗贾 1, 卡米尔A西区 6, 克里斯蒂·戈登 1, 卡特里娜·G·米拉德 1, 中后卫拉莫斯 1, 贾斯汀·达·席尔瓦 2, 徐建良 4, 罗伯特·A·科尔伯特 7, 罗什尼·帕特尔 1, 胡安·迪松 1, 塞西尔·昂松·奥布莱恩 1, 伊琳娜·希米利奥维奇 1, 安娜·加祖姆扬 1, 玛丽娜·卡斯基 1, 帕梅拉·比约克曼 8, 拉斐尔·卡塞拉斯 9 10, 西奥多拉·哈齐奥安诺 11, 保罗·德·比尼亚兹 12 13, 米歇尔·努森茨威格 14 15
附属公司

SARS-CoV-2和循环变体的mRNA疫苗合法抗体

王子军等。 自然. 2021年4月.

摘要

在这里，我们报道了20名志愿者的抗体和记忆B细胞反应，他们接种了针对严重急性呼吸系统综合征冠状病毒2型的莫德纳（mRNA-1273）或辉瑞生物技术公司（BNT162b2）疫苗1-4.第二次注射疫苗八周后，志愿者表现出高水平的IgM和IgG抗SARS-CoV-2棘突蛋白（S）和受体结合域（RBD）结合滴度。此外，接种疫苗的志愿者的血浆中和活性和RBD特异性记忆B细胞的相对数量与自然感染后恢复的个体相当5,6然而，编码E484K-、N501Y-或K417N/E484K/N501-突变S的SARS-CoV-2变异体的活性降低了一个小但显著的边际。疫苗引发的单克隆抗体能够有效中和严重急性呼吸系统综合征冠状病毒2型，并靶向许多不同的RBD表位，这与从受感染的捐赠者身上分离的单克隆抗体相同5-8然而，K417N、E484K或N501Y突变降低或消除了我们测试的17种最强单克隆抗体中的14种的中和作用。值得注意的是，当我们在疫苗引发的单克隆抗体存在下培养表达SARS-CoV-2 S的重组水疱性口炎病毒时，这些突变被选中。总之，这些结果表明，临床使用的单克隆抗体应针对新出现的变异进行测试，mRNA疫苗可能需要定期更新，以避免潜在的临床疗效损失。

PubMed免责声明

利益冲突声明

竞争利益：洛克菲勒大学已就Z.W.和M.C.N.为发明人的这项工作提交了临时专利申请（美国专利63/199，676）。

数字

扩展数据图1。
扩展数据图1.抗SARS-CoV-2的血浆抗体。
一–（f），ELISA测量血浆对S反应性的结果(一,c、 e（电子）)和RBD蛋白(b、 d、f)20个疫苗（灰色曲线）和8个对照（黑色曲线）。一，抗-S IgG。b条，抗RBD IgG。c，抗-S IgM。d日，抗RBD IgM。e（电子），抗-S IgA。（f），抗RBD IgA。左侧，所示反向血浆稀释液在450 nm（OD 450 nm）处的光密度。右，8个对照组和20个疫苗的标准化曲线下面积（AUC）值。水平条表示几何平均值。使用双尾Mann-Whitney U检验确定统计显著性。两个或多个实验的平均值。g–i，血浆抗体测量的相关性。克，IgG抗S（X轴）的归一化AUC与IgG抗体RBD（Y轴）的标准化AUC对比。小时，IgM抗S（X轴）的归一化AUC与IgM抗体RBD（Y轴）的标准化AUC绘制。我，IgA抗S（X轴）的归一化AUC与IgA抗体RBD（Y轴）的标准化AUC绘制。这个第页和第页中的值g–i采用双尾Spearman相关检验确定。Moderna疫苗为黑色，Pfizer-BioNTech为红色。j-l，感染后1.3个月和6.2个月恢复期志愿者血浆对RBD反应性的ELISA测量结果,20名接种者接种了Moderna疫苗（黑点）和Pfizer-BioNTech疫苗（红点）。j、，抗-RBD IgG。k、，抗-RBD IgM。我，抗-RBD IgA。图中显示了曲线下的标准化区域（AUC）值。纳入阳性和阴性对照进行验证。红色水平条和指示值代表几何平均值。使用双尾Mann-Whitney U检验或Wilcoxon配对符号秩检验确定统计显著性。
扩展数据图2：
扩展数据图2:。血浆中和活性。
一，针对NT绘制的抗-S IgM AUC（Y轴）50（X轴）r=0.12，p<0.62。b、，根据NT绘制的抗-S IgA AUC（Y轴）50（X轴）r=0.79，p<0.0001。c，根据NT50（X轴）绘制的抗RBD IgM AUC（Y轴）r=−0.079 p=0.74。d日，根据NT50（X轴）绘制的抗RBD IgA AUC（Y轴）r=0.69 p=0.0008。e（电子），北领地50（Y轴）相对于最后一次给药和抽血之间的时间绘制（X轴）r=−0.63 p=0.0032。（f），北领地50（Y轴）与剂量之间的时间（X轴）关系图r=0.03 p=0.89。克，抗-RBD IgG AUC（Y轴）与上次给药和抽血（X轴）之间的时间（r=−0.57 p=0.0084）绘制。小时，抗-S IgG AUC（Y轴）根据上次给药和抽血之间的时间绘制（X轴）r=−0.59 p=0.0064。我，根据NT绘制年龄（Y轴）50（X轴）r=−0.06 p=0.82。r和p值由双尾斯皮尔曼确定。Moderna疫苗为黑色，Pfizer-BioNTech疫苗为红色。j个，接种者血浆（n=15）用WT和指示的RBD突变型严重急性呼吸系统综合征冠状病毒2 S蛋白中和假型病毒的NT50值；使用单尾t检验确定的p值。
扩展数据图3：
扩展数据图3:。流式细胞术。
a、，用于单元格排序的选通策略。选通是在CD20+和CD3-CD8-CD14-CD16-OVA-单株上进行的。分选细胞为RBD-PE+和RBD-AF647+。b、，流式细胞术显示了新冠肺炎前对照组（HD）和接受Moderna疫苗的15名疫苗接种者RBD双阳性记忆B细胞的百分比，显示为黑色，而Pfizer-BioNTech疫苗接种者显示为红色。c，疫苗中RBD-结合记忆B细胞的百分比（Y轴）与第一次给药和抽血之间的时间（X轴）r=0.40 p=0.087（左面板），以及最后一次给药与抽血之间（X轴向）r=0.33 p=0.17（右面板）绘制。黑色的Moderna疫苗和红色的Pfizer-BioNTech疫苗。r值和p值的相关性由双尾斯皮尔曼确定。日期：，饼图显示了10个个体的抗体序列在b。内圈中的数字表示所分析的序列数。饼图切片大小与克隆相关序列的数量成正比。黑色轮廓表示克隆扩展序列的频率。中相关性的r和p值c通过双尾Spearman相关检验确定。
扩展数据图4：
扩展数据图4:。人类VL基因的频率分布。
图中显示了序列读取档案库登录SRP010970（橙色）和疫苗（蓝色）的人类IGVK（左侧）和IgVL（右侧）基因的相对丰度。使用具有不等方差的双侧二项检验来比较频率分布。，显著差异用星星表示（*p<0.05，**p<0.01，**p<0.001，***=p<0.0001）。b。14个具有克隆关系的个体的序列（扩展数据表3）。互连线表明在IGH和IGL中共享V和J基因片段序列的抗体之间的关系。紫色、绿色和灰色线条分别将相关克隆、克隆和单株以及单株连接在一起。
扩展数据图5：
扩展数据图5:。抗体体细胞超突变和CDR3长度。
a、，14名参与者的IGVH和IGVL的体细胞核苷酸突变数量（左）。接受Moderna疫苗的个体以黑色显示，接受Pfizer-BioNTech疫苗的个体则以红色显示。对于每个个体，IGVH和IGVL处CDR3的氨基酸长度数量显示（右）。水平条表示平均值。每个参与者评估的抗体序列数（IGVH和IGVL）为n=68（MOD1），n=45（MOD2），n=117（MOD3），n=223（MOD4），n=110（MOD6），n=0.09（MOD7），n:144（MOD8），n+102（MOD9），n=332（PFZ10。b、，与公共数据库相比，IGH CDR3的疏水性GRAVY分数分布（见统计分析方法）。方框界限位于下四分位和上四分位，中心线表示中值，晶须为1.5×四分位范围，点表示异常值。使用双尾Wilcoxon配对符号秩检验确定统计显著性（****=p<0.0001）。
扩展数据图6：
扩展数据图6:。单克隆抗体ELISA。
a、，图表显示了抗SARS-CoV-2 RBD抗体的反应性。在感染后1.3个月和6.2个月检测从新冠肺炎恢复期个体分离的所有抗体的ELISA EC50值,以及从4种Moderna疫苗（黑点）和4种Pfizer-BioNTech疫苗（红点）中分离的127种选定单克隆抗体，在增强后8周测量。红色水平条和指示值代表几何平均值。使用双尾Mann-Whitney U检验确定统计显著性。b–c类，图表显示了从Moderna疫苗中分离出的86个单克隆抗体的ELISA滴定曲线(b条)以及从Pfizer-BioNTech疫苗中分离出的41个单克隆抗体(c).d–l，图表显示了从莫德纳疫苗接种者中分离的84种抗体对所指示的RBD变体的ELISA滴定。同位素控制和低结合抗体用颜色表示。C661是一种非结合抗体。数据是两个独立实验的代表。米，从Moderna疫苗中分离出的84种抗体的指示RBD变体相对于wt-RBD的EC50值的相对变化。红色水平条表示几何平均值。编号：，EC热图摘要50与野生型RBD和17种顶级中和抗体的指示突变RBD结合的值。
扩展数据图7：
扩展数据图7:。抗SARS-CoV-2变异体单克隆抗体在临床开发中的中和活性。
a、，SARS-CoV-2假病毒中和试验结果。集成电路506种不同单克隆抗体的值，单独或在其临床指定的组合中，用于中和野生型和指示的突变SARS-CoV-2假型病毒。带有IC的抗体501000 ng/ml以上的数值绘制为1000 ng/ml。数据是两个独立实验的平均值。颜色渐变表示IC50值范围为0（白色）到1000 ng/ml（红色）。REGN 10987和10933的组合（分别为卡西里单抗和imdevimab）,,已获得美国食品和药物管理局的紧急使用授权，COV2-2196和COV2-2130的组合（阿斯利康授权为AZD7442）以及C135和C144的组合（洛克菲勒大学）目前正在进行临床试验(NCT04507256号和NCT04700163号）。
扩展数据图8：
扩展数据图8:。Fab-S低温电子显微镜重建的局部分辨率估计。
a–g，使用cryoSPARC计算的局部分辨率图(一)C669-S(b条)C643-S(c)C603-S(d日)C601-S(e（电子）)C666-S(（f）)C663-S和(克)C670-S复合物。Fab-RBD接口的特写视图突出显示了(一)C669和(b条)C643。小时，Fab-S配合物的金标准傅里叶壳相关曲线。0.5和0.143截止值用虚线表示。
图1。
图1.血浆中和活性。
a、，SARS-CoV-2假病毒中和试验。NT公司50在感染后1.3个月和6.2个月测量的新冠肺炎恢复期血浆以及疫苗血浆的值。NT公司50小于10的值绘制在10。两个独立实验的平均值。红色条和指示值代表几何平均值NT50值。使用双尾Mann-Whitney U检验确定统计显著性。将COVID-19前的历史对照血浆作为阴性对照进行分析，结果显示未检测到中和作用（NT50<10).b条，北领地50Moderna mRNA-1273（黑色）和Pfizer-BioNTech BNT162b2（红色）疫苗接种者的值。红色条和指示值代表几何平均值NT50值。使用双尾Mann-Whitney U检验确定统计显著性。c，根据NT绘制的Anti-RBD IgG AUC（Y轴）50（X轴）r=0.82，p<0.0001。日期：，根据NT绘制的抗-S IgG AUC（Y轴）50（X轴）r=0.83，p<0.0001。e（电子），Anti-RBD IgG AUC（Y轴）根据第一次给药和抽血之间的时间（X轴）绘制，r=−0.59 p=0.0058。（f），抗-S IgG AUC（Y轴）根据第一次给药和抽血之间的时间绘制（X轴）r=−0.62 p=0.0038。克，北领地50（Y轴）相对于第一次给药和抽血之间的时间绘制（X轴）r=−0.69 p=0.0008。中相关性的r和p值c-g公司由双尾Spearman相关确定。Moderna疫苗为黑色，Pfizer-BioNTech为红色。小时。中和试验示例，比较假型病毒与WT和RBD突变SARS-CoV-2 S蛋白对疫苗血浆的敏感性。MOD1和PFZ10表示分别接受Moderna和Pfizer-BioNTech疫苗的两名代表性个体（详情见外部数据表1）。我，用WT和指示的RBD突变SARS-CoV-2 S蛋白中和假型病毒的疫苗血浆（n=15）NT50值。Pfizer-BioNTech疫苗为红色。j个，用WT和KEN（K417N/E484K/N501Y）SARS-CoV-2 S蛋白中和假型病毒的恢复期血浆（n=45）的NT50值。统计显著性我和j个采用单尾t检验确定。所有实验均至少进行了2次。含有E484K突变的假型病毒和相应的WT对照含有R683G突变（详细信息见方法）。
图2。
图2记忆B细胞抗体。
一，代表性流式细胞仪图显示4种疫苗的双重AlexaFluor-647-RBD和PE-RBD结合B细胞。b、，如中所示a、，点图总结了19株疫苗中RBD结合B细胞的百分比，与感染后1.3个月和6.2个月检测的感染个体队列相比,。接受Moderna疫苗的个体显示为黑色，接受Pfizer-BioNTech疫苗的人显示为红色。红色横条表示平均值。使用双尾Mann-Whitney U检验确定统计显著性。c、，饼图显示了a。内圈中的数字表示所分析的序列数。饼图切片大小与克隆相关序列的数量成正比。黑色轮廓表示克隆扩展序列的频率。日期：，如中所示c、，图中显示了14种检测疫苗的相对克隆性，接受Moderna疫苗的个体显示为黑色，接受Pfizer-BioNTech疫苗的人显示为红色。红色水平条表示平均值。使用双尾Mann-Whitney U检验确定统计显著性。e、，图中显示了人类IGVH基因序列读取档案登录SRP010970（橙色）和疫苗（蓝色）的相对丰度。使用双侧二项检验来比较频率分布，显著差异用星星表示（*p<0.05，**p<0.01，***p<0.001，***=p<0.0001）。f、，14名接种疫苗的个体（黑色为Moderna，红色为Pfizer-BioNTech扩展数据表3）和自然感染个体（绿色为,). 互连线表明在IGH和IGL中共享V和J基因片段序列的抗体之间的关系。紫色、绿色和灰色线条分别将相关克隆、克隆和单株以及单株连接在一起。克，与感染后1.3或6.2个月获得的自然感染相比，疫苗抗体中IGVH（顶部）和IGVL（底部）的体细胞核苷酸突变数（扩展数据表3）,。使用双尾Mann–Whitney U检验确定统计显著性，红色横条表示平均值。小时，如中所示克，但对于CDR3长度。
图3：
图3:。抗SARS-CoV-2 RBD单克隆抗体中和活性。
a、，严重急性呼吸系统综合征冠状病毒2型假病毒中和试验。集成电路50在1.3个月和6.2个月时测量的新冠肺炎康复期患者克隆抗体值,以及从Moderna mRNA-1273（黑色）和Pfizer-BioNTech BNT162b2（红色）mRNA疫苗受体克隆的抗体。带有IC的抗体50以1000ng/ml绘制高于1000ng/ml的值。2个独立实验的平均值。红色条和指示值代表几何平均IC50数值单位为ng/ml。使用双尾Mann-Whitney U检验确定统计显著性。平行分析同位素对照抗体，未发现中和作用。b、，集成电路50用于中和野生型和指示突变型SARS-CoV-2假病毒的17个选定单克隆抗体的值。颜色渐变表示IC50值范围为0（白色）到1000 ng/ml（红色）。c，抗体选择压力可以驱动细胞培养中S变异体的出现；将rVSV/SARS-CoV-2在所示抗体存在下单次传代后编码所示RBD突变的序列读取百分比制成表格。颜色梯度表示带有0（白色）到100（红色）之间所示突变的序列读取百分比。未检测到序列读取的位置显示为灰色。为给定位置计算的百分比基于所有读取，而不仅仅是包含该位置的读取。K417N、E484K/R683G和N501在b条和c因为它们构成了重要的流通变体。
图4。
图4 Fab-S复合物的冷冻电镜重建。
Fab-S复合物的低温电磁密度(a–e;k–l)以及RBD上抗体足迹的特写视图(f–j;m–n个)用于中和单克隆抗体。正如预期的那样，由于Fab域间灵活性，低温电子显微镜密度(a–e;k–l)在Fab C中表现不佳H（H）-C类L（左）域。RBD上的抗体足迹模型(f–j;m–n个)以Fab V表示H（H）–V型L（左）领域（卡通）和RBD（表面）复杂。为了生成模型，通过刚体对接将去除CDR3环的稳定S三聚体（PDB 6KL）和代表性Fab片段（PDB 6XCA或7K8P）的坐标拟合到冷冻EM密度图中。a、 f、，C669；b、 克，C643；c、 小时，C603；d、 我，C601；e、 j、，C670；k、 米，C666；和l、 编号：，C663.RBD残留物K417、N439、N440、E484和N501突出显示为红色表面。N343聚糖显示为一个茶色球体。o、，说明RBD特异性中和单克隆抗体靶向表位的复合模型（如V所示H（H）-五L（左）面板中的颜色域a-l公司)来自mRNA疫苗。
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    Wang Z、Schmidt F、Weisblum Y、Muecksch F、Barnes CO、Finkin S、Schaefer-Babajew D、Cipolla M、Gaebler C、Lieberman JA、Oliveira TY、Yang Z、Abernathy ME、Huey-Tubman KE、Hurley A、Turroja M、West KA、Gordon K、Millard KG、Ramos V、Da Silva J、Xu J、Colbert RA、Patel R、Dizon J、Unson-O'Brien C、Shimeliovich I、Gazumyan A、Caskey M、Bjorkman PJ、，Casellas R、Hatziioannou T、Bieniasz PD、Nussenzweig MC。 Wang Z等。 bioRxiv[预印本]。2021年1月30日：2021.01.15.426911。doi:10.1101/2021.01.15.426911。 生物Rxiv。2021 更新位置： 自然。2021年4月；592(7855):616-622. doi:10.1038/s41586-021-03324-6。 PMID：33501451 免费PMC文章。 已更新。 预打印。

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