mRNA-1273 疫苗诱导的针对 SARS-CoV-2 变体的抗体的耐久性

报告

mRNA-1273 疫苗诱导的针对 SARS-CoV-2 变体的抗体的耐久性查看 ORCID 个人资料阿玛伦德拉·佩古1 , † ,莎拉·奥康奈尔1 , † ,查看 ORCID 个人资料斯蒂芬·D·施密特1 , † ,西吉·奥戴尔1 , † ,查看 ORCID 个人资料克洛伊·A·塔拉纳1、赖丽琳2、吉姆·阿尔伯特3、查看 ORCID 个人资料埃文·安德森2、汉密尔顿·贝内特4、查看 ORCID 个人资料Kizzmekia S. Corbett1 , ‡ ,布里塔·弗拉克1、查看 ORCID 个人资料丽莎杰克逊5、布雷特·利夫4、朱莉·莱杰伍德1、凯瑟琳·J·卢克6、马可夫斯基3、查看 ORCID 个人资料玛莎·C·内森1、查看 ORCID 个人资料保罗·C·罗伯茨6、查看 ORCID 个人资料马里奥国王1、查看 ORCID 个人资料宝琳娜·A·雷博莱多7、查看 ORCID 个人资料克里斯蒂娜·A·罗斯塔德2、查看 ORCID 个人资料纳丁 G. Rouphael7、卫时1、查看 ORCID 个人资料王令树1、查看 ORCID 个人资料艾丽西亚·T·威奇1、查看 ORCID 个人资料恩圣阳1、mRNA-1273 研究组§ ,约翰·H·贝格尔6、巴尼·S·格雷厄姆1、约翰·R·马斯科拉1、Mehul S. Suthar2、阿德里安·B·麦克德莫特1、Nicole A. Doria-Rose1 , *

 

科学 2021 年 8 月 12 日：eabj4176DOI：10.1126/science.abj4176

抽象的

SARS-CoV-2 突变可能会减弱疫苗诱导的保护性免疫反应，尤其是在抗体滴度随时间减弱的情况下。在这里，我们评估了 SARS-CoV-2 变体 B.1.1.7 (Alpha)、B.1.351 (Beta)、P.1 (Gamma)、B.1.429 (Epsilon)、B.1.526 (Iota)、和 B.1.617.2 (Delta) 在七个月内由疫苗 mRNA-1273 引发的结合、中和和 ACE2 竞争抗体。单次给药后很少出现交叉反应中和反应。在对第二剂疫苗的反应高峰期，所有个体对所有变体都有反应。在 mRNA-1273 疫苗的主要系列接种后 6 个月内，针对变体的结合性和功能性抗体在大多数受试者中持续存在，尽管水平较低。在所有检测中，B.1.351 的抗体识别率最低。

SARS-CoV-2 是导致 COVID-19 的病毒，它已感染了全球数百万人，加剧了持续的全球大流行（1）。RNA病毒突变率、复制和重组在大量个体中的结合有利于具有提高的复制能力和传播性以及免疫逃逸的病毒变体的出现。特别感兴趣的是 B.1.1.7（20I/501Y.V1 或 Alpha）、B.1.351（20H/501Y.V2 或 Beta）、P.1（Gamma；首先在巴西发现）、B. 1.429（Cal20 或 Epsilon；首先在加利福尼亚发现）和 B.1.617.2（Delta；首先在印度发现）；和 Variant of Interest B.1.526（Iota；首次在纽约发现）。在多项研究中，B.1.351 对恢复期或疫苗接种者血清的中和作用最具抵抗力，对使用基于 2020 年 1 月首次描述的病毒株（Wuhan-Hu-1 ,2 – 9）。大多数这些先前的研究在第一次或第二次接种后不久的时间点评估了接种个体的血清，并且关于此类反应持久性的数据有限。同样，临床研究报告了对 B.1.1.7、B.1.351 和 B.1.617.2 变体的疗效和有效性有所降低 ( 10 – 12 )。尽管此类数据为了解疫苗针对病毒变体的性能提供了重要见解，但它们尚未完全解决交叉反应结合和功能性抗体的耐久性问题。

在这里，我们调查了 SARS-CoV-2 变体对接受两剂 100 微克剂量的 SARS-CoV-2 疫苗 mRNA-1273 的个体的血清识别的影响。mRNA-1273 编码 WA1 的全长稳定刺突蛋白，并以间隔 28 天的两个剂量系列给药。我们先前描述的结合和中和活性对抗WA1 SARS-CoV的-2穗上纵向7个月从第一次接种疫苗的志愿者中由mRNA-1273疫苗（的第1阶段试验13 - 16）。在当前的研究中，我们证明了使用多种方法来评估 SARS-CoV-2 疫苗引发的对变异病毒的体液免疫的效用。我们测试了来自三个年龄组中每个 8 名志愿者的随机样本的血清：18-55、55-70 和 71 岁以上，所有这些人都有四个时间点的样本：第一次给药后 4 周，以及第二剂后两周、3 个月和 6 个月（分别为第一剂后第 29、43、119 和 209 天）。

使用三种功能测定和两种结合测定来评估对 SARS-CoV-2 刺突蛋白的体液免疫反应。SARS-CoV-2 中和是使用基于慢病毒的假病毒测定和活病毒病灶减少中和试验 (FRNT) 来测量的 ( 17）。第三个功能测定是基于 MSD-ECLIA（Meso Scale Discovery-电化学发光免疫测定）的 ACE2 竞争测定。该方法测量了 mRNA-1273 疫苗引发的抗体与标记的可溶性 ACE2 竞争结合点在 MSD 板上的特定 RBD（WA1 或变体）的能力。通过流式细胞术分析与细胞表面表达的全长尖峰结合的抗体。在 MSD-ECLIA 平台中通过干涉测量法测量与可溶性蛋白质的结合。在这些正交血清学检测中的每一个中，针对 WA1 和 B.1.1.7 和 B.1.351 变体对所有样品进行了评估。此外，在两种中和试验中以及在细胞表面试验中针对含有 D614G 突变的 WA1 对所有样品进行了测试。如下在结合测定中测试了其他变体：S-2P和RBD结合，P.1 针对所有样品；针对所有样品的细胞表面尖峰结合，P.1、B.1.429、B.1.526 和 B.1.617.2。通过针对 P.1、B.1.429、B.1.526 和 B.1.617.2 的假病毒中和来评估样本子集——第 43 天捕捉峰值响应，第 209 天观察耐久性。每个测定中使用的特定序列在表 S1 中定义。

我们首先评估了抗体活性随时间变化的模式。与测定一致，在单次给药后（第 29 天）观察到所有变体的低水平识别（图 1）。针对所有变体的活性在第二次给药后两周（第 43 天）达到峰值，随着时间的推移到第 209 天（图 1）中度下降。值得注意的是，在每个样本的基础上为每个测定获得的值彼此相关（图 S1）。我们接下来评估每个变体的相对影响，同时考虑所有时间点。采用假病毒测定法，对 D614G 的中和活性最高，对 B.1.351 的中和活性最低，所有其他测试变体的值落在这两个变体之间（图 1A和图 2A））。与我们小组 ( 15 ) 和其他人 ( 18 )之前的报告类似，D614G 的假病毒中和 ID50 比 WA1 高 3 倍（图 2G）。相比之下，使用活病毒 FRNT 中和试验（图 1B和图 2B），WA1 的滴度高于 D614G，与该试验之前的报告一致（19）。对于所有其他变体，在活病毒和假病毒中和试验中的影响是一致的：针对 B.1.1.7 的滴度与 D614G 相似，而针对 B.1.351 的滴度较低。WA1 RBD ACE2 竞争最高，B.1.1.7 中等，B.1.351 最低（图 1C和图 2C））。使用两种不同的方法测量尖峰结合抗体。在细胞表面刺突结合测定中，血清抗体与转染细胞表面的全长膜嵌入刺突结合，并通过流式细胞术进行测量 ( 20 )。在该测定中（图 1D和图 2D），WA1 和 D614G 几乎无法区分，与 B.1.1.7、B.1.526、B.1.617.2 的结合降低约 1.5 倍，以及 2.4 至 3.0 倍减少对 P.1、B.1.429 和 B.1.351 的约束。我们还使用 MSD-ECLIA 多重结合测定同时测量 IgG 与稳定的可溶性刺突蛋白 S-2P（21) 和源自 WA1 和 B.1.1.7、B.1.351 和 P.1 变体的 RBD 蛋白。ECLIA 检测显示与变体 S-2P（图 1E和图 2E）和 RBD（图 1F和图 2F）蛋白的结合略有降低，结合从高到低的排序如下：WA1，B .1.1.7、P.1 和 B.1.351。图2G中列出了每个测定中每个变体的总体效果，其显示了WA1和变体或D614G和变体的值之间比率的几何平均值。在所有测定中，与 WA1 或 D614G 相比，B.1.351 是导致滴度降低最大的变体。

 下载高分辨率图像 在新标签页中打开 下载幻灯片图 1 结合和功能性抗体在 mRNA-1273 疫苗的第二剂后持续 6 个月。

对于所有测定，在 4 个时间点对来自 n=24 个个体的血清进行采样。在第 1 天和第 29 天（箭头），个体接种了 100 μg mRNA-1273。符号表示几何平均值；误差线，95% 置信区间。( A ) 假病毒中和，表示为 50% 抑制稀释 (ID50)。虚线，检测限 (>20)。假病毒包括 WA1、D614G、B.1.1.7、B.1.351、P.1、B.1.429、B.1.526 和 B.1.617.2。( B ) 活病毒 FRNT 中和，表示为 50% 抑制稀释 (ID50)。虚线，检测限 (>20)。病毒包括 WA1、83E（尖峰是 D614G）、B.1.1.7 和 B.1.351。( C) ACE2 与 RBD 结合的竞争，通过 MSD-ECLIA 测量，并表示为与无血清对照相比，在有血清的情况下 ACE2 结合的减少倍数。虚线，检测限 (>2)。RBD 蛋白包括 WA1、B.1.1.7 和 B.1.351。( D ) 结合到细胞表面表达的全长尖峰，通过流式细胞术测量并表示为中值荧光强度 (MFI)。峰值包括 WA1、D614G、B.1.1.7、B.1.351、P.1、B.1.429、B.1.526 和 B.1.617.2。( E ) 与可溶性刺突蛋白 S-2P 的结合，通过 MSD-ECLIA 测量并表示为曲线下面积 (AUC)。S-2P 蛋白包括 WA1、B.1.1.7、B.1.351 和 P.1。( F) 与受体结合域蛋白 (RBD) 的结合，通过 MSD-ECLIA 测量并表示为曲线下面积 (AUC)。RBD 蛋白包括 WA1、B.1.1.7、B.1.351 和 P.1。

 下载高分辨率图像 在新标签页中打开 下载幻灯片图 2 每个 SARS-CoV-2 病毒变体的相对影响在不同的检测中是相似的。

符号显示所有样本在所有时间点的数据；浅灰色线连接来自每个样本的变体数据；黑线显示所有样本的几何平均值。所有病毒都采用颜色编码，如图 1 所示。( A ) 假病毒中和试验中的 ID50。虚线，检测限 (>20)。( B ) 活病毒 FRNT 中和中的 ID50。虚线，检测限 (>20)。( C ) ACE2 与 WA1、B.1.1.7 和 B.1.351 的 RBD 结合的竞争，表示为与无血清对照相比，存在血清时信号的降低倍数。虚线，检测限 (>2)。( D ) 结合到细胞表面表达的全长尖峰，表示为中值荧光强度 (MFI)。( E) 与 S-2P 的结合，表示为曲线下面积 (AUC)。( F ) 结合，表示为 AUC。( G ) 值比的几何平均值。不，不适用。

为了量化反应的广度，我们计算了在每个测定和时间点保持可检测抗体滴度的血清数量（图 3）。在所有时间点的所有受试者中均检测到与 WA1、B.1.1.7、B.1.351 和 P.1 序列的 S-2P 和 RBD 结合的抗体。同样，在所有时间点都检测到针对 WA1、D614G 和所有六种变体与全长细胞表面表达的尖峰结合。相比之下，功能测定揭示了变体的抗体识别缺陷。在假病毒中和试验中，与我们之前的报告一致（13)，在 1 剂后（第 29 天），25% 的血清中和了 WA1。83% 的第 29 天血清中和了 D614G，如上所述，它在该测定中比 WA1 更敏感；但 33% 的人中和了 B.1.1.7，只有 8% 的人可以中和 B.1.351。类似地，在活病毒试验中，大多数第 29 天的血清中和了 WA1、D614G 和 B.1.1.7，但只有 8% 的血清中和了 B.1.351；在 63% 的血清中检测到 ACE2 与 B.1.351 RBD 结合的竞争。虽然单剂 mRNA-1273 疫苗在第二次疫苗接种之前的间隔内提供了对 COVID-19 疾病的部分保护 ( 22 )，但 mRNA 疫苗 BNT162b2 也报告了类似的数据 ( 10 , 11))，这一观察一剂后中和程度和广度有限，强调了 mRNA 疫苗的完整两剂方案对于预防 SARS-CoV-2 变体的重要性。

 下载高分辨率图像 在新标签页中打开 下载幻灯片图 3 所有个体都具有针对 SARS-CoV-2 变体的结合抗体，并且大多数个体在第二次接种疫苗后的六个月内保持了针对病毒变体的功能活性。

对于每个变体，值是检测到抗体的血清（每个时间点 n = 24）的百分比。对于假病毒和活病毒的中和，样本在 ID50>20 处称为可检测；对于 ACE2 阻断，与无血清对照相比，信号降低了 2 倍；对于 S-2P 和 RBD 结合，AUC>100；对于细胞表面尖峰结合，MFI>100。

第二次给药后两周（第 43 天），所有血清都中和了所有假病毒。反应随时间减弱：在该测定中，第二次给药后 6 个月（第 209 天）的所有血清中和了 D614G 和 B.1.429，但中和其他变体的血清较少，分别为 88%、96%、96%、88%、 85% 和 54% 的血清分别中和 WA1、B.1.1.7、B.1.617.2、B.1.526、P.1 和 B.1.351。类似地，使用活病毒测定法，所有血清在第 43 天都对 WA1、D614G、B.1.1.7 和 B.1.351 有活性；在第 209 天，所有血清都中和了 WA1 和 D614G，88% 的血清中和了 B.1.1.7，58% 的血清中和了 B.1.351。此外，ACE2 竞争试验显示在较晚的时间点对 B.1.351 的活性降低（图 3）。总的来说，功能测定显示在单次给药后或在第二次给药后 6 个月后，对 B.1.351 和其他变体具有可检测活性的血清频率降低。重要的是，所有受试者在反应高峰时对所有变体都具有广泛的交叉反应功能活性。因此，随着时间的推移表现出免疫反应减弱的个体可能具有记忆 B 细胞，能够在暴露于病毒的情况下对这些变体产生记忆性反应，或者可能使用额外剂量的疫苗。

为了了解个别突变对相关变体中提到的免疫逃逸的贡献，我们针对 B.1.1.7、P.1 和 B.1.351 变体中存在的带有 D614G 和 N501Y 的假病毒检测了第 43 天的血清；Y453F，在貂簇找到5种变体（23，24）; 和 N439K，它对某些治疗性单克隆抗体具有抗性 ( 25 )。这些突变中没有一个显示对第 43 天血清中和的显着影响（图 S2）。相比之下，存在于 B.1.351、P.1 和 B.1.526 中的 E484K 显着影响中和灵敏度，其几何平均 ID50 低 2.4 倍（图 S2）。

老年人对疫苗接种的免疫反应通常较弱 ( 26 )。我们之前表明，接种 mRNA-1273 疫苗在 56 至 70 岁和 71 岁及以上的受试者中引发了针对 SARS-CoV-2 WA1 的抗体，这些抗体与在 18-55 岁的成年人中引发的抗体一样有效（15）和持久（13），中和活病毒的最老受试者的效力略有下降（13）。在这里，我们观察到在第 209 天，年龄最大的个体中针对 SARS-CoV-2 尖峰变体的滴度降低的趋势，在某些变体的某些测定中具有轻微的统计学显着差异。差异很小，组间有重叠（图 S3 到 S5）。重要的是，最老组中的许多受试者在第二次疫苗接种后 6 个月仍保持对变异体的中和活性（图 S5）。

恢复期的个体会发展出随着时间的推移而成熟的 B 细胞谱系，从而增加他们对 SARS-CoV-2 变体的活性 ( 27 )。为了检验在接种 mRNA-1273 的个体中会发生类似现象的假设，对于每个时间点，我们计算了针对每个变体的活性与 WA1 的比率；然后我们比较了第 43 天和第 209 天的比率。对于 S2P 和 RBD，第 209 天的 WA1 与 B.1.351 结合的比率大于第 43 天，这意味着识别 B.1.351 的抗体衰减更快（图. 4 ). 然而，对 ACE2 竞争抗体和针对 B.1.351 的活病毒中和观察到了相反的效果。这也可以在图 1 中看到，其中变体的点在第 43 天比在第 209 天对于 S-2P 和 RBD 结合更接近，但在活病毒中和中在第 209 天彼此更接近。对于 B.1.1.7 观察到相同的模式。假病毒中和或细胞表面刺突结合随时间没有显着差异。这些数据表明，虽然与变异体结合的抗体比 WA1 抗体衰减得更快，但变异体的功能性抗体可能减弱得更慢。

 下载高分辨率图像 在新标签页中打开 下载幻灯片图 4 病毒变异体的结合抗体比 WA1 抗体衰减得更快，但变异体的功能性抗体衰减得更慢。

符号显示每个样品的 WA1 值除以指示变体的值。p 值：配对t检验。( A ) S-2P 绑定。( B ) RBD 绑定。( C ) ACE2 比赛。( D ) 活病毒中和。

mRNA-1273 引发的针对 SARS-CoV-2 变体的抗体活性在第二次给药后持续六个月，尽管与 WA1 和 D614G 相比水平降低，在测试的最新时间点，超过一半的受试者保持对 B.1.351 的中和活性. 在这段时间内，所有受试者均保持高水平的结合抗体识别所有测试变体，包括 B.1.351 和 B.1.617.2。这些不同方法的结果在第一次接种疫苗后的 7 个月内也显示出类似的动态。编码 WA1 尖峰 (mRNA-1273) 或 B.1.351 尖峰 (mRNA-1273.351) 或两者共同给药的第三剂 mRNA 疫苗对抗体效力和广度的影响目前正在调查中：28 )。虽然需要更多的研究来解决肯定会在病毒感染严重的地区出现的新变异的影响，但我们的数据令人鼓舞，在面对病毒变异时使用这种疫苗。