Результаты выявили новые связи между течением заболевания и иммунным ответом пациента. Они также вызывают озабоченность по поводу того, могут ли люди заразиться повторно, могут ли тесты на антитела для выявления предшествующей инфекции недооценивать масштабы пандемии и может ли потребоваться повторение вакцинации через регулярные промежутки времени для поддержания защитного иммунного ответа.
«Это одно из наиболее всеобъемлющих на сегодняшний день исследований иммунного ответа антител к SARS-CoV-2 у людей с любым спектром тяжести заболевания, от бессимптомного до смертельного», – сказал Скотт Бойд, доктор медицинских наук, доцент кафедры патологии. «Мы оценили несколько временных точек и типов образцов, а также проанализировали уровни вирусной РНК в мазках из носоглотки и крови пациентов.
Это один из первых общих взглядов на эту болезнь."
Исследование показало, что люди с тяжелой формой COVID-19 имеют низкие доли антител, нацеленных на спайковый белок, используемый вирусом для проникновения в клетки человека, по сравнению с количеством антител, нацеленных на белки внутренней оболочки вируса.
Бойд – старший автор исследования, которое было опубликовано в декабре.
7 в науке иммунологии. Другими старшими авторами являются Бенджамин Пински, доктор медицинских наук, доцент кафедры патологии, и Питер Ким, доктор философии, штат Вирджиния и доктор философии.
K. Людвиг профессор биохимии. Ведущие авторы – научный сотрудник Катарина Ролтген, доктор философии; докторанты Эбигейл Пауэлл, доктор философии, и Оливер Вирц, доктор философии; и клинический инструктор Брайан Стивенс, доктор медицины.
Вирус связывается с рецептором ACE2
Исследователи изучили 254 человека с бессимптомным, легким или тяжелым заболеванием COVID-19, которые были выявлены либо в ходе стандартного тестирования, либо при проверке профессионального здоровья в Stanford Health Care, либо обратились в клинику Stanford Health Care с симптомами COVID-19.
Из числа людей с симптомами 25 лечились амбулаторно, 42 были госпитализированы вне отделения интенсивной терапии и 37 лечились в отделении интенсивной терапии. Двадцать пять человек в исследовании умерли от болезни.
SARS-CoV-2 связывается с клетками человека через структуру на его поверхности, называемую белком шипа. Этот белок связывается с рецептором на клетках человека, называемым ACE2. Связывание позволяет вирусу проникать в клетку и инфицировать ее. Оказавшись внутри, вирус сбрасывает внешнюю оболочку, обнажая внутреннюю оболочку, в которой заключен его генетический материал.
Вскоре вирус задействует механизм клеточного производства белка, чтобы произвести больше вирусных частиц, которые затем высвобождаются для заражения других клеток.
Антитела, которые распознают спайковый белок и связываются с ним, блокируют его способность связываться с ACE2, предотвращая заражение вирусом клеток, тогда как антитела, распознающие другие вирусные компоненты, вряд ли предотвратят распространение вируса. Вакцины-кандидаты в настоящее время используют части спайкового белка для стимуляции иммунного ответа.
Бойд и его коллеги проанализировали уровни трех типов антител – IgG, IgM и IgA – и пропорции, которые нацелены на вирусный спайковый белок или внутреннюю оболочку вируса по мере прогрессирования болезни и выздоровления пациентов. Они также измерили уровни вирусного генетического материала в образцах носоглотки и крови пациентов. Наконец, они оценили эффективность антител в предотвращении связывания белка спайков с ACE2 в лабораторной посуде.
«Хотя в предыдущих исследованиях оценивался общий ответ антител на инфекцию, мы сравнивали вирусные белки, на которые нацелены эти антитела», – сказал Бойд. «Мы обнаружили, что тяжесть заболевания коррелирует с соотношением антител, распознающих домены белка-шипа, по сравнению с другими незащищенными вирусными мишенями.
У людей с легким заболеванием, как правило, была более высокая доля антител против спайков, а у тех, кто умер от своей болезни, было больше антител, которые распознавали другие части вируса."
Существенная вариабельность иммунного ответа
Однако исследователи предупреждают, что, хотя исследование выявило тенденции среди группы пациентов, все еще существует значительная вариабельность иммунного ответа у отдельных пациентов, особенно у пациентов с тяжелым заболеванием.
«Ответы антител вряд ли будут единственным определяющим фактором чьего-либо результата», – сказал Бойд. "Среди людей с тяжелыми заболеваниями некоторые умирают, а некоторые выздоравливают.
У некоторых из этих пациентов наблюдается сильный иммунный ответ, у других – более умеренный. Итак, есть много чего другого. Есть также другие ответвления иммунной системы. Важно отметить, что наши результаты выявляют корреляции, но не доказывают причинно-следственную связь."
Как и в других исследованиях, исследователи обнаружили, что у людей с бессимптомным и легким заболеванием в целом уровень антител ниже, чем у людей с тяжелым заболеванием. После выздоровления уровни IgM и IgA неуклонно снижались до низких или неопределяемых уровней у большинства пациентов в течение периода от одного до четырех месяцев после появления симптомов или предполагаемой даты заражения, а уровни IgG значительно упали.
«Это вполне соответствует тому, что было замечено в отношении других коронавирусов, которые регулярно циркулируют в наших общинах и вызывают простуду», – сказал Бойд. "Это не редкость, когда кто-то повторно заражается в течение года, а иногда и раньше.
Еще неизвестно, будет ли иммунный ответ на вакцинацию SARS-CoV-2 более сильным или сохраняется дольше, чем ответ, вызванный естественной инфекцией. Вполне возможно, что могло быть лучше. Но есть много вопросов, на которые еще нужно ответить."
Бойд является сопредседателем сети серологических наук SeroNet Национального института рака, одного из крупнейших в стране скоординированных исследований иммунного ответа на COVID-19.
Он является главным исследователем Центра передового опыта в SeroNet в Стэнфорде, который занимается критическими вопросами о механизмах и продолжительности иммунитета к SARS-CoV-2.
"Например, если кто-то уже был инфицирован, следует ли ему сделать вакцину? Если да, то как им расставить приоритеты??"Бойд сказал. "Как мы можем адаптировать исследования серологической распространенности среди вакцинированных популяций??
Чем иммунитет от вакцинации будет отличаться от иммунитета от естественной инфекции? И как долго вакцина может защищать? Это все очень интересные, важные вопросы."
Другими соавторами исследования из Стэнфордского университета являются приглашенный преподаватель патологии Кэтрин Хоган, доктор медицины; докторанты Джавария Наджиб, доктор философии, и Ана Отрело-Кардосо, доктор философии; ординатор Ханна Ван, доктор медицины; ученый-исследователь Малая Саху, доктор философии; специалист-исследователь Чун Хонг Хуанг, доктор философии; ученый-исследователь Фумико Ямамото; заведующий лабораторией Монали Манохар, PhD; старший научный сотрудник клинической лаборатории Джастин Маналак; Тхо Фам, доктор медицины, доцент кафедры патологии; научный сотрудник Арджун Рустаги, доктор медицинских наук; Анджела Роджерс, доктор медицины, доцент медицины; Нигам Шах, доктор медицинских наук, профессор медицины; Екатерина Блиш, доктор медицинских наук, доцент медицины; Дженнифер Кокран, доктор философии, заведующий кафедрой и профессор биоинженерии; Теодор Ярдецки, доктор философии, профессор структурной биологии; Джеймс Зендер, доктор медицины, профессор патологии и медицины; Тайя Ван, доктор медицинских наук, доцент медицины, микробиологии и иммунологии; старший научный сотрудник Баласубраманян Нарасимхан, PhD; инструктор по патологии Саураб Гомбар, доктор медицинских наук; Роберт Тибширани, доктор философии, профессор биомедицинских данных и статистики; и Кари Надо, доктор медицинских наук, профессор медицины и педиатрии.
Исследование было поддержано Национальными институтами здравоохранения (гранты RO1AI127877, RO1AI130398, 1U54CA260517, T32AI007502-23, U19AI111825 и UL1TR003142), Crown Family Foundation, Стэнфордским научно-исследовательским институтом здоровья матери и ребенка, Швейцарским национальным научным фондом и Coulter Награда за быстрое реагирование на COVID-19.
Бойд, Ролтген, Ким и Пауэлл подали предварительные заявки на патенты, связанные с серологическими тестами на антитела к SARS-CoV-2.