Scientific American|對COVID-19的免疫實際上意味著什麼?

2021-01-10 金斯瑞生物

近日FDA對針對SARS-CoV-2抗體的血清學檢測授予了「緊急使用授權」(SARS-CoV-2即導致COVID-19的病原體)。這是在醫學專家和政治領導人普遍將「群體免疫」視作COVID-19大流行的潛在終點的背景下,第一個獲得美國市場準入的血清學檢測項目。在科羅拉多,進行冠狀病毒抗體檢測的公司已向該州的聖米格爾縣捐贈了試劑盒,使得在當地所有人都可以進行檢測。而在義大利,政治家們則希望利用抗體檢測結果確定哪些人能夠重返工作崗位。

一些針對冠狀病毒抗體的大規模血清學普查現正在全世界範圍內開展。WHO的「團結II」(Solidarity II)研究將匯總來自六個以上國家的抗體檢測數據。而在美國,已開展了一項為期多年的協同項目,旨在揭示全美範圍的抗體流行率的全貌。它的第一階段已在6個大型城市區域(包括紐約、西雅圖和明尼阿波利斯)展開,並從血液捐獻者處收集樣本。這項工作將在美國CDC支持下逐漸鋪開,預計在今年秋季到2021年秋季完成三次全美範圍的血液捐獻者血清普查。

與用於確認病毒是否存在以及檢測時點病毒載量的診斷實驗(即核酸檢測)不同,抗體檢測有助於確定某一個體先前是否被感染,即使此人從未表現出症狀。此類檢測方案的廣泛使用有助於使科學家更深入地了解病毒的致死性以及該病毒在大範圍人群中的傳播程度。

中國上海的研究員對抗體進行測試。

但是,我們尚不知曉這些抗體檢測在現實中意味著什麼,因為免疫功能是連續變化的。對於某些病原體,例如水痘-帶狀皰疹病毒(可引起水痘),感染後可獲得終身免疫。而與之相對的是,破傷風梭狀芽孢桿菌感染(引起破傷風)感染後無法獲得持久免疫,即使是接種破傷風疫苗後也仍需定期進行加強注射。更極端的例子則是HIV,HIV感染者體內通常有大量的HIV抗體存在,但這些抗體並沒有保護作用,它們無法預防感染也無法將病毒從體內清除。

目前我們對這一新型冠狀病毒的了解仍然處於早期階段,COVID-19在免疫譜中的位置仍不清楚。儘管大多數SARS-CoV-2感染的患者都能產生抗體,「但我們完全不清楚對這種感染產生有效免疫的條件是什麼」,Dawn Bowdish(安大略省麥克馬斯特大學病理學和分子醫學教授,加拿大衰老和免疫學研究主席)說道。研究人員正迫切地期望能夠回答兩個問題:SARS-CoV-2抗體能維持多長時間?它們是否能防止再感染的發生?

在早些時候,某些人,尤其是英國首相鮑裡斯·詹森(已感染該病毒,目前在ICU接受治療)(*編者註:最新資訊顯示詹森已病情好轉出院)和他的政府科學顧問Patrick Vallance鼓吹稱群體免疫(herd immunity)將是結束疫情大流行的最終手段。儘管目前看來COVID-19康復患者至少在康復後兩周內有抗體存在,但長期數據仍然有限。因此,許多科學家正從其他冠狀病毒中尋找答案。

例如,季節性冠狀病毒(引起普通感冒的冠狀病毒)的免疫力在感染後數周開始下降。一年之內,部分個體很容易發生再感染。因此當專家稱不太可能在18個月內對人群接種COVID-19疫苗時,這一結果令人不安。但是,對SARS-CoV(引起SARS的冠狀病毒)的研究可能更具前景,SARS-CoV與SARS-CoV-2之間有大量共有的遺傳序列。抗體檢測顯示對SARS-CoV的免疫力在康復後四個月左右達到峰值,並能提供大約兩到三年的保護。正如密西根大學首席衛生官員兼醫學教授Preeti Malani在接受JAMA主編Howard Bauchner的視頻採訪中所說,這段時期為「 COVID-19疫苗和治療方法的開發提供了一個很好的時機」

但是,即使抗體在體內持續存在,也無法確定它們能夠阻止感染發生。我們需要的是中和抗體,Bowdish說。病毒上存在與宿主細胞表面蛋白結合併侵襲進入宿主細胞的結構,而中和抗體將與這一病毒結構結合,從而預防和減少感染。它們相對而言更容易檢測,並且與其替代產品:特異性T細胞相比,疫苗開發人員能夠更容易地進行研發。與中和抗體相反,非中和抗體也可以識別病原體的部分結構,但它們之間不能有效結合,因此不能防止其侵襲進入細胞。

「如果人類能夠自然產生抗SARS-CoV-2的中和抗體,那麼我們需要做的就是找出它們的病毒結合位點並靶向生成這一蛋白質片段,這就是我們的『靈丹妙藥』」,Bowdish說。對於SARS-CoV-2,這一靶點最有可能位於其刺突糖蛋白(S蛋白)的受體結合域(RBD),SARS-CoV-2憑藉這一糖蛋白侵入細胞。但是,Bowdish也表示稱,這一點也可能會帶來挑戰,因為人類免疫系統並不擅長於產生針對糖蛋白的抗體。

儘管如此,在實驗室中於細胞水平進行的一些小型研究表明,SARS-CoV-2感染能夠引發中和抗體的產生。動物研究則表明,此類抗體至少在康復後幾周內能夠防止再感染。此外,某些抗體似乎可以識別其它的多種冠狀病毒(包括SARS-CoV和MERS-CoV)上的刺突蛋白並對其發生反應,因此研究人員可以從先前的冠狀病毒暴發中吸取知識。

對SARS-CoV-2的實際免疫力的研究尚處於初步階段,不確定性依然存在。一項研究發現病毒載量與抗體存在與否沒有關聯,因此其作者質疑抗體在清除SARS-CoV-2中的實際作用。此外,有關SARS-CoV的已通過同行評議的研究和有關SARS-CoV-2的預印本(未通過同行評議)研究則報告說,某些冠狀病毒的非中和抗體在冠狀病毒再感染或與其他冠狀病毒交叉感染後可能引發有害的免疫反應(ADE效應)。因此,儘管許多新興研究看起來有較大希望,但Bowdish也警告稱,在研究人員明確產生中和抗體的COVID-19康復者的比例之前,不應依據抗體檢測結果作為政策制定的依據。

在理想的情況下,SARS-CoV-2的感染後免疫應當類似於感染水痘的兒童的免疫力(即終身免疫)。然而早期的研究表明,我們正面對一個更加複雜的場景,但是此後史無前例的全球合作可能能夠解開這一困境。抗體檢測最終可能是使我們的生活和經濟回到正常軌道的關鍵。而在目前,他們能做到的則是給專家、官員和公民更清晰的大流行的全貌。

參考文獻:

https://www.scientificamerican.com/article/what-immunity-to-covid-19-really-means/

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