介绍

严重急性呼吸系统综合症的出现冠状病毒2 (SARS-CoV-2),冠状病毒病的病原体2019 (COVID-19),导致超过4亿人感染和全球超过600万人死亡1。最初希望的群体免疫通过感染病毒和/或疫苗接种已经被SARS-CoV-2变体的出现挑战的关注(挥发性有机化合物的仪器)2。SARS-CoV-2突起蛋白的突变,这是主要的抗原目标在大多数批准COVID-19疫苗,减少了的功效中和抗体血清中接种疫苗的个体和那些感染了病毒变异3,4。大多数研究评估相关的防范SARS-CoV-2关注spike-binding或在患者血清中和抗体滴定度5,6。中和抗体相关防止感染,但是,此外,non-neutralizing抗体和T细胞可能角色在减轻严重疾病和通过辅助解决感染免疫机制7,8。然而,中和抗体的相对贡献,non-neutralizing抗体和T细胞调节感染严重程度难以deconvolute体内和目前仍然没有得到很好的解决。几个简化的模型调查被动转移单克隆抗体的保护机制报道的一个重要角色non-neutralizing(可结晶的片段(Fc)端依赖)效应在中介保护功能。然而,试验的恢复期的血浆疗法治疗COVID-19人类的结果喜忧参半,有许多报告没有好处,这表明如果或当non-neutralizing抗体的功能能够调节保护是复杂的和上下文相关的9。这些研究的变量的结果,至少在某种程度上,研究设计元素包括患者人群的性质、干预的时机和身份SARS-CoV-2变异在研究期间的循环。然而,这些数据质疑的相关性non-neutralizing抗体在防止COVID-19效应函数,本文中详细讨论。

接触SARS-CoV-2,识别病毒抗原B细胞被激活,交通生发中心,接受级调节通过迭代轮体hypermutation重组和进步10,11,12。这个过程的最终结果是B细胞克隆抗体生产的高亲和性的选择。中和抗体阻止SARS-CoV-2感染细胞通过防止绑定到宿主细胞和/或构象变化要求调解与宿主细胞膜的融合,因此它们是必不可少的中介消毒免疫力最初的感染13。然而,non-neutralizing抗体结合SARS-CoV-2抗原表位或者不预防感染的抗原的细胞可以调解免受疾病通过激活免疫效应细胞免疫球蛋白Fc地区和Fc受体之间的相互作用(货代),导致病毒的清除和/或受感染的细胞13。而中和抗体是理论上能够调解中和和诱导Fc-dependent效应函数,non-neutralizing抗体只能通过Fc-mediated调解保护机制。在这里,我们回顾最近的证据支持作用的抗体Fc-dependent效应函数(中和抗体是一个子集)在决定SARS-CoV-2感染的结果。

Fc-Fc受体相互作用

而antigen-binding片段(Fab)地区直接的抗体与抗原结合,决定了Fc地区抗体同形像和形状货代交互14,15。IgD五大同形像,IgM抗体,免疫球蛋白,IgE IgA - Fc的特点是不同区域。尽管有许多相似的结构和功能,人类和小鼠抗体和货代,还有几个重要的生理差异,区分这两个物种,包括Fc-FcR绑定亲和力,程控Fc-FcR互动的父子关系的表达模式和功能16(表1)。这些种专一性差异的研究必须考虑Fc-dependent效应函数体内动物模型(盒子里1)。

表1人类和小鼠Fc受体的特征
全尺寸表

免疫球蛋白是人类血清中含量最丰富的抗体同形像,有四个不同亚型在相对丰富,铰链长度和灵活性17。免疫球蛋白子类的功能特征的差异在一定程度上解释他们的不同的分配紧密联系货代,货代在不同的免疫细胞的数量14,18。人类免疫球蛋白的父子关系的特点(FcγRs)都进行了广泛的研究进展16。总之,免疫细胞的反应是由四个激活受体- FcγRI FcγRIIA, FcγRIIC(由一个假基因编码表达只在选择个人由于等位基因多态性)和FcγRIIIA——通过细胞内信号immunoreceptor tyrosine-based激活图案,和一个抑制性受体(FcγRIIB),通过细胞内信号immunoreceptor tyrosine-based抑制主题。FcγRIIIB表达一些粒细胞和表面可能函数IgG-containing陷阱免疫复合物没有导致细胞的激活19,20.。除了同形像抗体,抗体的抗原决定基的位置和几何形状,化学计量学的抗体抗原和抗体的亲和抗原和同源货代都是免疫效应细胞激活的关键决定因素21,22。

IgA是最丰富的抗体同形像在粘膜表面可以形成二聚体和高阶多聚体由J(加入)链连接起来23,24。粘膜,IgA主要存在于二聚的形式与分泌相关组件。IgA1是主要的血清亚型,而IgA1和IgA2在粘膜出席类似的水平24。FcαRI IgA的古典货代,是表示对骨髓细胞包括中性粒细胞、嗜酸性粒细胞、单核细胞、巨噬细胞和树突细胞16,25。单体的二聚的,分泌IgA FcαRI绑定,虽然不同的亲和力25,26。FcαRI IgA-containing免疫复合物具有最大的亲和力,其次是单体的IgA和二聚的IgA;分泌IgA需要辅助分子MAC1 FcαRI有效结合26。FcαRI货代中是独一无二的,它可以调节激活和抑制信号。交联的FcαRI IgA-containing免疫复合物,导致持续的受体聚集,诱导有效的激活信号通过immunoreceptor tyrosine-based激活主题,而由单体的IgA FcαRI绑定,导致low-valency交互和不受支持的受体聚集,诱导抑制性信号27。

Fc-dependent效应功能

免疫复合物可以被货代表示免疫细胞表面或受补充蛋白质(称为补体结合)和调解抗菌功能独立于中和。这些交互的结果取决于同形像的抗体,免疫复合物结合的蛋白质或受体和细胞类型的受体表达。可能的结果包括(但不限于)锁定细胞毒性(ADCC),锁定补充沉积(ADCD),锁定细胞吞噬作用(ADCP)的生产中性粒细胞胞外陷阱(网;称为NETosis)调制的T细胞反应,抗原的固定滤泡树突细胞,浆细胞生存和血小板激活(表2和无花果。1)。SARS-CoV-2设置的感染,这些Fc-dependent效应函数是否保护或致病是高度依赖于上下文,我们将在下面进行讨论。

表2在体外实验中用于评估Fc-dependent抗体效应函数
全尺寸表
图1:Fc-dependent抗体效应功能有助于保护和SARS-CoV-2感染的发病机理。
图1

Non-neutralizing抗体可以可结晶的片段(Fc)受体(货代)在多种类型的免疫细胞,包括单核细胞、巨噬细胞、树突细胞(dc),中性粒细胞和自然杀伤(NK)细胞,刺激效应函数,影响感染的结果。抗体结合的蛋白质的严重急性呼吸系统综合症冠状病毒2 (SARS-CoV-2)也可以调节补体结合。Fc-dependent疾病抗体反应往往有抗病毒功能,调解决议时适当监管(绿框),但可能导致免疫病理和加剧疾病(红色框)特异表达的时候。,ADCC,依赖抗体的细胞毒性ADCD,锁定补充沉积;ADCP,锁定细胞吞噬作用;BCR、B细胞受体;净,中性粒细胞胞外陷阱;活性氧,活性氧;细胞,T细胞受体。

全尺寸图像

锁定细胞毒性

感染细胞的快速识别和消除控制和清除病毒感染至关重要。经典,IgG-containing免疫复合物,如由免疫球蛋白结合蛋白在感染细胞的表面,交联FcγRIII自然杀伤(NK)细胞引起ADCC,但中性粒细胞和巨噬细胞也可以类似的细胞毒性作用28。免疫聚类复杂绑定货代在效应细胞导致的免疫突触,导致穿孔素的释放和granzymes从这些效应细胞感染细胞的凋亡29日。

SARS-CoV-2感染的动物模型,能够诱导Fc-dependent效应器功能是必不可少的单克隆抗体疗法的疗效在老鼠和仓鼠30.,31日。然而,这种需求可能是依赖于内在中和效力和抗体滴定度。如果有效地中和病毒,要求Fc-dependent效应函数通常是减少32。SARS-CoV-2感染人类后,血清中和抗体SARS-CoV-2突起蛋白及其受体结合域(RBD)也引起ADCC,当康复的人给一个剂量的mRNA BNT162b2疫苗抗体引起ADCC强烈增加了16周和仍然很高31日,33但没有进一步提振了第二个剂量的疫苗34,35。因此,SARS-CoV-2感染和疫苗接种诱导抗体与Fc-dependent效应函数(只有一个子集的中和抗体)长期持续存在,并已被证明有助于疾病决议在动物模型。

依赖抗体补体沉积

补充的免疫系统是一个高度保守的组件功能的调理的病原体和直接溶解感染细胞通过膜的形成复杂的攻击36。几乎所有的先天免疫细胞受体表达补,ADCD已经报道了抗体能够绑定到细胞感染甲型流感病毒(IAV)或西尼罗河病毒,尽管尚不清楚这个活动在多大程度上有助于保护体内37,38,39。然而,更高水平的激活补体和患者凝血级联观察严重COVID-19比感染季节性IAV或其他住院non-COVID-19呼吸衰竭的原因需要机械通气40,41,42,这表明ADCD还可以调解病理学。事实上,在Betacoronavirus感染的小鼠模型,补体激活引起的免疫病理改善了C3基因敲除的基因编码,通过阻断C5a受体抗体(也称为CD88)或药理干预43,44,45。因此需要严厉的监管,补体的激活在SARS-CoV-2感染增加可溶性的循环水平补充相关因素如C3a和C5a严重COVID-19,急性呼吸窘迫综合征,endotheliitis、凝血障碍和死亡的人类44,46,47,48,49。值得注意的是,SARS-CoV-2峰值蛋白质干扰的功能因子H从而激活补体旁路的核衣壳蛋白SARS-CoV-2直接激活凝集素途径通过MASP2(参50,51,52)。超过90%的危重患者COVID-19 autoreactive IgM可以绑定到不同的目标在远端器官和诱导补体依赖细胞毒性体外53。因此,补充可能是必不可少的最佳SARS-CoV-2防护,但其激活必须仔细监管以避免系统性凝血障碍和器官衰竭54。

锁定细胞吞噬作用

调理素作用的IgM病原体和免疫复合物的形成,免疫球蛋白和IgA会导致增强Fc-mediated ADCP巨噬细胞,单核细胞、树突细胞和中性粒细胞。pathogen-bound免疫复合物内化后绑定到货代,病原体被贩卖到溶酶体,降解肽MHC分子上加载抗原为演示和T细胞的启动。肺泡巨噬细胞是哨兵气道免疫细胞之间保持微妙的平衡是至关重要的炎症与气道结构的致病性的侮辱和保留。肺泡巨噬细胞的激活和ADCP不可或缺的Fc-dependent抗体介入保护IAV感染的小鼠模型55。此外,在冠状病毒感染的小鼠模型,吞噬细胞所需的抗体介入病毒清除56。住院患者COVID-19, spike-specific抗体调停ADCP与生存有关57。有趣的是,RBD-specific抗体信号通过FcγRIIIB和调解锁定中性粒细胞吞噬作用与更严重的疾病有关。这些结果强调的重要性效应细胞类型和功能表位特异性抗体在确定临床结果33,57。严重COVID-19期间,大量的免疫细胞浸润是观察到肺部,这可能有助于抗病毒反应也提供高水平的细胞因子58,59。此外,蛋白质组学和代谢组学分析患者的严重COVID-19显示富集的通路参与了巨噬细胞的功能,除了血小板脱粒和补充系统60。所有这些事件可以通过Fc-dependent疗效机制。重要的是要注意,能刺激ADCP的抗体是否保护人类感染或致病的还不清楚。在某些情况下,特定FcR-activating抗体滴定度增加可能只是与保护或患有严重疾病,没有直接的决定性作用。这些抗体对疾病的影响结果也可能取决于特定的货代,他们接触的细胞类型表达这些货代,他们结合的抗原或抗原表位和他们的行为的动力学在感染。

NETosis

中性粒细胞吞噬免疫复合物,导致氧化破裂和抗原cross-presentation以CD8+T细胞61年。虽然他们的典型的功能是作为第一反应者在细菌感染,中性粒细胞在病毒感染也被认为保护功能62年。FcR-mediated激活中性粒细胞可以刺激NETosis63年,64年。此外,独自SARS-CoV-2病毒颗粒和血清从个人在感染的急性期住院可以诱导NETosis65年。的确,我们已经表明,免疫复合物组成的准型慢病毒表达SARS-CoV-2突起蛋白的IgA恢复期的血清诱导NETosis FcαR-dependent方式66年。尽管IgG-containing免疫复合物和高的病毒滴定度可以刺激NETosis, IgA-containing免疫复合物刺激NETosis更加强有力地66年。

尽管网的抗菌功能,他们也常与呼吸道病毒感染期间不良预后相关67年,68年,69年。在SARS-CoV-2感染,NETosis导致内皮损伤和platelet-mediated血栓形成,类似于观察到的影响后SARS-CoV-2-induced ADCD49,70年,71年,72年。水平的提高中性粒细胞激活标记,包括DNA,游离myeloperoxidase-DNA复杂,citrullinated组蛋白H3和中性粒细胞弹性蛋白酶-患者的血清中发现严重COVID-19(参考文献70年,73年)。事实上,增加IgA-mediated中性粒细胞激活与更严重的疾病的成年人,这表明在高病毒载量的设置,抗原IgA可能加剧NETosis和造成免疫病理反应74年。相比之下,在感染的早期阶段的研究表明,粘膜IgA-mediated病毒中和导致更严重的疾病75年。期间是否NETosis SARS-CoV-2感染的早期阶段,当病毒滴定度很低,加速病毒间隙仍有待确定。重要的是,分泌组件绑定到FcαRI分泌IgA损害其能力和刺激NETosis,因此最大限度地减少抗体介入免疫病理的风险,使其有利的目标为诱导粘膜SARS-CoV-2疫苗旨在引出IgA感染部位的响应76年。

其他Fc-dependent功能

抗体血小板因子4 (PF4)患者诱发的免疫血栓性血小板减少症(VITT)通过交联形成免疫复合物和激活血小板FcγRIIA,唯一货代表达了对人类血小板77年,78年。值得注意的是,从患者抗体VITT诱导血小板聚集在adenoviral粒子的存在剂量依赖性的方式;然而,这可以避免药物抑制酪氨酸激酶麦克米兰和对抗体或管理C5aR-neutralizing杀人案,所有这些抑制货代信号79年,80年,81年。然而,抗体后导致VITT adenovirus-vectored COVID-19疫苗似乎有别于SARS-CoV-2所引起的感染,和SARS-CoV-2感染是已知的导致血栓性后遗症有别于那些VITT患者中观察到82年。

此外,尽管最初的担忧锁定增强(正面)的疾病,以前的观测的基础上,从感染冠83年病毒或猫传染性腹膜炎84年,几乎没有证据表明这一现象的出现是在SARS-CoV-2感染。事实上,导致疾病恶化,SARS-CoV-2疫苗包含Wuhan-like(祖先)飙升抗原持续显示显著的预防严重疾病,即使面对抗原不同的变体,比如买卖,有显著减少中和抗体滴定度85年。这种情况与正面的典型的例子的登革病毒感染,其中sub-neutralizing抗体浓度的提高通过调理素作用的病毒感染和FcR-expressing吞噬细胞吸收86年。等离子体的感染,但不接种疫苗,个人促进FcγRIIIa-dependent SARS-CoV-2感染单核细胞体外和导致pyroptosis,这可能会导致异常的炎症患者观察COVID-19 (ref。87年)。但是,没有传染性病毒从感染中恢复单核细胞,证明SARS-CoV-2感染吞噬细胞在这种情况下是流产88年,89年,90年。此外,很难建立的单核细胞pyroptosis可能导致整体COVID-19疾病严重度给定路径的复杂性导致致病性感染人。的确,以前的研究显示正面的登革热病毒感染,疾病增强的因素是复杂的,不仅包括增加病毒滴定度也抑制的抗病毒反应86年。

FcR-bearing效应细胞的角色

在SARS-CoV-2感染的动物模型,Fc-dependent效应函数的单克隆抗体被要求加强病毒清除,减少免疫病理和维护呼吸过程30.,91年,92年(盒子1)。单核细胞有一个核心作用在SARS-CoV-2 Fc-dependent保护由单克隆抗体,通过解决炎症可能单核细胞耗竭体内病毒滴定度没有影响19,91年,92年。相比之下,CD8+T细胞减少病毒的滴定度Fc-dependent方式,可能通过ADCP CD8导致增加病毒抗原的表达+T细胞和随后的感染细胞的T细胞介导细胞溶解91年。中性粒细胞和NK细胞的角色Fc-dependent抗体介入保护SARS-CoV-2不太清楚,作为单独的损耗的研究报道不一致的结果K18-hACE2转基因小鼠挑战与SARS-CoV-2(参考文献91年,92年)。一项研究使用单克隆抗体cov2 - 2050没有发现贡献NK细胞或中性粒细胞介导的保护91年,而另一项研究发现,NK细胞和中性粒细胞导致保护的单克隆抗体CV3-1 (ref。92年)。cov2 - 2050和CV3-1目标SARS-CoV-2 RBD的蛋白质,但抗体亲和力和中和效力的差异可以解释他们的微分FcR-bearing细胞类型的依赖。此外,研究CV3-1使用更大的感染剂量的SARS-CoV-2 (105focus-forming单位相比,103点状单位),导致病毒负担和增加更多的急性疾病进展。此外,抗体的时间管理CV3-1后来比cov2 - 2050(3天感染后而感染后1天),这表明抗体动力学交付期间感染可能影响FcR-bearing细胞类型的要求。有效中和的挑战较低剂量的SARS-CoV-2 cov2 - 2050在感染的早期可能掩盖了要求中性粒细胞和NK细胞,这可能只需要解决疾病当中和不高效。然而,很明显,特异性免疫细胞的参与调停保护SARS-CoV-2是高度依赖于上下文的即使在严格的动物模型。同样重要的是要考虑细胞类型的识别负责Fc-dependent抗体介入保护老鼠(和其他动物模型)并不必然意味着人类由于直接因素,包括货代表达谱的差异这些细胞(表1),这些细胞类型的相对丰度的差异在组织和血液循环。在人类、延迟成熟的抗体反应,表现为一个缺乏FcR-activating抗体,与更严重的疾病57。具体来说,opsonophagocytosis spike-specific抗体和补体结合的不太可能发现与COVID-19住院病人,而这些通路富集在那些解决感染33,93年。

SARS-CoV-2抗体的特性

除了抗体同形像,其他几个抗体的特性影响的能力引起Fc-dependent效应函数,这些函数的要求为中介的保护。例如,亲和力的抗体抗原的亲和力和货代影响结合形成免疫复合物的稳定性和货物收据集群促进所需信号导致下游效应器功能。糖基化的抗体也非常重要在调制FcR-binding特征(图2),由感染或免疫抗体诱导的多糖结构目前已知是不同的。多克隆免疫反应的动力学和相对浓度的不同类型的抗体(例如,中和和non-neutralizing)也感染结果和抗体介入保护机制的关键因素或疾病。最后,特定的抗原决定基受抗体可以深刻影响货代激活的力量,如同所示IAV和艾滋病毒的环境中,例如94年,95年,96年。在SARS-CoV-2的背景下,新兴的证据表位特异性有激活作用能力Fc-dependent效应函数,尽管需要更系统的研究97年,98年。下面,我们将讨论这些属性如何影响抗体函数的上下文中SARS-CoV-2感染。

图2:抗体改变是由感染和疫苗接种,调节Fc-dependent效应函数。
图2

可结晶的片段(Fc)地区的抗体是你修改的糖基化模式形状函数。fucosylation的相对水平,galactosylation sialylation和二分的抗体Fc的地区都被报道影响的结果严重急性呼吸系统综合症冠状病毒2 (SARS-CoV-2)感染。严重的冠状病毒疾病2019 (COVID-19)与瞬态减少fucosylated抗体回到基线水平的fucosylation 4 - 6周后感染。抗体afucosylation导致更强的Fc受体(货代)激活,尤其是FcγRIIIA。相比之下,galactosylation水平增加感染和疫苗的反应。抗体galactosylation提高货代激活,尽管比afucosylation到一个较低的水平,但与补体沉积更有效。在接种疫苗或感染抗体sialylation也增加。Sialylation稍微降低绑定激活货代,但提高补体沉积。相比之下,二分水平稍微降低感染和疫苗接种,尽管这是不清楚的生物相关性货代绑定和补体沉积似乎受到影响。图表在右边面板描述总数的百分比或anti-spike免疫球蛋白与特定的糖基化模式在患者基线,中等COVID-19(住院,为护理)或有严重COVID-19(住院,重症监护)几周后症状出现。 Fab, fragment antigen-binding. NA, no effect observed in response to changes in modification level.

全尺寸图像

为抗原亲和力

抗体介入Fc-dependent效应函数的效力取决于两个接触点:亲和力的抗体Fab地区抗原和抗体的亲和力Fc地区货物收据。此外,抗体的抗原表位近端,细胞膜优惠有效的货代集群和免疫突触的稳定99年,One hundred.。SARS-CoV-2抗原,峰值蛋白质包含两个单元:S1, n端结构域组成的(元)和RBD对宿主细胞受体介导依恋ACE2;和S2,负责三聚飙升和膜融合。重要的是,SARS-CoV-2 RBD是动态的,可以假设“下降”或“了”构象,后者是有利于ACE2绑定101年。多达80%的中和抗体从康复的个人束缚在或近端RBD,剩下的20%的中和抗体针对被忽视的热带病或S2子单元2,102年,103年,104年。尽管中和抗体可以调解保护独立Fc-dependent效应功能,这些功能需要优化活动。此外,non-neutralizing抗体结合网站的远端RBD(如S2域)也能引起Fc-dependent效应函数,可能导致保护体内105年。

许多SARS-CoV-2挥发性有机化合物的仪器展览趋同进化的突变集中在RBD,被忽视的热带病多元furin裂解位点飙升的蛋白质,增强免疫逃避通过减少抗体绑定和/或促进传播能力,从而促进整体健康106年。然而,而中和抗体识别抗原表位有限参与绑定约束与宿主细胞和融合,多达95%的总spike-specific non-neutralizing抗体,可以绑定到抗原表位遍布的蛋白质107年,108年。这些抗体保持诱导Fc-dependent效应功能的能力。尽管疫苗诱导抗体中和最近的挥发性有机化合物的仪器,如买卖很差相对于祖先SARS-CoV-2,重要的疫苗诱导抗体绑定ο全身蛋白质被保留,建议维护守恒的飙升抗原表位被non-neutralizing抗体货代激活的能力107年。同样,康复的等离子体提高对早期SARS-CoV-2变异显著减少中和活动对包庇突变RBD和被忽视的热带病的挥发性有机化合物的仪器,而抗体滴定度引起Fc-dependent效应器功能仅略有降低97年。因此,尽管抗原antibody-escape积累突变热点如RBD、抗体绑定之外的这些区域可能有助于保护没有中和。可以绑定的抗原表位抗体的多样性能够诱发Fc-dependent效应函数(由中和和non-neutralizing抗体)可以解释总体缺乏抗原逃脱相对更多的离散有助于中和抗原表位。事实上,疫苗有效性对挥发性有机化合物的仪器,如ο居高不下的预防严重疾病和住院治疗,尽管低血清中和抗体滴定度109年,110年,111年。这种保护可能是介导的,至少部分由Fc-dependent抗体效应函数,尽管诱发T细胞反应对峰值蛋白质或更多守恒的内部抗原也必须加以考虑13,35,112年,113年,114年。

与等离子体从个人感染了α或δSARS-CoV-2变异,康复的等离子体从个人感染了Beta版本包含更高的可交叉反应的抗体滴定度飙升蛋白质从其他挥发性有机化合物的仪器,调解Fc-dependent效应函数。这可能源于一个转变immunodominant抗原表位的突起蛋白β变体,如抗体提高到β更关注外部的抗原表位ACE2-binding网站认识RBD“向上”和“向下”构象,类似于S309单克隆抗体112年,115年,116年,117年。抗体诱导由感染或疫苗接种SARS-CoV-2有明显差异的中和和FcR-binding抗体滴定度和比率可能取决于暴露的路线,抗原,抗原构象或细胞因子环境97年,98年,107年,118年。抗原性的变化并不是唯一的因素,确定immunodominance层次,先前的研究在IAV血凝素表明,疫苗接种途径和疫苗配方也immunodominance形状119年。合理设计下一代疫苗SARS-CoV-2,策略应该调整对进化保存抗原抗体反应网站能够诱发Fc-dependent效应函数,除了经常诱导中和抗体靶抗原表位容易突变或抗原漂移。

糖基化

糖基化抗体Fc域是一个至关重要的行列式的结构、功能和稳定性120年,121年。抗体糖基化是至关重要的调解Fc-FcR交互aglycosylation切除货代绑定122年。的核心bi-antennary多糖装修糖化抗体由守恒fucosylation模式进一步修改,galactosylation,二等分的一半和sialylation(无花果。2)。例如,人类IgG1 Fc地区糖化守恒Asn297残渣,并IgG1抗体在健康成年人通常的特点是高水平的fucosylation(85 - 95%),中间galactosylation水平(25 - 40%),低水平的二等分(5 - 15%)和低水平的sialylation (2 - 15%)123年,124年。糖基化模式的FcγR IgG1直接影响其亲和力。值得注意的是,afucosylation FcγRIIIA和FcγRIIIB IgG1增加亲和力的十倍125年。而galactosylation仅略有增加货代亲和力和sialylation稍微减少货代亲和力,增加ADCD这两种糖基化模式125年,126年,127年。二分对抗体的生物相关性函数是未知的,因为它影响货代亲和力和补体沉积126年。异质性的核心聚糖复杂与各种相关因素,包括年龄、性别、身体质量指数和感染状况128年,129年。

糖基化的SARS-CoV-2 spike-specific抗体针对不同接种疫苗或感染130年,131年,132年,133年。严重COVID-19瞬变产生更高比例的患者afucosylated spike-specific比温和的疾病患者抗体;抗体fucosylation水平,然后回到基线出现症状后4 - 6周130年,131年,132年,133年。过程调节抗体fucosylation针对感染不完全理解,但他们可能与antibody-secreting细胞的相对比例的子集。afucosylated抗体感染后的瞬态增加可能源自短暂的浆细胞,这些细胞葡萄糖水平的进口低于长寿的浆细胞在感染和可能会因此产生抗体产生后改变了糖基化配置文件134年。表达谱的变化fucosyl和糖基转移酶负责处理Fc多糖也可能是重要的在确定多糖概要文件135年。afucosylated抗体滴定度增加,从而更有效FcγR激活与促炎细胞因子的异常分泌相关肺泡巨噬细胞在体外和platelet-mediated血栓形成患者的严重疾病,暗示这些抗体在免疫病理作用81年,132年,133年。相比之下,SARS-CoV-2疫苗接种产生fucosylated IgG1,符合流感病毒和乙型肝炎病毒疫苗接种的报告130年,136年。机制推动微分接种疫苗后抗体fucosylation或自然感染SARS-CoV-2,这在多大程度上发生在其他病毒的环境中,是不清楚,但可以部分解释为B细胞抗原呈递的上下文133年。有人建议,B细胞的直接接触受感染细胞的膜促进生产afucosylated抗体感染后通过未知主机receptor-ligand对133年。重要的是,这导致了一个引人注目的二分法,afucosylated抗体的相对过剩是独特的偏向从包膜病毒表面蛋白,但没有发生在可溶性蛋白质的背景下,内部包膜病毒或无包膜病毒的蛋白质133年。抗体fucosylation水平也必须由额外的因素决定的,如微分单元特定类型的表达假设主机receptor-ligand对,随着BNT162b2 SARS-CoV-2 mRNA疫苗促进抗体fucosylation尽管飙升蛋白在宿主细胞膜130年,137年。

对货代亲和力抗体galactosylation和sialylation最小的影响,但感染者都是调节水平和与疾病严重程度133年,138年。重要的是,这两种糖基化模式加强ADCD,从而可能导致complement-associated病理生理学中观察到严重COVID-19(参考文献130年,132年,133年,138年)。感染或疫苗接种后,水平spike-specific IgG1二分暂时保持不变或下降,感染和低水平的二分与恢复130年,131年,133年,138年。

因此,测量的相对丰度抗原抗体同形像本身并不足以预测Fc-dependent的形象效应函数,它们可能引起或他们如何可能影响临床结果。Fc糖基化概要文件有一个关键的角色在决定抗体的功能。更完整的理解决定因素调节抗体糖基化配置文件可能导致疫苗有效性的改善和新治疗干预措施预防或治疗严重疾病情况下,特定的糖基化资料与不良临床结果相关联。然而,有一个缺乏研究直接比较Fc糖基化概要接种疫苗或感染后控制队列使用一致的实验方法来评估Fc糖基化。这使得不确定性有关的每种类型的接触形状Fc多糖配置文件,和需要进一步研究的重要领域。例如,感染诱发不同的炎症通路相对于疫苗接种和通常会导致更持久的和多样化的抗原表达,所有这些可以预期Fc糖基化的影响。

动力学和相对浓度

抗体反应的动力学和级SARS-CoV-2都受到暴露的类型(接种疫苗或感染)和暴露的数量。中和抗体和抗体滴定度与疫苗接种后Fc-dependent效应函数具有不同的模式。事实上,BNT162b2 mRNA的第一剂疫苗引发的中和抗体滴定度低于第二剂量所引起34,139年。这些中和抗体减弱稳步从最高点在2周后第二个5-10-fold低剂量滴定度几个月后140年。第三BNT162b2疫苗的剂量增加的中和抗体滴定度甚至更高的水平,和中和滴定度保持至少4个月发散ο变体141年。与中和抗体,抗体与Fc-dependent功能更有效地诱导后第一个疫苗剂量和持续时间更长34,139年。抗体的动力学和耐久性Fc-dependent功能后附加剂疫苗目前正在调查中。动力学差异中和抗体和抗体疫苗接种后与Fc-dependent功能上可以归因于更严格的中和抗体所需表位特异性和亲和力。中和抗体往往表现出高水平的体细胞hypermutation高亲和力和绑定到一个非常有限的抗原表位的峰值蛋白质抑制病毒感染12,142年。这个抗体进化和成熟的过程仍在生发中心初始接触抗原后6个月12,143年。

延长BNT162b2和信使rna - 1273疫苗的剂量间隔增加中和抗体滴定度,减少住院和死亡144年,145年。此外,扩展疫苗剂量之间的时间间隔也会增加抗体亲合力与Fc-dependent RBD和抗体滴定度函数34。从力学上看,时间间隔的疫苗剂量允许更多实质性减弱初始疫苗抗体引起的剂量,由plasmablasts和短暂的浆细胞的收缩146年,147年。这减少了抗原决定基屏蔽的影响,这种现象在预先存在的共同的抗原表位抗体减少与B细胞特定的抗原决定基的相互作用,因此减少后续扩大B细胞克隆和新创抗体反应相同的抗原决定基148年。的确,基线抗体滴定度是一个著名的负相关疫苗的反应149年。然而,已有的抗体还可以帮助促进适应性免疫反应的过程,包括驾驶的抗原的树突细胞和捕获抗原在滤泡树突细胞,从而促进B细胞的选择。因此,可能存在一个阈值的预先存在的抗体滴定度可以促进更有效的后续的抗体反应。

不同的中和抗体和抗体动力学Fc-dependent效应函数与SARS-CoV-2自然感染后都记录在案150年,151年,152年,153年,154年,155年,156年。已报告中和和Fc-dependent抗体滴定度与疾病严重程度正相关,但这可能是一个严重影响个人高病毒载量的副产品150年,151年,152年。研究直接比较长寿的功能性抗体种群在感染后更快地发现中和抗体减弱比Fc-dependent抗体153年。其他的研究已经发现,可以检测到抗体调解ADCC甚至感染后400天154年。有趣的是,赋予自然感染免疫结合疫苗(通常称为“混合免疫”)是更耐用比同源信使核糖核酸疫苗免疫授予启动—提高方案和结果生产更高的中和抗体和抗体滴定度调解Fc-dependent效应函数34,155年,156年。

疫苗和抗体疗法

理解Fc-dependent抗体的相对贡献效应函数的上下文中SARS-CoV-2感染至关重要通知疫苗和治疗性设计,以及评估其有效性。历史上,绑定和中和抗体的活动最常见的测量属性用来评估相关的保护。然而,我们加深理解Fc-dependent效应的贡献函数来保护由疫苗和单克隆抗体权证的发展和验证标准化的分析来研究这些功能和免疫力来评估他们的贡献及其可能的使用相关的保护(盒子2)。

疫苗接种

滴定度spike-binding和中和抗体作为保护的关联(盒子2)目前批准COVID-19疫苗和在临床前开发5,6,157年,158年,159年,160年。然而,许多的初步研究进行了循环病毒时更多的抗原的疫苗免疫原(通常SARS-CoV-2 Wuhan-Hu-1变体的)比现在的情况。相关的保护现在必须重新设置的新抗原不同,循环变异SARS-CoV-2确定指标,可靠地预测疫苗的有效性、耐用性和建立长期的保护性反应。充分接种仍然个人经验突破感染这些SARS-CoV-2变异,虽然疫苗有效预防严重疾病和死亡仍然很高161年。因此,保护特定结果的关联,包括无症状感染,感染,症状严重的疾病或死亡,可能会有所不同。同样,相关保护可能不同的特定的人口,包括老年人和免疫功能不全的。中和抗体滴定度高的可以完全预防感染,但中和抗体滴定度本身不充分捕捉保护性免疫反应的各个方面。因此,努力是需要更好地理解免疫系统的其他组件的保护贡献,包括Fc-dependent抗体效应响应162年(盒子2)。建立更微妙的关联为特定SARS-CoV-2感染的结果将有助于简化将来的临床试验和更好地告知疫苗政策决定基于免疫学的读数。

Fc-dependent抗体效应函数一再被证明在其他情况下导致抗体介入保护,包括感染艾滋病毒,IAV或埃博拉病毒163年,164年,165年。虽然部分免受疾病后能够达到一个剂量的NVX-CoV2373重组蛋白疫苗SARS-CoV-2,第二个剂量导致抗体滴定度增加ADCP和诱导调节NK细胞活化,这与增加了非人类的灵长类动物的保护166年。此外,中和活动和Fc-dependent效应活动都保存在α和βSARS-CoV-2变体。这些发现全等与人类研究报道后Fc-dependent抗体效应响应的感应BNT162b2 mRNA的单剂疫苗139年。中和抗体滴定度和spike-binding抗体都是与保护由信使rna - 1273疫苗临床前和三期临床研究157年,167年。然而,尽管只有中和抗体滴定度低的单剂疫苗后,相当多的观察免受疾病。这说明还有其他因素,包括可能Fc-dependent抗体效应功能和T细胞的激活,vaccine-mediated保护也是很重要的,尤其是当中和抗体滴定度很低。

多官能的免疫反应是至关重要的维持vaccine-mediated保护的设置增加SARS-CoV-2变异的突变。最近观察到的减少疫苗有效性对SARS-CoV-2感染是由于抗体的中和效价下降严重变异RBD当代SARS-CoV-2ο等变异85年。然而,尽管抗体绑定和中和滴定度的下降对挥发性有机化合物的仪器,诱发抗体的Fc-dependent效应器功能主要是维持。具体来说,买卖的滴定度spike-specific抗体结合FcγRIIA FcγRIIIA, ADCP和ADCC,分别保存在几个疫苗平台107年。这个维护抗体Fc-dependent效应函数与长期预防严重的结果(图。3)。

图3:动力学Fc-dependent接种疫苗后抗体效应函数,与SARS-CoV-2感染的结果。
图3

中和和可结晶的片段(Fc)受体(货代)激活抗体(中和抗体是其中的一个子集)接触后引起严重急性呼吸系统综合症冠状病毒2 (SARS-CoV-2)。中和抗体滴定度高与防止感染,但这些曝光后滴定度下降相对较快。滴定度抗体能够参与货代接触后更加稳定耐用。维护这些抗体可能与保护有关的严重结果SARS-CoV-2感染甚至中和抗体滴定度的减弱。

全尺寸图像

评估Fc-dependent抗体应答反应是否真正保护特定的相关结果,健壮和标准化的分析评估Fc-dependent效应函数应该开发并定期进行疫苗接种后作为补充传统的绑定化验和中和化验。然而,这并不是一件容易的事情。与抗体绑定的评估或中和不同,没有一个化验可以捕获所有Fc-dependent抗体效应函数(表2)。也有选择的实际考虑这些化验(盒子2)。

治疗

等离子体的输血患者恢复COVID-19被认为是一种很有前途的治疗选择早期SARS-CoV-2大流行。然而,尽管这种干预是安全的,其有效性一直是有争议的9。一些试验中取得了可喜的疗效,而其他人没有找到治疗中获益。试验设计的差异包括供体血浆的来源,具体收件人患者人群和等离子体的时间管理相对于感染占其中一些变化的结果。不同的抗体的捐赠还应该考虑等离子体。对于许多试验,绑定和/或中和抗体滴定度被用来屏幕供体血浆;然而,具体的标准用于选择捐助者往往是不一致的。最近的研究已经确定了抗体能够诱发ADCC ADCP和ADCD恢复期的等离子治疗的疗效的主要因素168年,169年。有趣的是,CONCOR-1 (COVID-19呼吸道疾病康复的等离子体)试验发现,捐赠水平较高的等离子体中和活动和Fc-dependent效应器功能(如ADCC)实现显著减少严重后果和死亡169年。捐赠者等离子体增强nucleocapsid-specific抗体反应和spike-specific ADCP的抗体诱导中性粒细胞也可能提供好处170年,171年。COVID-19的被动传递在动物模型的研究也表明,函数中和之外有一个重要的角色在提供的体内保护单克隆抗体30.,91年。事实上,一项研究表明,强劲的Fc-FcR接触和活化的单核细胞,中性粒细胞和NK细胞都需要实现全面保护由中和单克隆抗体在接触后治疗环境92年。因此,最佳的保护是由抗体介入中和和Fc-dependent效果的结合。此外,工程单克隆抗体的亲和力增加,激活货代比野生型抗体在治疗和预防的临床体征SARS-CoV-2啮齿动物感染模型172年。在一起,这些数据表明,测量的抗体滴定度Fc-dependent功能,除了中和抗体滴定度,应该是一个重要的考虑因素在恢复期的血浆捐献者的选择和单克隆抗体疗法的评价。

结论和观点

中和抗体提供第一道防线防止细胞感染,但抗体也可以调解保护感染后通过Fc-dependent效应函数。这些不同的功能取决于交互FcR-expressing免疫细胞或补充。很明显,Fc-dependent抗体功能有助于塑造SARS-CoV-2和其他病毒感染的结果(图1)。然而,了解他们的相对贡献的框架仍然有限。

个人概要文件的抗体SARS-CoV-2 Fc-dependent函数是由大量的变量,包括暴露于病毒抗原的性质(感染或疫苗类型),暴露途径(肠外或粘膜),年龄和潜在的健康或怀孕状态。测量这些概要文件是更复杂的比传统的绑定和中和抗体检测由于效应途径的多样性,抗体可以参与。因此,开发一个更详细的了解Fc-dependent抗体效应函数框架有助于保护需要更多的常规评估和分析这些抗体在临床试验中,队列研究。为了便于可比性,必须选择化验的基础上性能、可伸缩性和标准化。峰值蛋白质表达的方式——例如,由感染和转染,或利用野生型病毒与pseudovirus -在实验系统测量Fc-dependent结果也是很重要的考虑。

还必须做更多的工作来决定结果(如严重疾病和死亡)Fc-dependent抗体的功能可能是有用的关联。特别是标准免疫原性试验疫苗的评价和研究过程中进行免疫康复的人(例如,绑定和中和抗体检测)应该扩大采取的系统血清学方法捕捉Fc概要文件,这些变量可以经常和广泛的评估值作为关联。至关重要的是,一个标准化的框架被开发为这些化验促进cross-comparisons在不同的研究。从可行性的角度来看,同样重要的是,这些分析是适合相对高通量的方法。重要的是要注意,相关的保护并不一定意味着因果关系。也就是说,即使Fc-dependent之间可以建立健壮的相关抗体效应函数,它将是至关重要的继续调查Fc-mediated保护体内的机制。这些研究需要仔细考虑适当的动物模型和详细了解抗体生物学的差异相比人类的生物模型。

除了中介保护外,可能还有Fc-dependent抗体效应函数的情况下,激活特异表达有助于疾病病理。理解这些情况是同样重要的是,他们可能会强调治疗干预的机会(比如FcR-blocking抗体)。Fc-dependent抗体的常规标准测量资料上面列出将有利于这些类型的研究。

总的来说,加深我们的理解的贡献Fc-dependent效应函数来防止SARS-CoV-2感染(以及其他病原体感染)导致的设计和评估改进疫苗和抗体疗法可能会增加他们的有效性和帮助减轻抗原漂移的影响随着病毒继续发展。