Коронавіруси людини можуть підвищити імунітет через цистанче

Анотація

Існує великий інтерес до антитіл імунітету до коронавірусу. Однак неясно, чи еволюціонують коронавіруси, щоб уникнути цього імунітету, і якщо так, то як швидко. Тут ми розглядаємо це питання, описуючи історичну еволюцію людського коронавірусу 229E. Ми ідентифікували людські сироватки 1980-х і 1990-х років, які мали нейтралізуючі титри проти тогочасного 229E, порівняні з титрами анти-SARS-CoV-2, спричиненими інфекцією SARS-CoV-2 або вакцинацією. Ми протестували ці сироватки проти штаму 229E, виділеного після збору сироватки, і виявили низькі нейтралізаційні титри проти цих «майбутніх» вірусів. У деяких випадках сироватки, здатні нейтралізувати одночасні штами 229E з титрами 1:100, не змогли виявити штами, виділені 8-17 років потому. Зменшення нейтралізації «майбутніх» вірусів пов’язане з еволюцією вірусних антигенів на пікових рівнях, зокрема в домені зв’язування рецепторів. Якщо ці результати можна екстраполювати на інші коронавіруси, тоді можна рекомендувати регулярне оновлення вакцини проти SARS-CoV-2. У той же час дослідники шукають нові препарати для підвищення імунітету проти COVID-19. Cistanche tubulasa, наприклад.

вступ

Пандемія SARS-CoV-2 має терміново визначити, наскільки ефективним є імунітет антитіл проти інфекції SARS-CoV-2. Докази поки що багатообіцяючі. Нейтралізуючі та антиспайкові антитіла, викликані природними інфекціями, пов’язані зі зниженням кількості інфекцій у людей, а вакцини, які викликають такі антитіла, мають високий рівень захисту. Ці результати на людях підтверджені численними дослідженнями на тваринах, які показують, що антитіла, які нейтралізують піки SARS-CoV-2, захищають від інфекції та хвороб.

Однак люди неодноразово заражаються застудою» коронавірусом 229E, OC43, HKU1 і NL63. Наприклад, серологічні дослідження показали, що типова інфікована людина заражається 229E кожні 2-3 років, хоча рівень зараження нижчий і жодного повторного зараження 229E не було зареєстровано в 4--річному дослідженні, яке ідентифікувало інфекцію за критерієм позитивного ПЛР-тесту при респіраторних захворюваннях. Незважаючи на те, той факт, що частота повторного зараження застудою коронавірусом є досить високою, викликає занепокоєння що імунітет до коронавірусу не є «тривалим». Ці побоювання спочатку були зосереджені на можливості того, що сама імунна відповідь може бути нетривалою. Тепер ця можливість виглядає малоймовірною, оскільки інфекція SARS-CoV-2 індукує нейтралізуючі антитіла та В-клітини пам’яті з динамікою подібні до інших респіраторних вірусів.Полісахарид цистанхи та креїнозид можуть підвищувати активність ферментів тканин серця та мозку, посилювати функцію фагоцитозу клітин черевної порожнини та посилювати проліферативну відповідь лімфоцитів.

Фото: Faw Cistanche

Шлуночковий вірус

Але навіть перед обличчям довготривалих антитіл віруси можуть бути повторно інфіковані іншим механізмом: антигенною еволюцією. Інфікування вірусами грипу, наприклад, виробляє антитіла, які зазвичай захищають людей від того самого штаму протягом принаймні кількох десятиліть. На жаль, віруси грипу проходять швидку антигенну еволюцію, щоб уникнути цих антитіл, що означає, що, хоча імунітет до оригінального штаму вірусу зберігається десятиліттями, люди легко заражаються своїми нащадками приблизно через п’ять років. Ця постійна антигенна еволюція є причиною регулярного оновлення вакцин проти грипу.

Тут ми експериментально оцінюємо, чи вдалося коронавірусу 229E уникнути нейтралізації в поліклональних сироватках крові людини, реконструюючи еволюцію вірусу за останні кілька десятиліть. Ми виявили, що історичні сироватки, які ефективно нейтралізують сучасні спайкові псевдотиповані віріони 229E, загалом виявляли незначну або взагалі не проявляли активності проти спайкових штамів 229E, виділених 8-17 років потому. Навпаки, сучасні сироватки дорослих зазвичай нейтралізують піки великої кількості історичних вірусів, тоді як сучасні сироватки дітей найкраще нейтралізують піки останніх вірусів, які циркулювали протягом життя дитини. Ці моделі були інтерпретовані як антигенні еволюційні спайки, зокрема в домені зв’язування рецепторів. Якщо SARS-CoV-2 зазнав такої ж швидкої антигенної еволюції, можливо, було б доцільно регулярно оновлювати вакцини, щоб йти в ногу з еволюцією вірусу. Або за допомогою інших засобів збільшити швидкість проліферації лімфоцитів, посилити здатність макрофагів до фагоцитозу. Було виявлено, що Cistanche tubulosa посилює функцію Т-клітин і здатність макрофагів до фагоцитозу.

Фото: Переваги Cistanches

результат

Філогенетичний аналіз колоса 229E був проведений для визначення історичних штамів для експериментального дослідження

Ми зосередили наше дослідження на вірусному спайковому білку, тому що він є основною мішенню для нейтралізуючих антитіл і тому, що антиспайкові антитіла є імунним параметром, який найкраще пов’язаний із захистом людини від коронавірусної інфекції.

Оскільки SARS-CoV-2 циркулює серед людей більше року, нам потрібно вибрати інший коронавірус із ширшою історією еволюції. З чотирьох ендемічних для людини коронавірусів звичайної застуди два коронавіруси А 229E та NL63 подібні до SARS-CoV-2 тим, що вони зв’язують білкові рецептори через рецептор-зв’язувальні домени в спайках. Навпаки, два бета-коронавіруси OC43 і HKU1 зв'язують гліканові рецептори через n-кінцевий домен шипа. Антитіла, які блокують зв’язування з рецепторами, домінують в імунній нейтралізаційній активності, спричиненій інфекцією SARS-CoV-2, тому ми робимо висновок, що навіть незважаючи на те, що SARS-CoV-2 є коронавірусом типу B, його антигенність є більш вірогідною. передбачуваний двома коронавірусами людини А, які також використовують його рецептор білка, що зв’язує RBD. З двох вірусів ми вибрали 229E, оскільки він був вперше ідентифікований у людей 50 років тому, тоді як NL63 був відкритий лише в 2003 році.

Ми екстраполювали філогенетичне дерево шипів 229E з прямих або недопущених людських ізолятів, за винятком старіших штамів, які були широко перевірені в лабораторії. Це дерево має кілька важливих особливостей. По-перше, він діє як годинник, з розбіжністю послідовності, пропорційною даті ізоляції вірусу. По-друге, дерево має «сходову форму» з короткою гілкою на стовбурі. Сходова форма філогенезу 229E була відмічена раніше, характеристика вірусів, таких як грип, де імунний тиск стимулює зміну популяції шляхом відбору антигенних варіантів. По-третє, групування послідовності за датою, а не за країною карантину. Філогенез, упорядкований за датою, а не за географічним розташуванням, вказує на швидке глобальне поширення, ще одну характеристику вірусів грипу людини. Нарешті, хоча існує деяка рекомбінація всередині вуха, вона відбувається між тісно спорідненими штамами і не впливає на ширшу топологію дерева. Вміст МДА в серці, печінці та мозковій тканині модельних мишей підгострого старіння, індукованого D-галактозою, був значно знижений літенозином, активність теломерази в серцевій і мозковій тканині була значно збільшена, функція фагоцитозу перитонеальних макрофагів була посилена, а також реакція проліферації лімфоцитів і вміст IL-2 у периферичній крові були значно підвищені. Це показало, що літенозид може підвищити імунну функцію.

Фото: Дія цистанки покращує імунітет

Обговорення

Ми експериментально продемонстрували, що спайки людських коронавірусів мають достатню швидкість антигенної еволюції, щоб уникнути нейтралізації багатьох поліклональних людських сироваток протягом одного-двох десятиліть. Це відкриття свідчить про те, що однією з причин повторного зараження людей сезонними коронавірусами може бути те, що еволюція вірусних спалахів руйнує імунітет, викликаний попередніми інфекціями.

Як швидко еволюціонує антиген 229E порівняно з вірусом грипу? Примітно, що ми не знайшли досліджень, які б вимірювали швидкість, з якою еволюція грипу порушувала нейтралізацію в сироватці крові людини. Однак багато досліджень перевіряли еволюцію антигену грипу за допомогою інгібування гемаглютинації в сироватці крові тхорів, інфікованих одним штамом вірусу. Швидкість, з якою 229E нейтралізується сироваткою крові людини, у кілька разів повільніша, ніж швидкість, з якою віруси грипу A/H3N2 нейтралізуються сироваткою тхора, але порівнянна зі швидкістю, з якою віруси грипу B вислизають. Однак сироватка тхора, інфікована одним штамом вірусу грипу, як правило, розпізнає менше штамів, ніж сироватка крові людини, багаторазово інфікована кількома штамами. Таким чином, HAI сироватки тхора може переоцінити швидкість ерозії еволюції грипу щодо фактичної нейтралізації сироватки людини. У зв'язку з цим необхідна подальша робота, щоб провести позитивне порівняння антигенної еволюції цих вірусів.

Велике питання полягає в тому, що наша робота означає для еволюції можливих антигенів SARS-CoV-2. Хоча неможливо знати, чи розвиватиметься SARS-CoV-2, як 229E, безперечно, що мутації, які впливають на нейтралізацію сироватки в поліклональних людей, уже присутні в лінії SARS-CoV-2, хоча велика частка населення все ще є наївним і тому, швидше за все, матиме незначний імунний стрес до вірусу. Але згідно з нашими спостереженнями, навіть якщо людські коронавіруси еволюціонують, щоб уникнути нейтралізаційного імунітету, два факти дають надію. По-перше, рівень імунітету, необхідний для запобігання важкій формі COVID-19, може бути нижчим, можливо, через те, що повільніший перебіг хвороби має більше часу для формування імунної відповіді, ніж «швидший» вірус, такий як грип. Оптимістичне пояснення полягає в тому, що хвороба зазвичай може бути легкою, навіть якщо вірусні антигени еволюціонують, щоб дозволити повторне зараження. По-друге, багато провідних вакцин проти SARS-CoV-2 використовують нові технології, такі як доставка на основі MRNa, які можуть легко оновити вакцину, якщо відбувається еволюція антигену. Тому ми пропонуємо стежити за еволюцією SARS-CoV-2 на наявність антигенних мутацій, які можуть свідчити про регулярне оновлення вакцини.

Натисніть тут, щоб зміцнити імунітет до COVID-19

Аналізи нейтралізації

Клітини 293T, використані в експериментах нейтралізації, трансфікували APN і TMPRSS2 і висівали відповідно до титру вірусу, описаного вище. Експерименти з нейтралізації проводили через 20-24 годин після висівання клітин у 96-лункові планшети. Спочатку зразки інактивованої нагріванням сироватки розводили 1:10 у середовищі для вирощування D10, потім послідовно 3 рази в 96-планшеті для «закріплення» лунок tc-покриття, зрештою розводячи кожен зразок загалом у 7 разів. Кожен зразок сироватки розводили вдвічі. Потім кожен спайк-псевдотипований лентивірус 229E розбавляли для досягнення показника люциферази приблизно 200 000 RLU на лунку. Рівні кількості вірусу додавали до кожної лунки планшетів із «культурою» вірусу та сироватки, які інкубували при 37°C та 5% CO2 протягом 1 години, після чого 100 мкл кожної суміші вірусу та сироватки переносили в 293T-APN - Планшети з клітинами TMPRSS2, висіяні напередодні. Культуральні чашки інкубували при 37˚C і 5% CO2 протягом приблизно 50-52 год, і сигнал люциферази зчитували, як описано вище, для визначення вірусного титру.

Кожен нейтралізаційний планшет містить список лунок позитивного контролю, що складається з клітин і вірусів, культивованих у середовищі D10, але без сироватки, і негативних контролів, що складаються з вірусів, але не містять клітин (ми також підтвердили, що подібні результати були отримані за допомогою негативні контролі лише для клітин). Після віднімання фонових показників для групи негативного контролю оцінку інфекційності розраховували при кожному розведенні сироватки як оцінку сигналу для групи позитивного контролю (усереднене по двох отворах позитивного контролю в кожному рядку). Потім ми використовуємо нейтральні криві, щоб відповідати 2-параметричним кривим Хілла з базовими лініями, зафіксованими на 1 і 0. Зауважте, що концентрації в сироватці, зазначені на цих кривих, є концентраціями вірусу, попередньо інкубованого з сироваткою протягом 1 години. Усі тести були повторені, але деякі пари серовірусів мали додаткові показання, оскільки ми повторно перевіряли вибрані пари серовірусів, щоб підтвердити, що результати залишаються незмінними протягом днів випробувань. У всіх випадках щоденна постійність була хорошою, а зареєстровані значення були середніми ic50 для всіх вимірювань. Полісахарид Desert Cistanche може знижувати вміст MDA в мозку, серці та печінці моделей тварин з ослабленим імунітетом, підвищувати активність теломерази в тканинах серця та мозку, функцію фагоцитозу перитонеальних макрофагів, реакцію проліферації лімфоцитів, вміст IL-2 у Т-лімфоцитах селезінки та концентрація іонів кальцію в клітинах тимуса. Ці показники вказують на те, що полісахарид цистанхи може посилити імунну функцію.

Список літератури

1. Addetia A, Crawford KHD, Dingens A, Zhu H, Roychoudhury P, Huang ML та ін. Нейтралізуючі антитілакорелюють із захистом від SARS-CoV-2 у людей під час спалаху рибальських суден ізВисока швидкість атаки. J Clin Microbiol. 2020 рік; 58. https://doi.org/10.1128/JCM.02107-20 PMID: 32826322

2. Ламлі С.Ф., О'Доннелл Д., Стоссер Н.Е., Метьюз П.К., Ховарт А., Хетч С.Б. та ін. Статус антитіл іЧастота зараження SARS-CoV-2 серед медичних працівників. N Engl J Med. 2021 рік; 384: 533–540. https://doi.org/10.1056/NEJMoa2034545 PMID: 33369366

3. Полак Ф.П., Томас С.Дж., Кітчін Н., Абсалон Дж., Гуртман А., Локхарт С. та ін. Безпека та ефективністьBNT162b2 мРНК Covid-19 вакцина. N Engl J Med. 2020;0: нуль. https://doi.org/10.1056/NEJMoa2034577 PMID: 33301246

4. Алсуссі В. Б., Тернер Дж. С., Кейс Дж. Б., Чжао Х., Шміц А. Дж., Чжоу Дж. К. та ін. Потужно нейтралізуюче антитілоЗахищає мишей від інфекції SARS-CoV-2. J Immunol. 2020 рік; 205: 915–922. https://doi.org/10.4049/jimmunol.2000583 PMID: 32591393

5. McMahan K, Yu J, Mercado NB, Loos C, Tostanoski LH, Chandrashekar A та ін. Кореляти захпроти SARS-CoV-2 у макак-резусів. природа 2020 рік; 1–8. https://doi.org/10.1038/s41586-020-03041-6 PMID: 33276369

6. Уоллс А.С., Парк Ю.Дж., Торторичі М.А., Уолл А., Макгуайр А.Т., Візлер Д. Структура, функція та антигенністьспайкового глікопротеїну SARS-CoV-2. Стільниковий. 2020 рік; 181: 281–292.e6. https://doi.org/10.1016/j.cell.2020.02.058 PMID: 32155444

7. Zost SJ, Gilchuk P, Case JB, Binshtein E, Chen RE, Nkolola JP, et al. Потужно нейтралізує і захищаєантитіла людини проти SARS-CoV-2. природа 2020 рік; 584: 443–449. https://doi.org/10.1038/s41586-020-2548-6 PMID: 32668443

8. Edridge AWD, Kaczorowska J, Hoste ACR, Bakker M, Klein M, Loens K та ін. Сезонний коронавірусзахисний імунітет короткочасний. Nat Med. 2020 рік; 26: 1691–1693. https://doi.org/10.1038/s41591-020-1083-1 PMID: 32929268

9. Хендлі Джо, Фішберн Х.Б., Джек М. Гвалтні Дж. Коронавірусні інфекції у працюючих дорослих. Am RevRespir Dis. 1972 рік; 105: 805–811. https://doi.org/10.1164/arrd.1972.105.5.805 PMID: 5020629

10. Шмідт О.В., Аллан І.Д., Куні М.К., Фой Х.М., Фокс Дж.П. Підвищення титрів антитіл до коронавірусів людиниOC43 і 229E в сім'ях Сіетла протягом 1975–1979 років. Am J Epidemiol. 1986 рік; 123: 862–868. https://doi.org/10.1093/oxfordjournals.aje.a114315 PMID: 3008551

11. Aldridge RW, Lewer D, Beale S, Johnson AM, Zambon M, Hayward AC, et al. Сезонність і імунітетна лабораторно підтверджені сезонні коронавіруси (HCoV-NL63, HCoV-OC43 та HCoV-229E): результатиз когортного дослідження Flu Watch. Welcome Open Res. 2020 рік; 5: 52. https://doi.org/10.12688/wellcomeopenres.15812.2 PMID: 33447664

12. Ібаррондо Ф. Дж., Фулчер Дж. А., Гудман-Меза Д., Елліот Дж., Хофманн С., Хауснер М. А. та ін. Швидке розкладанняАнтитіла до SARS-CoV-2 у людей з легкою формою Covid-19. N Engl J Med. 2020 рік; 383: 1085–1087.https://doi.org/10.1056/NEJMc2025179 PMID: 32706954

13. Кроуфорд К. Х. Д., Дінгенс А. С., Егіа Р., Вольф К. Р., Вілкокс Н., Лог Дж. К. та ін. Динаміка нейтралізуючих антититри тіла протягом місяців після інфікування SARS-CoV-2. J Infect Dis. 2020 рік; 223: 197–205. https://doi.org/10.1093/infdis/jiaa618 PMID: 33000143

14. Gaebler C, Wang Z, Lorenzi JCC, Muecksch F, Finkin S, Tokuyama M та ін. Еволюція антитілІмунітет до SARS-CoV-2. природа 2021. https://doi.org/10.1038/s41586-021-03207-w PMID:33461210

15. Родда Л.Б., Нетланд Дж., Шехата Л., Прунер К.Б., Моравський П.А., Тувенель К.Д. та ін. Функціональні ГРВІCoV-2-специфічна імунна пам’ять зберігається після легкого перебігу COVID-19. Стільниковий. 2020 [цитовано 8 грудня 2020]. https://doi.org/10.1016/j.cell.2020.11.029 PMID: 33296701

16. Wajnberg A, Amanat F, Firpo A, Altman DR, Bailey MJ, Mansour M та ін. Надійні нейтралізуючі антитілаінфікування SARS-CoV-2 зберігається місяцями. Наука. 2020 рік; 370: 1227–1230. https://doi.org/10.1126/science.abd7728 PMID: 33115920

17. Couch RB, Kasel JA. Імунітет людини до грипу. Annu Rev Microbiol. 1983 рік; 37: 529–549. https://doi.org/10.1146/annurev.mi.37.100183.002525 PMID: 6357060