《npj Viruses》：SARS-CoV-2 crossreactive B-cells outnumber seasonal coronavirus spike-specific clones at the end of the COVID-19 pandemic
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本研究关注SARS-CoV-2与季节性人类冠状病毒（sHCoV）之间复杂的免疫相互作用，特别探讨了疫情后期，由SARS-CoV-2感染或疫苗接种诱导的免疫反应如何反向影响人群对sHCoV的免疫应答。研究人员通过对疫情前（2018-2019年）和疫情末期（2023年）成人队列的横断面比较，评估了针对sHCoV和SARS-CoV-2主要变异株的血清抗体（IgG/IgA）及B细胞反应。研究发现，疫情末期个体中占主导地位的SARS-CoV-2特异性免疫反应，部分可交叉识别sHCoV，这导致了针对NL63、HKU1和OC43的血清抗体水平升高，其中对OC43 S2的交叉反应性最强，且此类交叉反应性抗体有助于提升对OC43的中和能力。该研究结论表明，SARS-CoV-2特异性免疫反应重塑了对sHCoV（尤其是OC43）的免疫应答格局，这对理解冠状病毒间的交叉免疫保护、免疫印记效应以及开发泛冠状病毒疫苗和治疗策略具有重要意义。
在我们生活的世界里，除了引起全球大流行的SARS-CoV-2，还有四种通常只引发普通感冒的季节性人类冠状病毒（sHCoV）——229E、NL63、OC43和HKU1。几乎每个人在童年时期都感染过它们，并因此建立起一定的免疫力。一个自新冠疫情伊始就备受关注的问题是：这种针对普通感冒冠状病毒的“预存免疫力”，是会在我们遭遇新冠病毒时提供一些保护，还是会“帮倒忙”，干扰我们产生强效的特异性免疫应答？大量研究探讨了前者，即sHCoV免疫力对SARS-CoV-2反应的影响。然而，硬币的另一面却被相对忽视：在经历了大规模自然感染和疫苗接种后，我们体内强大的SARS-CoV-2特异性免疫大军，是否会“回过头来”影响我们对那些老朋友——季节性冠状病毒的免疫力？这种影响是增强保护，还是可能带来风险？这些问题在新冠疫情进入尾声、人群免疫背景已发生深刻变化的背景下，显得尤为重要。
为此，一组研究人员在《npj Viruses》上发表了一项研究，他们比较了新冠疫情前（2018-2019年）和疫情末期（2023年2-3月）两个横断面成人队列的免疫应答。他们想要探究，在普遍经历了SARS-CoV-2暴露（无论是感染还是疫苗接种）后，人群对sHCoV的抗体和B细胞反应发生了怎样的变化，这种变化的本质是什么，以及它是否具有功能性后果，例如改变对sHCoV（特别是OC43）的中和能力。
为了回答这些问题，研究人员运用了多项关键技术。首先，他们进行了冠状病毒刺突蛋白（Spike glycoprotein, S）的结构与序列比对分析，以从理论上评估交叉反应的可能性。其次，他们建立了两个临床队列：疫情前组（17份血清/血浆，其中8份有配对的外周血单个核细胞PBMC）和疫情末期组（25份血清/血浆，其中8份有配对PBMC），样本来源于血液捐赠者和医疗工作者。核心实验技术包括：利用定制化的蛋白质微阵列（Protein microarray）高通量测定血清中针对各种冠状病毒S蛋白三聚体（S-trimer）及其亚基（S1、S2、受体结合域RBD）的IgG和IgA结合滴度；通过B细胞谱系分析（B-cell profiling）技术，在极限稀释条件下培养B细胞，并检测其培养上清中抗体的反应性，从而在单克隆水平评估抗原特异性B细胞的频率和交叉反应模式；最后，使用空斑减少中和试验（Focus Reduction Neutralization Test, FRNT）测定血清以及单克隆抗体对OC43的中和能力。此外，还通过抗原特异性抗体耗竭实验，评估了不同抗体亚群（如OC43 S1特异性、OC43 S2特异性、SARS-CoV-2 S2交叉反应性抗体）在总血清中和活性中的贡献。
sHCoVs与SARS-CoV-2在S2结构域具有更高的同源性
研究人员首先通过结构模型叠加和序列比对发现，所有sHCoV与SARS-CoV-2的刺突蛋白在结构上具有不同程度的相似性。总体而言，S2结构域的结构排列比S1更紧密，且β属冠状病毒（OC43、HKU1）与SARS-CoV-2的相似性高于α属（229E、NL63）。在序列同一性上，也观察到同样的趋势：S2高于S1，β属高于α属，其中OC43与SARS-CoV-2的抗原相似性最高。
疫情末期个体对NL63 S1、HKU1和OC43 S2的血清抗体滴度更高
血清学检测显示，疫情前个体普遍对四种sHCoV的S三聚体呈IgG和IgA血清阳性，但对SARS-CoV-2的反应可忽略不计。相比之下，疫情末期个体的免疫反应以SARS-CoV-2为主导，但其对sHCoV的抗体水平也更高，具体表现为针对NL63 S三聚体和S1、以及HKU1和OC43的S2的IgG滴度显著升高。IgA也呈现类似趋势，针对HKU1和OC43 S2的滴度更高。
NL63 S三聚体和OC43 S2反应性B细胞频率在疫情末期更高
B细胞分析结果与血清学数据一致。疫情末期个体拥有高频的SARS-CoV-2反应性B细胞。同时，针对NL63 S三聚体的IgG B细胞，以及针对OC43 S2的IgG和IgA B细胞频率也显著高于疫情前个体。
交叉反应性IgG仅见于疫情末期捐赠者
对抗体克隆交叉反应模式的分析揭示了现象背后的机制。疫情前个体中检测到的B细胞克隆主要特异性针对sHCoV。而疫情末期个体中，虽然绝大多数B细胞克隆针对SARS-CoV-2，但有相当大一部分（20.6%）能够交叉识别sHCoV。这些交叉反应主要发生在SARS-CoV-2 S1与NL63 S1之间，以及SARS-CoV-2 S2与OC43/HKU1 S2之间。
疫情末期捐赠者显示出对OC43 S2的免疫优势转移
进一步量化显示，疫情末期观察到的更高数量的NL63 S1和OC43 S2反应性克隆，大部分可以由同时识别SARS-CoV-2及其sHCoV对应抗原的交叉反应性克隆来解释。在疫情末期，β属sHCoV（HKU1和OC43）的免疫反应靶点明显向S2结构域偏移，例如针对OC43的克隆中有96.7%靶向S2，而疫情前这一比例为80%。
SARS-CoV-2/sHCoV交叉反应性克隆更倾向于与SARS-CoV-2结合
大多数同时识别SARS-CoV-2和NL63 S1或OC43 S2的交叉反应性克隆，对SARS-CoV-2抗原的平均荧光强度（MFI）高于对sHCoV抗原的MFI，表明它们对SARS-CoV-2的结合亲和力更高。
疫情末期捐赠者的OC43血清中和滴度更高
功能实验表明，疫情末期个体的血清对OC43的中和滴度显著高于疫情前个体。
SARS-CoV-2/OC43交叉反应性S2抗体有助于OC43中和
相关性分析显示，无论疫情前后，OC43中和滴度均与OC43特异性抗体（S三聚体、S1、S2）滴度相关，但与SARS-CoV-2抗体滴度无关。然而，通过抗体耗竭实验发现，去除血清中OC43 S2特异性抗体或SARS-CoV-2 S2特异性抗体，都会导致OC43中和滴度小幅下降。这表明，SARS-CoV-2/OC43 S2交叉反应性抗体对总血清中和活性有贡献，尽管程度有限。在单克隆水平，所有测试的OC43 S1特异性克隆和大部分OC43 S2特异性克隆显示出OC43中和潜力，而SARS-CoV-2/OC43 S2交叉反应性克隆中约一半具有中和潜力。
研究结论与重要意义
本研究的核心结论是，SARS-CoV-2特异性免疫反应（由感染和/或疫苗接种诱导）反向改变了对季节性冠状病毒，特别是OC43的免疫识别模式。在新冠疫情末期的人群中，针对SARS-CoV-2的强大免疫应答产生了大量能够交叉识别sHCoV（尤其是OC43 S2结构域）的B细胞和抗体。这种交叉反应性导致了针对OC43的血清抗体水平升高，并部分转化为更强的血清中和能力。
这一发现具有多重重要意义。首先，它更新了我们对冠状病毒间免疫相互作用的认识。疫情早期有研究表明，预存的OC43免疫力可能通过“免疫印记”或“抗原原罪”机制，在重症COVID-19患者中导致次优的SARS-CoV-2抗体反应。而本研究显示，在疫情后期经历过多次SARS-CoV-2暴露的普通人群中，主导方向是反过来的：SARS-CoV-2免疫塑造了针对OC43的、以S2为靶点的交叉反应，且这种反应对OC43有积极的功能性贡献。这提示免疫相互作用的净效应可能随着人群免疫背景的变化而发生演变。
其次，该研究为泛冠状病毒疫苗的设计提供了关键见解。S2结构域在不同冠状病毒中更为保守，本研究证实了针对S2（特别是其中保守表位）的交叉反应性抗体可以具备中和能力并提升保护性免疫。因此，聚焦于S2结构域可能是设计能够广泛应对多种β属冠状病毒（包括未来可能出现的病原体）疫苗的有效策略。
最后，研究也提出了新的科学问题。尽管交叉反应性抗体数量庞大，但它们对SARS-CoV-2的亲和力高于对OC43，且其中和能力弱于OC43特异性抗体。这是否会在实际感染中导致“前带效应”，即大量低亲和力交叉反应抗体竞争性抑制少量高亲和力特异性抗体，从而影响保护效果？这需要后续纵向研究来评估。此外，这些交叉反应性克隆的起源（是由SARS-CoV-2反应经亲和力成熟产生，还是由OC43反应演化而来）也有待通过B细胞受体测序等技术进一步阐明。
总之，这项研究细致描绘了新冠疫情如何永久性地改变了人类对常见感冒冠状病毒的免疫景观，并揭示了这种变化可能带来的功能性后果，为理解冠状病毒免疫学和指导未来疫苗开发提供了宝贵的数据和视角。
