Abstrakt
Der Schweregrad und die Stadien der COVID-19-Krankheit (SARS-CoV-2) variieren von asymptomatischen, leichten grippeähnlichen Symptomen bis hin zu mittelschweren, schweren, kritischen und chronischen Erkrankungen. Das Fortschreiten der COVID-19-Krankheit umfasst Lymphopenie, erhöhte proinflammatorische Zytokine und Chemokine, Ansammlung von Makrophagen und Neutrophilen in der Lunge, Immundysregulation, Zytokinstürme, akutes Atemnotsyndrom (ARDS) usw. Die Entwicklung von Impfstoffen gegen das schwere akute Atemwegssyndrom (SARS), das Coronavirus des Middle East Respiratory Syndrome (MERS-CoV) und andere Coronavirus war aufgrund der durch den Impfstoffinduzierten verbesserten Krankheitsreaktionen in Tiermodellen schwierig zu schaffen. Mehrere Beta-Coronaviren, einschließlich SARS-CoV-2 und SARS-CoV-1, erweitern den zellulären Tropismus, indem sie einige phagozytäre Zellen (unreife Makrophagen und dendritische Zellen) über die Antikörperbindung an den Fc-Rezeptoraufnahme des Virus infizieren. Die Antikörperabhängige Verbesserung (ADE) kann an der klinischen Beobachtung der erhöhten Schwere der Symptome beteiligt sein, die mit frühen hohen Konzentrationen von SARS-CoV-2-Antikörpern bei Patienten verbunden sind. Säuglinge mit multisystemischem Entzündungssyndrom bei Kindern (MIS-C), die mit COVID-19 in Verbindung stehen, können auch ADE haben, die durch maternal erworbene SARS-CoV-2-Antikörper verursacht wird, die an Mastzellen gebunden sind. ADE-Risiken im Zusammenhang mit SARS-CoV-2 haben Auswirkungen auf COVID-19- und MIS-C-Behandlungen, B-Zell-Impfstoffe, SARS-CoV-2-Antikörpertherapie und Rekonvaleszenzplasmatherapie für Patienten. SARS-CoV-2-Antikörper, die an Mastzellen gebunden sind, können nach einer ersten COVID-19-Infektion am MIS-C- und multisystemischen Entzündungssyndrom bei Erwachsenen (MIS-A) beteiligt sein. SARS-CoV-2-Antikörper, die an Fc-Rezeptoren auf Makrophagen und Mastzellen gebunden sind, können zwei verschiedene Mechanismen für ADE bei Patienten darstellen. Diese beiden verschiedenen ADE-Risiken haben mögliche Auswirkungen auf SARS-CoV-2-B-Zell-Impfstoffe für Teilmengen von Populationen basierend auf Alter, kreuzreaktiven Antikörpern, Schwankungen der Antikörperspiegel im Laufe der Zeit und Schwangerschaft. Diese Modelle legen einen verstärkten Schwerpunkt auf die Bedeutung der Entwicklung sicherer SARS-CoV-2 T-Zell-Impfstoffe, die nicht von Antikörpern abhängig sind.
Schlüsselwörter: Antikörper-abhängige Verbesserung, ADE, COVID-19, SARS-CoV-2, multisystemisches entzündliches Syndrom, MIS-C, antikörperabhängige Verbesserung
Einführung
Das SARS-CoV-2-Virus ist ein nicht klassifiziertes Betacoronavirus mit sequenzierten Genomen von 29,8 bis 29,9 k RNA-Basen. Das SARS-CoV-2-Genom kodiert Replikationsproteine, Strukturproteine und Zusatzproteine (1). Die ORF1a- und ORF1ab-Polyproteine werden proteolytisch in 16 nicht-strukturelle Proteine mit der Bezeichnung nsp1-16 (1). Wie SARS manifestiert sich COVID-19 als virulentes Zoonosvirus beim Menschen mit derzeit 101.211.750 weltweiten Fällen und 2.169 Todesfällen ab Januar. 28, 2021 (2). Die Details der SARS-CoV-2-Infektionen und des Krankheitsverlaufs werden noch ausgearbeitet. Ein vorgeschlagener Schritt bei der Fortschreiten der COVID-19-Krankheit beinhaltet die Bindung des Nukleokasidproteins an den Prostaglandin-Endoperoxidsynthase 2 (PTGS2)/Cyclooxygenase-2 (COX-2)-Promotor und die Hochregulierung der Expression, was zu erhöhten Konzentrationen von Prostaglandin E2 (PGE2) und anderen entzündlichen Molekülen führt (3–5). Erhöhtes PGE2 kann die Hyperaktivierung von Mastzellen vorantreiben, die mit einer übermäßigen Freisetzung von Histamin und zusätzlichen entzündlichen Molekülen verbunden sind (5). Es wird prognostiziert, dass COVID-19 eine Mastzellkrankheit ist (6).
Zoonotisches MERS-CoV, SARS-CoV-1 und SARS-CoV-2 stehen in evolutionärer Beziehung zu Ähnlichkeiten beim Fortschreiten der Krankheit beim Menschen. Die erste Phase der Virusprogression der leichten Variante weist im Allgemeinen leichte grippeähnliche Symptome auf. Für einige Personen entwickelt sich die Infektion zu einer zweiten mäßig schweren Variantenphase. Die Progression in diese Phase fällt zufällig mit dem Zeitpunkt der erwarteten humoralen Immunitätsantikörperreaktion aus Gedächtnis-B-Zellen für kreuzreaktive Antikörper zusammen. Eine Coronavirus-Infektion phagozytischer Zellen wurde zuvor beobachtet. MERS-CoV kann Monozyten-abgeleitete Makrophagen (MDMs), aus Monozyten gewonnene dendrische Zellen (MoDCs) und T-Zellen infizieren (7,8). In einem Maustiermodell tragen phagozytäre Zellen zur Antikörper-medianten Elimination von SARS-CoV-1 bei (9). Dieser Prozess wird für Patienten mit leichten Symptomen erwartet, die nicht zu einer mittelschweren oder schweren Erkrankung fortschreiten. Bei Patienten mit mittelschweren und schweren Symptomen steht die Pathophysiologie im Einklang mit der Infektion phagozytischer Immunzellen (unreife MDMs und MoDCs). Chemokine ziehen zusätzliche dendritische Zellen und unreife Makrophagen an, die anfällig für Infektionen sind, was zu einer möglichen Infektion führt, die die Kaskade phagozytischer Immunzellen verstärkt. Bei einigen Patienten mit schweren Symptomen trägt eine übermäßige Ansammlung von Makrophagen zu einem Sturm von Zytokinen bei (10–12) und Chemokine. Diese Viren stören auch die adaptive Immunantwort bei infizierten Personen. Personen mit SARS haben eine ausgeprägte periphere T-Zell-Lymphozytopenie mit reduzierten CD4+- und CD8+ T-Zellen (13,14). MERS-CoV und SARS-CoV sind mit T-Zell-Apoptose verbunden (15,16). Infektion von Makrophagen (17) und einige T-Zellen zusammen mit der viralen Dysregulation der Zellwege führen bei Patienten in Phase II zu einer beeinträchtigten angeborenen und humoralen Immunität (18). Die Möglichkeit des Migrationsdurchsatzes des Körpers infizierter Immunzellen und später eines hohen Virustiters im Blut kann zusätzliche klinische Beobachtungen der Krankheitspathophysiologie erklären, die für diese Viren beobachtet wurden. Andere Krankheitsunterschiede können einfach die unterschiedliche Population von Zellen mit Zielwirtsrezeptoren Angiotensin I sein, die Enzym 2 (ACE2) in SARS-CoV-1 und SARS-CoV-2 und Dipeptidylpeptidase IV (DPP4) in MERS-CoV umwandeln. Die erhöhte Affinität der SARS-CoV-2 Spike Proteinrezeptor-Bindungsdomäne (RBD) im Vergleich zu SARS kann für die signifikante Übertragung von SARS-CoV-2 in der Luft verantwortlich sein (19). Außerdem erleichtert Neuropilin-1 den Eintritt und die Infektiosität von SARS-CoV-2-Zellen (20).
Die Charakterisierung der Variabilität viraler Proteine kann die Entwicklung medizinischer Gegenmaßnahmen (MCMs) beeinflussen. Bei viralen Nachkommen werden schädliche Mutationen ausgewählt gegen (21). Neutrale Mutationen (22) bieten einen Rahmen für antigene Drift, um die Flucht aus Immunantworten zu erleichtern; diese Rückstände werden im Laufe der Zeit weiter mutieren. Das kritische Abstandsmodell schlägt vor, dass Proteine entweder funktionskritische Aminosäurerückstands-Seitenketten haben oder variable Seitenketten haben, während sie möglicherweise für die Positionierung/Faltung kritischer Rückstände funktionieren (23). Das Divergenzmodell der Proteinentwicklung schlägt vor, dass die Anzahl der kritischen Rückstände für ein Protein für evolutionär eng verwandte Proteine konsistent ist (24). Diese Konzepte werden auf SARS-CoV-2 Spike (S) Protein angewendet, das eng verwandte Coronavirus-Proteinsequenzen nutzt, um Einblicke in virale Schwachstellen zu geben, die bei der Entwicklung von MCMs genutzt werden können. Die exponierte Domäne des Spike-Proteins weist exponierte Oberflächen mit hoher Variabilität auf. Ein erhöhtes Risiko für eine antikörperabhängige Verbesserung (ADE) von Antikörpern, die auf SARS-CoV-2-, SARS-CoV-1- und MERS-CoV-exponierte Rückstände abzielen, wird durch beobachtete ADE in Tiermodellen angezeigt, und der Antikörper erleichterte die Infektion phagozytärer Immunzellen durch Coronaviren (9,25). Darüber hinaus können SARS-CoV-2-Antikörper, die an Mastzellen gebunden sind, bei einigen MIS-C- und MIS-A-Patienten auch an ADE beteiligt sein (26).
Methoden
SARS-CoV-2-Spike-Proteinsequenz aus dem GenBank-Eintrag MN908947.3 wurde über die NCBI BLASTP-Webschnittstelle anhand der nicht redundanten (nr) und PDB-Datenbank gesucht. Hit-Proteinsequenzen wurden heruntergeladen. Protein-Mehrfachsequenzausrichtungen wurden mit dem Dawn-Programm erstellt (27). Die Spike-Struktur 6CRZ (28) wurde aus der RCSB PDB-Datenbank heruntergeladen (29). Die Ergebnisse der Dawn-Variation wurden mit dem Chimärenprogramm visualisiert (30).
Ergebnisse
Die Ergebnisse der Dawn-Variation (V <n>) für SARS-CoV-2-Aminosäurerückstände wurden als 650 V1-Rückstände - dunkelgrün, 263 V2-Rückstände - hellgrün, 123 V3-Rückstände - gelb, 107 V4-Rückstände - hellblau und 152 V5+ Rückstände - dunkelblau (Abbildung 1). Die dunkelgrünen Rückstände stellen kritische Rückstände des Kandidaten dar und die dunkelblauen Rückstände stellen Kandidaten-Abstandshalterrückstände dar (Abbildung 1). Aminosäurerückstände mit konservativen Substitutionen betrachten auch kritische Rückstände und sind hellgrün gefärbtAbbildung 1; Positionen mit > 95% eines einzelnen Rückstands wurden in diese Kategorie aufgenommen, um potenzielle Sequenzierungsfehler und möglicherweise adaptive Mutationen aufzunehmen. Die V1+V2-Rückstände machen 71% der 1.295 Spike-Rückstände aus. Das Spike-Protein weist Regionen mit umfangreicher Variabilität der exponierten Oberflächenreste auf (Abbildung 1).
SARS-CoV-2 Spike Protein Variation Ergebnisse. Farbcode für Aminosäurerückstände: dunkelgrün (kritische Rückstände - V1), hellgrün (kritische Rückstände mit konservativen Substitutionen oder Varianten in <10 Sequenzen - V2, gelb (drei Varianten - V3), hellblau (vier Varianten - V4; wahrscheinlich Abstandhalterrückstände) und blau (5+ Varianten - V5+; Abstandhalterrückstände).
Diskussion
Variation Results
The observed amino acid variations in SARS-CoV-2 proteins are consistent with expected natural variations in the context of random mutations and selection in the context of host immune responses. The Spike protein S1 extended domain shows the highest number of exposed surface highly variable residues (Abbildung 1). Diese Abstandhalterrückstände können als exponierte Antigene für Antikörperreaktionen mit der Möglichkeit fungieren, Immunantworten auf weniger immunogene Oberflächenantigene zu unterdrücken. Viele dieser Spike-Protein-Antigene können zu nicht neutralisierenden Antikörpern führen. Mutationen an diesen Rückständen können eine antigene Drift erzeugen, um Immunantworten zu entkommen. Während die COVID-19-Pandemie anhält, sammeln sich Spike-Mutationsvarianten an, was zur Entwicklung von Impfstoff-Auffrischimpfungen vor den ersten Bevölkerungsimpfungen führt (31). Das Spike-Protein stellt ein sich entwickelndes Impfstoffziel mit Parallelen zu den jährlichen Influenza-Impfstoff-Hämagglutinin- und Neuraminidase-Zielen dar, während die COVID-19-Pandemie weiterhin eine schnelle Virusentwicklung beim Menschen ermöglicht.
Mehrere Coronaviren Ansätze für Zellinfektionen
Coronaviruses have multiple approaches for infecting cells by direct receptor binding and by indirect antibody Fc uptake. The SARS-CoV-2 Spike protein contains receptor-binding domains (RBD) targeting human angiotensin I converting enzyme 2 (ACE2) (32,33); this is the initial route for infecting host cells. To take advantage of antibody responses, coronaviruses also leverage antibody Fc uptake to infect some phagocytic immune cells (34). Coronaviren verwenden das Spike-Protein-Untereinheit 2 Fusionspeptid (FP), Heptadenwiederholung 1 (HR1) und Heptadenwiederholung 2 (HR2), um Immunzellen bei proteolytischer Spaltung von Spike innerhalb von Endosomen zu infizieren. HR1 und HR2 bilden ein kanonisches 6-Helix-Bundle, das an der Membranfusion beteiligt ist (35). Jaume et al. (34) fanden heraus, dass eine Antikörper-vermittelte Infektion vom Fc-Rezeptor II und nicht vom endosomalen/lysosomalen Weg abhängig war, der vom ACE2-Targeting verwendet wird. Eine virale Infektion von Komplementrezeptorzellen (CR) ist ein zusätzlicher möglicher Weg zur Infektion von Zellen, die den zellulären Tropismus erweitern (36). Dieser erweiterte zelluläre Tropismusmechanismus versorgt Coronaviren wie SARS-CoV-1, MERS-CoV und SARS-CoV-2 mit mehr als einem zellulären Tropismus zur Infektion von Wirtszellen. Dies führt zu der Vorhersage, dass die Antikörper-vermittelte Aufnahme des Virus der potenzielle Mechanismus ist, der ADE zu Kreuzreaktivitätsantikörpern, maternal übertragbaren Antikörpern (matAbs) und Impfstoffen induziert (37–40).
Makrophagen und Immundysregulation
Makrophagen spielen eine wichtige Rolle bei der Krankheitsprogression und möglicherweise Immundysregulation für SARS und COVID-19. Lymphopenie ist ein häufiges Merkmal bei Patienten mit SARS (13,41) und COVID-19 (42,43). Direct infection of subpopulations of immune cells is possible if they express virus target receptors. Two receptors have been identified for SARS-CoV-1 including ACE2 (44) und C-Typ lectin Domänenfamilie 4 Mitglied M (CLEC4M, CD209L, CD299, DC-SIGN2, DC-SIGNR, HP10347 und LSIGN) (45) mit CLEC4M, exprimiert in menschlichen Lymphknoten (46). In einem Mausmodell führte der Abbau von CD4+ T-Zellen zu einer verstärkten immunvermittelten interstitiellen Pneumonitis, wenn sie mit SARS-CoV-1 herausgefordert wurden (47). Aber der Abbau von CD4+- und CD8+ T-Zellen und Antikörpern ermöglichte es den angeborenen Abwehrmechanismen, das SARS-CoV-1-Virus ohne Immundysregulation zu kontrollieren (47). Ähnliche Ergebnisse wurden auch bei Mäusen mit SARS-CoV-1-Herausforderung beobachtet, aber die Behandlung mit Clodronat enthaltenden Liposomen, die alveoläre Makrophagen (AM) abbauen, verhinderte eine virusspezifische T-Zell-Antwort mit Immunschwäche (48). These studies point to an interplay between antibodies and macrophages in ADE responses in animal models. In a macaque model, anti-spike IgG causes acute lung injury by skewing macrophage response toward proinflammatory monocyte/macrophage recruitment and accumulation during acute SARS-CoV-1 infection (49). Blockade von in vitro humanaktivierten Makrophagen FcγR reduzierte die proinflammatorische Zytokinproduktion (49). CD169+ Makrophagen haben ACE2 und sind anfällig für SARS-CoV-2-Infektionen (50). Sowohl M1- als auch M2-Makrophagen sind anfällig für SARS-CoV-2-Infektionen (51). Diese Beobachtungen sind wahrscheinlich durch eine Antikörper-abhängige Verbesserung der Coronavirus-Infektion von Makrophagen verbunden (34,52). Die Pathophysiologie mittelschwerer und schwerer SARS- und COVID-19-Erkrankungen passt zu einem vorgeschlagenen Modell der Antikörper-abhängigen Infektion von Makrophagen als Schlüsselschritt im Krankheitsfortschritt von leichten zu mittelschweren und schweren Symptomen, die zu dysregulierten Immunantworten beitragen (53) including apoptosis for some T cells/T cell lymphopenia, proinflammatory cascade with macrophage accumulation, and cytokine and chemokine accumulations in lungs with a cytokine storm in some patients. Infected phagocytic immune cells may enable the virus to spread to additional organs prior to viral sepsis (Abbildung 2).
Krankheitsprogressionsmodell mit normaler Immunantwort während der anfänglichen Phase der leichten Symptome (siehe 1–3). Antigen-präsentierende Zellen wandern zu den Lymphknoten, um T-Zellen (2a) zu aktivieren. Das Progressionstor zu einer mittelschweren und Servererkrankung ist die Infektion phagozytärer Immunzellen (3a), die zu einer Immundysregulation (4b) führt. In der Lunge ziehen Chemokine zusätzliche dendritische Zellen und unreife Makrophagen an, die anschließend in einer positiven Feedback-Schleifen-Infektionskaskade (4b) infiziert werden. Infizierte phagozytäre Immunzellen verbreiten sich im ganzen Körper und infizieren zusätzliche Organe (5 & 6). Der Gehalt an Chemokin und Zytokinen in der Lunge aus infizierten Zellen kann einen Zytokinsturm verursachen (6).
Antibody-Dependent Enhancement (ADE) of Coronaviruses
Antikörperabhängige Verbesserung (ADE) kann sich über mehr als einen molekularen Mechanismus entwickeln. Ein Modell bietet vor, dass der Antikörper-/Fc-Rezeptorkomplex den Virusrezeptor funktionell nachahmt und einen erweiterten Wirtszelltrophismus einiger phagozytischer Zellen ermöglicht (54). Wan et al. (54) illustrate an antibody dosage effect for enhancing disease or inhibiting the virus dependent upon the antibody dosage. It is well-established that antibodies to one strain of a virus may be subneutralizing or non-neutralizing for viral infections of different strains (55–57). Eine Infektion von Zellen, die Fc-Gamma exprimieren, wurde für SARS-CoV-1 nachgewiesen (58). A possible case of ADE was observed in a patient with a second SARS-CoV-2 infection (59). Early vaccine results show significant antibody responses by day 14 (60), die Gedächtnis-B-Zell-Antworten (d.h. ursprüngliche antigene Sünde) mit Kreuzreaktivitätsantikörpern von wahrscheinlich anderen Coronavirus-Stämmen darstellt. Frühe hohe Antikörperreaktionen korrelieren mit einem erhöhten Schweregrad der Erkrankung sowohl bei SARS (61) und COVID-19 (62–67). Wu et al. zeigten, dass Antikörper von COVID-19-Patienten SARS-CoV-2-Infektionen von Raji-Zellen (Lymphomzellen aus B-Lymphozyten), K562-Zellen (abgeleitet von Monozyten) und primären B-Zellen (68). Eine SARS-CoV-2-Infektion einiger phagozytischer Zellen (d.h. Makrophagen) kann bei einigen Patienten ein wichtiger Torschritt im Fortschreiten der Krankheit sein.
Mastzellenrisiken für ADE- und Multisystem-Entzündungssyndrome (MIS-C & MIS-A)
Mastzellen können sowohl durch IgE- als auch durch IgG-Antikörper degranuliert werden, die an Fc-Rezeptoren gebunden sind (69). Herzverletzungen sind eine häufige Erkrankung bei hospitalisierten COVID-19-Patienten und sind mit einem höheren Mortalitätsrisiko verbunden (70). Pathologische Manifestationen von Herzgewebe fanden jedoch nur knappe interstitielle mononukleare Entzündungsinfiltrate ohne erhebliche Myokardschäden (42). Myocardial injury significantly correlates with fatal outcome for COVID-19 (71). Das multisystemische Entzündungssyndrom bei Kindern (MIS-C) und Erwachsenen (MIS-A) im Zusammenhang mit COVID-19 ist in Gebieten nach SARS-CoV-2-Ausbrüchen aufgetreten. Es wurde ein Modell von MIS-C vorgeschlagen, bei dem die Aktivierung und Degranulation von Mastzellen mit Fc-Rezeptor-gebundenen SARS-CoV-2-Antikörpern zu erhöhten Histaminspiegeln führt (26). Dieses Modell stimmt mit MIS-C bei Säuglingen mit maternal übertragbaren Antikörpern (matAbs) überein (37–40) zu SARS-CoV-2. SARS-CoV-2-Nukleokasidbindung an PTGS2-Eingabeaufforderung, was zu hochreguliertem Prostaglandin E2 (PGE2) bei COVID-19-Patienten führt (4). Elevated PGE2 may be driving hyper-activated mast cells as an alternative mechanism driving increased histamine levels in older children and adults. These increased histamine levels are predicted to impede blood flow through cardiac capillaries due to constricted pericytes with increased risk for cardiac pathology due to cell death by anoxia and coronary artery aneurysms due to increased blood pressure (26). Es wurde über einen Fall eines 12-jährigen Kindes mit einer früheren asymptomatischen COVID-19-Infektion berichtet, die MIS-C bei wahrscheinlicher zweiter Infektion entwickelt hat (72).
Impfstoffrisiken für die antikörperabhängige Verbesserung (ADE)
Virusimpfstoffe können lebende abgeschwächte Virusstämme, inaktiviertes (abgetötetes) Virus, Proteinuntereinheit, Boten Ribonukleinsäure (mRNA) oder Desoxyribonukleinsäure (DNA) verwenden. Antikörper, die durch Impfstoffe induziert werden, können neutralisierend oder nicht neutralisierend sein. Nicht neutralisierende Antikörper können zu antiviralen Aktivitäten beitragen, einschließlich Antikörper-medikamentöser komplementabhängiger Zytotoxizität (CDC), Antikörper-abhängiger zellulärer Zytotoxizität (ADCC), Antikörper-abhängiger zellulärer Phagozytose (ADCP) [überprüft (73)]. Der jährliche Influenza-Impfstoff induziert sowohl neutralisierende als auch nicht neutralisierende Antikörper, die eine Projektion gegen die Stämme im Impfstoff und eng verwandte Stämme liefern. Impfstoffassoziierte verstärkte Erkrankungen (VAED) können auftreten, wenn es mehrere zirkuläre Virusserotypen gibt [z. B. Dengue-Fieber (55–57)] oder wenn das Virus Antikörper für erweiterten Wirtszelltrophismus phagozytischer Immunzellen verwendet.
Viele der mit ADE verbundenen Viren haben Zellmembranfusionsmechanismen (38). Bei Influenza A H1N1 fördern impfstoffinduzierte kreuzreaktive Anti-HA2-Antikörper in einem Schweinemodell die Virusfusion, die eine impfstoffassoziierte verstärkte Atemwegserkrankung (VAERD) verursacht (74). ADE wurde für das respiratorische Synzytialvirus (RSV) im Bonnet Monkey-Modell beobachtet (37). Van Erp et al. (37) empfiehlt die Vermeidung der Induktion von nicht neutralisierenden Antikörpern des respiratorischen Syncytialvirus (RSV) oder subneutralisierenden Antikörpern, um ADE zu vermeiden. ADE wurde in mehreren SARS-CoV-1-Tiermodellen beobachtet. In einem Mausmodell führen Versuche, Impfstoffe gegen SARS-CoV-1 zu entwickeln, bei Herausforderung mit SARS-CoV-1 zu einer Lungenimmunpathologie (75,76); diese Impfstoffe umfassten inaktivierte ganze Viren, inaktivierte Viren mit Adjuvans und einen rekombinanten DNA-Spike (S)-Proteinimpfstoff in einem virusähnlichen Partikelimpfstoff (VLP). Eine schwere Lungenentzündung wurde bei Mäusen beobachtet, die nach einer Challenge mit SARS-CoV-1 mit Nukleocapsidprotein geimpft wurden (77). Eine verbesserte Hepatitis wurde in einem Frettchenmodell mit einem Impfstoff mit dem rekombinanten modifizierten Vaccinia-Virus Ankara (rMVA) beobachtet, das das SARS-CoV-1-Spike-Protein exprimierte (78). ADE was observed for rhesus macaques with SARS-CoV-1 vaccine (79). SARS-CoV-1 ADE is mediated by spike protein antibodies (80). Antikörper gegen das SARS-CoV-1-Spike-Protein können den viralen Eintritt über Fc-Rezeptor-exprimierende Zellen dosisabhängig vermitteln (54). Jaume et al. (34) weisen auf die potenziellen Fallstricke hin, die mit Impfungen gegen SARS-CoV-1 Spike-Protein aufgrund von Fc-vermittelten Infektionen von Immunzellen verbunden sind. Dies führt zu der Vorhersage, dass neue Versuche, entweder SARS-CoV-1-Impfstoffe, MERS-CoV-Impfstoffe (81) oder SARS-CoV-2-Impfstoffe haben potenziell höhere Risiken für die Induktion von ADE beim Menschen, die durch eine Antikörperinfektion phagozytärer Immunzellen erleichtert werden. Dieses potenzielle ADE-Risiko ist unabhängig von der Impfstofftechnologie (82) oder Targeting-Strategie, die aufgrund vorhergesagter phagozytischer Immunzellinfektionen bei der Antikörperaufnahme ausgewählt wurde. Bei MERS-Patienten stieg die Serokonversionsrate mit dem Schweregrad der Erkrankung (83). Severe clinical worsening for SARS patients occurs concurrently with timing of IgG seroconversion (84). Klinische Hinweise auf frühe hohe IgG-Antworten bei SARS-Patienten korrelieren mit dem Fortschreiten der Krankheit (85) und Schweregrad (62–67). Antikörperbehandlungen für schwer kranke COVID-19-Patienten wurden aufgrund eines potenziellen Sicherheitssignals und eines ungünstigen Nutzen-Risiko-Profils gestoppt (86). Aktuelle SARS-CoV-2-Impfstoffe scheinen Schutz mit hohen Antikörpertitern zu bieten; die Möglichkeit von ADE-Risiken, die mit abnehmenden Antikörpertitern im Laufe der Zeit verbunden sind, bleibt unbekannt.
Rekonvaleszenz-Plasmatherapie
Die rekonvaleszente Plasmatherapie nimmt die Antikörper eines sich erholenden Patienten und versorgt sie Patienten mit aktiven Infektionen. Die COVID-19-Ergebnisse für die rekonvaleszente Plasmatherapie scheinen gemischte Ergebnisse zu haben, ohne dass sich in randomisierten klinischen Studien keine statistisch signifikante Verbesserung ergeben (87,88): in a trial, no significant difference in 28-days mortality (15.7 vs 24.0% odds ratio: 0.59, p= 0.30) was observed in a randomized trial (87); und in der PLACID-Studie trat das Fortschreiten zu schwerer Krankheit oder Gesamtmortalität nach 28 Tagen bei 44 (19%) Rekonvaleszenzplasmaarm im Vergleich zu 41 (18%) Kontrollarm (Risikoverhältnis 1,04) (88). Keine der beiden Studien erwähnt eine Antikörper-abhängige Verbesserung im Zusammenhang mit dem Fortschreiten zu schweren Krankheiten oder der Gesamtmortalität. Bei SARS wurde eine höhere Entladungsrate von Patienten beobachtet, denen vor Tag 14 der Krankheit (58,3%) Rekonvaleszenzplasma erhielten, verglichen mit 14 Tagen (15,6%), p < 0,001; die Sterblichkeitsrate für die zweite Gruppe betrug 21,9%, was höher war als die gesamte SARS-bedingte Sterblichkeitsrate in Hongkong von 17% (89); während dies für die meisten Patienten vielversprechend aussieht, sollte die erhöhte Sterblichkeit über dem regionalen Durchschnitt festgestellt werden, die bei Patienten nach 14 Tagen Krankheit beobachtet wurde.
Antikörper-Ziele
Analyzing the Cryo-EM structures of MERS-CoV and SARS-CoV-1 spike (S) glycoproteins, Yuan et al. (90) suggest that the fusion peptide (FP) and the heptad repeat 1 region (HR1) are potential targets for eliciting broadly neutralizing antibodies based on exposure on the surface of the stem region, with no N-linked glycosylation sites in this region, and sequence conservation. Antibodies that interrupt virus-cell fusion will likely block the infection of immune cells using Fc-mediated uptake of virus (34). This has been demonstrated for SARS-CoV-1 for antibodies to the HR2 region (91–93). Likewise, SARS-CoV-2 antibodies that block cell fusion are likely to not share the same ADE risk of other SARS-CoV-2 antibodies.
B-Zell-Impfstoff-Designs
B-Zell-Impfstoffe, die auf die Spike-Proteinzellfusionsmechanismen abzielen, haben die höchste Chance, neutralisierende Antikörper mit minimalem oder keinem ADE-Risiko zu erzeugen, da Antikörperbindung die Zellfusion sterisch blockiert. Antikörper, die auf andere Teile des Spike-Proteins oder andere SARS-CoV-2-exponierte Proteine abzielen, können eine Infektion phagozytärer Immunzellen ermöglichen, auch wenn sie neutralisieren.
T-Zell-Impfstoff-Designs
T-Zell-Impfstoffe, die auf SARS-CoV-2-Replikproteine abzielen, haben die höchste Veränderung bei der Vermeidung von Virusflucht durch antigene Variation und Akkumulation von Mutationen in variablen Rückständen. Lisziewicz und Lori (94) beschrieb einen Ansatz zur Entwicklung eines T-Zell-COVID-19-Impfstoffs. EpiVax EPV-CoV19 (95) ist ein Beispiel für einen COVID-19 T-Zellimpfstoff.
Zusammenfassung
Angesichts früherer Daten über mehrere SARS-CoV-1- und MERS-CoV-Impfstoffbemühungen sind aufgrund von ADE in Tiermodellen gescheitert (75,81), ist es vernünftig, ein ähnliches ADE-Risiko für SARS-CoV-2-Antikörper und Impfstoffe zu vermuten. ADE-Risiken können mit dem Antikörperspiegel (der im Laufe der Zeit nach der Impfung abnehmen kann) und auch, wenn die Antikörper aus früheren Expositionen gegenüber anderen Coronaviren stammen, verbunden sein. Darüber hinaus spielt ADE mit Mastzellen wahrscheinlich eine Rolle bei MIS-C für Säuglinge und möglicherweise ältere MIS-C- und MIS-A-Patienten. Während der erweiterte Tropismus von SARS-CoV-2 ein mögliches ADE-Risiko in der Untergruppe der COVID-19-Patienten mit einem Fortschreiten der Erkrankung über das leichte Krankheitsstadium hinaus darstellt.
Datenverfügbarkeitserklärung
Die in dieser Studie vorgestellten Datensätze finden Sie in Online-Repositories. Die Namen des Repositoriums/der Repositorien und der Zugangsnummer(n) finden Sie im Artikel/Ergänzungsmaterial.
Autorenbeiträge
DR konzipierte die vorgestellten Ideen, analysierte die Daten und schrieb das Manuskript.
Interessenkonflikt
Der Autor erklärt, dass die Forschung in Ermangelung kommerzieller oder finanzieller Beziehungen durchgeführt wurde, die als potenzieller Interessenkonflikt ausgelegt werden könnten.
Danksagung
We acknowledges the Department of Defense(DoD), Defense Threat Reduction Agency(DTRA), and The Joint Science and Technology Office(JSTO) of the Chemical and Biological Defense Program (CBDP) for their support under the Discovery of Medical countermeasures Against Novel Entities (DOMANE) initiative. We acknowledges Nora Smith for literature search assistance and Irene Stapleford for graphic art assistance.
Fußnoten
Finanzierung. Dieses Material basiert auf Arbeiten, die vom Unterstaatssekretär für Forschung und Technik im Rahmen des Luftwaffenvertrags Nr. FA8702-15-D-0001. Alle in diesem Material geäußerten Meinungen, Ergebnisse, Schlussfolgerungen oder Empfehlungen sind die des/der Autoren und spiegeln nicht unbedingt die Ansichten des Unterstaatssekretärs für Forschung und Technik wider.
Ergänzendes Material
Das ergänzende Material zu diesem Artikel finden Sie online unter: https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fimmu.2021.640093/full#supplementary-material