北京大学夏青教授课题组完成对科兴新冠疫苗的人免疫细胞功能及组学评价

2021 年 2 月 9 日，北京大学药学院夏青教授课题组在 Lancet 预印本上发表题为 “Single-Cell Sequencing and Immune Function Assays of Peripheral Blood Samples Demonstrate Positive Responses of an Inactivated SARS-CoV-2 Vaccine” 的文章（ DOI: 10.2139/ssrn.3774153 ）。该研究全面解析了 13 个受试者接种北京科兴中维新冠灭活疫苗克尔来福（ CoronaVac ）前后的不同时间点（ Day 0, Day 14, Day 28, Day 35, Day 45 ）及 12 个恢复期病例（ Month 8 ）的外周血单个核细胞（ PBMC ）组分的变化，疫苗体外刺激 T 细胞的细胞因子的变化，及多组学分析了基因水平（单细胞测序和 PacBio 测序）、蛋白水平（ ~5000 种血清蛋白质组学）、脂质水平（ ~3000 种血浆脂质组学）和代谢水平（ ~20000 种血浆代谢组学）的变化（ 图 1 ）。此研究从多角度详细解析了 CoronaVac 接种后的免疫特征及免疫分子机制，补充了 CoronaVac 在临床上研究结果。这是迄今为止对灭活病毒疫苗最全面的功能解析。 图 1. 实验设计流程示意图 该研究共招募了 13 名新冠疫苗受试者和 12 名新冠肺炎康复者（ 8 个月）。疫苗组受试者接种两剂 CoronaVac （分别在 Day 0 和 Day 28 接种），两次接种的间隔为 28 天，并在接种前后（ Day 0, Day 14, Day 28, Day 35 ）对受试者进行取样，分离外周血单个核细胞，然后进行多项免疫功能和组学检测，比较接种疫苗前后与康复组的各项指标变化（ 图 2 ）。 图 2. 总体实验设计方案及招募者信息 首先，研究者使用流式细胞术来检测相应免疫细胞亚群的含量，发现 CD1c+ mDC 细胞比例在一次免疫后呈显著上升趋势，其在初级免疫反应的启动和形成过程中起着中心作用。外周血中总 Tfh 细胞， Th1- 样 Tfh 细胞，循环记忆 Tfh 细胞， Th17 细胞在新冠疫苗刺激早期（ <35 天）呈显著上升趋势， Th2- 样 Tfh 细胞在一次注射后显著上升， 14 天到达峰值，随后呈下降趋势，诱导记忆 B 细胞的辅助 Tfh 细胞在 35 天及以后，呈显著上升趋势。一次免疫以后，循环记忆 B 细胞和浆母细胞显著上调。研究者从受试者血液中分离出 CD4+T 细胞，然后在体外用新冠疫苗刺激 CD4+T 细胞后，检测了 12 种细胞因子的释放。第 1 型辅助性 T 细胞（ Th1 ）细胞因子例如 IFN-γ 和 IL-2 主要在第 14 天、第 28 天和第 35 天激活，支持早期主要为细胞免疫反应。第 2 型辅助性 T 细胞（ Th2 ）细胞因子例如 IL-4 、 IL-6 、 IL-10 ，主要在第 28 天、第 35 天和第 45 天活化，支持后期主要为体液免疫反应，尤其是在第二次免疫后。其他细胞因子，如 TNF-α 、 IL-5 、 IL-9 、 IL-13 、 IL-17a 、 IL-17f 和 IL-22 ，刺激后无显著差异，表明疫苗不会引起相关的副作用（图 3 ）。 图 3 新冠疫苗刺激体外 CD4+T 细胞后的细胞因子释放实验 其次，研究者通过设定 Gene Marker 对单细胞测序中的 PBMC 细胞类型进行分群，初步分为 B 细胞、 T 细胞、 NK 细胞和 Myeloid 细胞，发现接种新冠疫苗后 Day 14 → Day 28 → Day 35 这一过程中， PBMC 转录组学逐渐向康复组偏移，这些时间点都与未接种疫苗时 Day00 有较大差别，证明接种第一针新冠疫苗后两周（ Day 14 ）即可改变受试者的 PBMC 转录组学，而于 Day 28 接种第二针新冠疫苗之后，健康受试者的 PBMC 转录组学即可达到与新冠康复者相似的免疫状态（ 图 4 ）。 图 4 PBMC 单细胞测序中的免疫细胞亚群和百分比 研究者进一步对单细胞测序中各细胞亚群进行了差异基因表达分析，发现接种疫苗前后 B 细胞中的差异表达基因有 33 条，接种疫苗前与康复者的差异表达基因有 62 条，而共同差异基因却占了 23 条，这些共同差异基因中有 8 个属于同一通路（ JUN/FOS 通路），这证明接种科兴中维新冠疫苗可以诱导 B 细胞产生类似于新冠康复者的基因表达变化。如果对比接种疫苗后和康复者的 B 细胞，则只有很少的差异基因（ 13 条），同样证明接种 CoronaVac 可以诱导 B 细胞至新冠康复期类似的状态（图 5a-d ）。 血清中和抗体水平是评价病毒疫苗的重要指标。研究者检测了同批次的抗体水平，发现接种第一针新冠疫苗后，血清中和抗体的水平并不是很高（Day14和Day28），但于Day28接种第二针新冠疫苗之后，血清中和抗体的上升幅度有显著上升（Day35和Day45），证明接种疫苗确实有效。通过对比血清中和抗体实验和PBMC单细胞测序实验，发现在接种第一针新冠疫苗后的两周（Day14），中和抗体的浓度还很低，但外周血单个核细胞转录水平已检测出较大变化，提示PBMC单细胞测序是一种较为灵敏的评价方法（图 5e ）。 图5 B细胞基因表达与血清中和抗体水平 该研究利用单细胞测序技术研究接种新冠疫苗前后PBMC的转录组学变化，如图5所示， f图表明接种疫苗前后的PBMC转录组学有显著不同，g图提示受试者接种新冠疫苗之前PBMC转录组学与康复组有显著不同，h图表示受试者接种新冠疫苗之后PBMC转录组学与康复组表达类似。有文献报道新冠康复者对新冠病毒的免疫记忆可达八个月以上，提示接种的科兴新冠灭活疫苗已经起效，可改变外周血单个核细胞的转录水平表达以对抗新冠病毒（图 6 ）。 图 6 接种疫苗前后及新冠康复者的 PBMC 单细胞测序分析 最后，研究者还对疫苗受试者血液样本及恢复期病例样本进行血清蛋白质组学、血浆脂质组学、血浆代谢组学等研究。根据结果显示，接种新冠疫苗后血清 / 血浆在蛋白质组学、脂质组学、代谢组学的局部方面表现出与康复组接近的趋势，并进一步进行多组学相关分析（ 图 7 ）。 图 7. 新冠疫苗接种后血浆 / 血清的多组学分析 综上，该研究首次全面解析了新冠灭活疫苗 CoronaVac 接种后的免疫特征和免疫分子机制。该研究的部分结果已于 2021 年 2 月 9 日在 SSRN 预印本网站以 Preprints with THE LANCET 发表。 原文链接： https://papers.ssrn.com/sol3/papers.cfm?abstract_id=3774153 关于SINOVAC科兴 科兴控股生物技术有限公司（Sinovac Biotech Ltd.，SINOVAC 科兴）是一家总部位于中国、面向全球的生物制药企业，公司以“为人类消除疾病提供疫苗”为使命，致力于人用疫苗及相关生物制品的研究、开发、生产和供应，为全球疾病预防与控制提供疫苗产品和相关解决方案。 SINOVAC 科兴拥有多元化的疫苗产品组合，覆盖流感、病毒性肝炎、水痘、手足口病、脊髓灰质炎、狂犬病、破伤风和肺炎球菌性疾病等多个疾病领域。其中，甲型肝炎灭活疫苗孩尔来福 ® 、Sabin株脊髓灰质炎灭活疫苗（sIPV）和水痘减毒活疫苗已通过世界卫生组织预认证。 在新发突发传染病及公共卫生应急方面，SINOVAC 科兴积累了丰富的疫苗研发与产业化经验。公司曾针对SARS、H5N1、H1N1及COVID-19等重大公共卫生事件开展疫苗研发，并先后研制出全球首支SARS灭活疫苗（完成I期临床试验）、中国第一支大流行流感灭活疫苗（H5N1）盼尔来福 ® 、全球首支甲型H1N1流感疫苗盼尔来福.1 ® ，以及全球应用最广泛的新冠灭活疫苗克尔来福 ® 。 除已上市产品外，SINOVAC 科兴正持续推进创新研发管线，涵盖联合疫苗、重组蛋白疫苗，以及mRNA技术和抗体产品等新一代技术与产品平台，持续拓展在疾病预防与生物医药领域的技术布局。 秉持对创新与全球健康的长期承诺，SINOVAC 科兴持续深化与科研机构、国际组织及本地合作伙伴的合作，拓展全球业务布局。通过技术合作、本地化生产和产业协作，公司致力于提升高品质疫苗在全球不同地区的可及性，更好地满足当地疾病防控和医疗需求，并增强对未来公共卫生挑战的应对能力。

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