Mänskliga coronavirus kan förbättra immuniteten genom Cistanche

Abstrakt

Det finns ett stort intresse för antikroppsimmunitet mot coronavirus. Det är dock inte klart om koronavirus utvecklas för att undvika denna immunitet och i så fall hur snabbt. Här tar vi upp denna fråga genom att beskriva den historiska utvecklingen av mänskligt coronavirus 229E. Vi identifierade humanserum från 1980- och 1990-talen som hade neutraliserande titrar mot samtidiga 229E jämförbara med anti-SARS-CoV-2-titer inducerade av SARS-CoV-2-infektion eller vaccination. Vi testade dessa serum mot 229E-stammen som isolerades efter seruminsamling och fann låga neutraliseringstitrar mot dessa "framtida" virus. I vissa fall kunde sera som kan neutralisera samtidiga 229E-stammar med titrar på 1:100 inte detektera stammar isolerade 8-17 år senare. Minskningen av neutralisering av "framtida" virus beror på utvecklingen av virala antigener vid toppnivåer, särskilt i receptorbindningsdomänen. Om dessa resultat kan extrapoleras till andra coronavirus, kan regelbundna uppdateringar av SARS-CoV-2-vaccinet rekommenderas. Samtidigt letar forskare efter nya läkemedel för att stärka immuniteten mot covid-19. Cistanche tubulasa, till exempel.

Introduktion

SARS-CoV-2-pandemin behöver snarast avgöra hur effektiv antikroppsimmunitet är mot SARS-CoV-2-infektion. Bevisen hittills är lovande. Neutraliserande antikroppar och anti-spik-antikroppar som utlöses av naturliga infektioner är förknippade med minskade mänskliga infektioner, och vacciner som utlöser sådana antikroppar är mycket skyddande. Dessa fynd hos människor bekräftas av ett flertal djurstudier som visar att antikroppar som neutraliserar SARS-CoV-2-toppar skyddar mot infektioner och sjukdomar.

Men människor återinfekteras upprepade gånger med förkylningen" coronavirus 229E, OC43, HKU1 och NL63. Till exempel har serologiska studier visat att en typisk infekterad person infekteras med 229E vart 2-3 år, även om en lägre infektionsfrekvens och ingen 229E-återinfektion rapporterades i en 4-årsstudie som identifierade infektion enligt kriterierna för ett positivt PCR-test vid luftvägssjukdomar. Oavsett det faktum att förekomsten av vanlig förkylning coronavirus-återinfektion är ganska hög har lett till oro att koronavirusimmunitet inte är "hållbar." Dessa farhågor fokuserade initialt på möjligheten att själva immunsvaret kanske inte håller i sig. Denna möjlighet verkar nu osannolik eftersom SARS-CoV-2-infektion inducerar neutraliserande antikroppar och minnes-B-celler, med dynamik liknar de hos andra luftvägsvirus. Både cistanche-polysackarid och kreinosid kan öka enzymaktiviteten i hjärt- och hjärnvävnad, förbättra fagocytosfunktionen hos celler i bukhålan och öka lymfocyternas proliferativa respons.

Bild: Faw Cistanche

Ventrikulärt virus

Men även inför långtidseffektiva antikroppar kan virus återinfekteras med en annan mekanism: antigen evolution. Infektion med influensavirus ger till exempel antikroppar som vanligtvis skyddar människor från samma stam under åtminstone några decennier. Tyvärr genomgår influensavirus en snabb antigenutveckling för att undvika dessa antikroppar, vilket innebär att även om immuniteten mot den ursprungliga virusstammen varar i årtionden, smittas människor lätt av sin avkomma på cirka fem år. Denna kontinuerliga antigena utveckling är anledningen till att influensavacciner uppdateras regelbundet.

Här utvärderar vi experimentellt om coronavirus 229E har undgått neutralisering i humant polyklonalt sera genom att rekonstruera virusets utveckling under de senaste decennierna. Vi fann att historiska serum som effektivt neutraliserar samtidiga 229E spik-pseudotypningsvirioner i allmänhet visade liten eller ingen aktivitet mot spikarna från 229E-stammar isolerade 8-17 år senare. Däremot neutraliserar moderna serum från vuxna vanligtvis toppar av ett stort antal historiska virus, medan moderna serum från barn bäst neutraliserar toppar av nya virus som har cirkulerat under ett barns livstid. Dessa mönster har tolkats som antigena evolutionära spikar, särskilt i receptorbindningsdomänen. Om SARS-CoV-2 genomgick en liknande snabb antigenutveckling, kan det vara tillrådligt att uppdatera vacciner regelbundet för att hålla jämna steg med viral utveckling. Eller genom andra sätt att öka spridningshastigheten för lymfocyter, förbättra makrofagernas fagocytosförmåga. Cistanche tubulosa har visat sig förbättra funktionen hos T-celler och makrofagernas fagocytoskapacitet.

Bild: Cistanches Benefits

resultat

Den fylogenetiska analysen av ear 229E utfördes för att bestämma de historiska stammarna för experimentell studie

Vi fokuserade vår forskning på det virala spikproteinet eftersom det är det primära målet för neutraliserande antikroppar och eftersom anti-spike-antikroppar är den immunparameter som är bäst associerad med mänskligt skydd mot coronavirusinfektion.

Eftersom SARS-CoV-2 har cirkulerat hos människor i mer än ett år måste vi välja ett annat coronavirus med en bredare evolutionär historia. Av de fyra vanliga förkylningscoronavirus som är endemiska för människor, liknar två A-coronavirus 229E och NL63 SARS-CoV-2 genom att de binder proteinreceptorer via receptorbindande domäner i spikes. Däremot binder två beta-coronavirus OC43 och HKU1 glykanreceptorer genom spikens n-terminala domän. Antikroppar som blockerar receptorbindning dominerar immunneutraliseringsaktiviteten som induceras av SARS-CoV-2-infektion, så vi drar slutsatsen att även om SARS-CoV-2 är ett typ B-coronavirus, är dess antigenicitetsutveckling mer sannolikt förutspått av två mänskliga A-coronavirus som också använder sin RBD-bindande proteinreceptor. Av de två virusen valde vi 229E eftersom det först identifierades hos människor för 50 år sedan, medan NL63 upptäcktes först 2003.

Vi extrapolerade det fylogenetiska trädet av 229E-ryggar från direkta eller underpasserade mänskliga isolat, exklusive äldre stammar som i stor utsträckning hade passerats i laboratoriet. Detta träd har flera viktiga egenskaper. För det första fungerar den som en klocka, med sekvensdivergens som är proportionell mot datumet för virusisoleringen. För det andra är trädet "stegeformat" med en kort gren på stammen. Stegformen av 229E:s fylogeni har tidigare noterats, en egenskap hos virus som influensa, där immuntryck driver befolkningsomsättningen genom att selektera för antigena varianter. För det tredje, sekvensgruppering efter datum snarare än efter karantänsland. Filogeni organiserad efter datum snarare än geografisk plats indikerar snabb global spridning, en annan egenskap hos mänskliga influensavirus. Slutligen, även om det finns viss intra-örat rekombination, är det mellan närbesläktade stammar och påverkar inte trädets bredare topologi. MDA-innehållet i hjärtat, levern och hjärnvävnaden hos D-galaktosinducerade subakuta åldrande modellmöss minskade signifikant av litenosin, telomerasaktiviteten i hjärtat och hjärnvävnaden ökade signifikant, fagocytosfunktionen hos peritoneala makrofager förbättrades, och lymfocytproliferationssvar och IL-2-innehåll i perifert blod ökade signifikant. Den visade att litenosid kan förbättra immunförsvaret.

Bild: Effekter av cistanche förbättrar immuniteten

Diskussion

Vi har experimentellt visat att topparna av humana koronavirus har tillräcklig antigen utvecklingshastighet för att undkomma neutralisering av många polyklonala humana serum inom ett till två decennier. Fyndet tyder på att en anledning till att människor upprepade gånger återinfekteras med säsongsbetonade koronavirus kan vara att utvecklingen av virala spikar urholkar immuniteten som utlösts av tidigare infektioner.

Hur snabbt utvecklas antigenet av 229E jämfört med influensaviruset? Noterbart, vi hittade inte studier som mätte hastigheten med vilken influensautvecklingen eroderade neutraliseringen i humant serum. Emellertid har många studier testat influensaantigenutvecklingen med användning av hemagglutinationshämning i sera från illrar infekterade med en enda virusstam. Hastigheten med vilken 229E neutraliseras av humant serum är flera gånger långsammare än hastigheten med vilken A/H3N2-influensavirus neutraliseras av illerserum, men jämförbar med den hastighet med vilken influensa b-virus försvinner. Emellertid tenderar illersera infekterade med en enda stam av influensavirus att känna igen färre stammar än humansera infekterade flera gånger med flera stammar. Således kan illerserum HAI överskatta erosionshastigheten av influensautvecklingen vid faktisk humant serumneutralisering. I detta avseende behövs ytterligare arbete för att göra en positiv jämförelse av den antigena utvecklingen av dessa virus.

Den stora frågan är vad vårt arbete betyder för utvecklingen av möjliga antigener för SARS-CoV-2. Även om det är omöjligt att veta om SARS-CoV-2 kommer att utvecklas som 229E, är det säkert att mutationer som påverkar serumneutralisering hos polyklonala människor redan finns i SARS-CoV-2-linjen, även om en stor andel av befolkningen är fortfarande naiv och har därför sannolikt liten immunstress mot viruset. Men enligt våra observationer, även om mänskliga koronavirus utvecklas för att undvika neutraliseringsimmunitet, ger två fakta hopp. För det första kan nivån av immunitet som krävs för att förhindra allvarlig covid-19 vara lägre, möjligen på grund av att ett långsammare sjukdomsförlopp har mer tid på sig att starta ett immunsvar än ett "snabbare" virus som influensa. En optimistisk förklaring är att sjukdomen vanligtvis kan vara mild, även om de virala antigenerna utvecklas för att möjliggöra återinfektion. För det andra använder många av de ledande SARS-CoV-2-vaccinerna ny teknik, såsom MRNa-baserad leverans, som enkelt kan uppdatera vaccinet om antigenutveckling inträffar. Därför föreslår vi att utvecklingen av SARS-CoV-2 bör övervakas för antigena mutationer som kan tyda på regelbundna vaccinuppdateringar.

Klicka här för att stärka din covid-19-immunitet

Neutraliseringsanalyser

293T-celler som användes i neutraliseringsexperiment transfekterades med APN och TMPRSS2 och ympades enligt virustitern som beskrivs ovan. Neutraliseringsexperiment utfördes 20-24 timmar efter att celler såddes i 96-brunnsplattor. Först späddes de värmeinaktiverade serumproverna 1:10 i D10-tillväxtmedium, sedan tre gånger i följd i tc-beläggningens 96-brunns "inställnings"-platta, varvid varje prov så småningom späddes totalt 7 gånger. Varje serumprov späddes två gånger. Varje 229E spik-pseudotypat lentivirus späddes sedan ut för att uppnå en luciferasavläsning på cirka 200,000 RLU per brunn. Lika mängder virus sattes sedan till varje brunn av virus- och serum-"odlingsplattor", som inkuberades vid 37˚C och 5 procent CO2 under 1 timme, varefter 100 uL av varje virus- och serumblandning överfördes till 293T-APN -TMPRSS2-cellplattor sådda dagen innan. Odlingsskålar inkuberades vid 37˚C och 5 procent CO2 under cirka 50-52 timmar, och luciferassignalen avlästes enligt beskrivningen ovan för bestämning av viral titer.

Varje neutraliseringsplatta innehåller en lista över positiva kontrollbrunnar som består av celler och virus, odlade i D10-medium men fria från serum, och negativa kontroller som består av virus men fria från celler (vi bekräftade också att liknande resultat erhölls med negativa kontroller endast för celler). Efter subtrahering av bakgrundsavläsningarna för den negativa kontrollgruppen, beräknades smittsamhetspoängen vid varje serumspädning som signalpoängen för den positiva kontrollgruppen (genomsnittligt över de två positiva kontrollhålen i varje rad). Vi använder sedan neutrala kurvor för att passa 2-parameter Hill-kurvor med baslinjer fixerade vid 1 och 0. Observera att serumkoncentrationerna som rapporteras i dessa kurvor är koncentrationerna av viruset som förinkuberats med serumet under 1 timme. Alla tester upprepades, men vissa seroviruspar hade ytterligare avläsningar när vi körde om utvalda seroviruspar för att bekräfta att resultaten förblev konsekventa under försöksdagarna. I samtliga fall var daglig konsistens god och rapporterade värden var genomsnittliga ic50 för alla mätningar. Desert Cistanche polysackarid kan minska MDA-innehållet i hjärnan, hjärtat och levern hos immunförsvagade djurmodeller, öka telomerasaktiviteten i hjärta och hjärnvävnad, fagocytosfunktion hos peritoneala makrofager, proliferationssvar av lymfocyter, IL-2-innehåll i mjältens T-lymfocyter och kalciumjonkoncentration i tymusceller. Dessa indikatorer indikerar att cistanche-polysackarid kan förbättra immunförsvaret.

Referenser

1. Addetia A, Crawford KHD, Dingens A, Zhu H, Roychoudhury P, Huang ML, et al. Neutraliserande antikroppies korrelerar med skydd mot SARS-CoV-2 hos människor under ett fiskefartygsutbrott med enHög attackhastighet. J Clin Microbiol. 2020; 58. https://doi.org/10.1128/JCM.02107-20 PMID: 32826322

2. Lumley SF, O'Donnell D, Stoesser NE, Matthews PC, Howarth A, Hatch SB, et al. Antikroppsstatus ochFörekomst av SARS-CoV-2-infektion hos vårdpersonal. N Engl J Med. 2021; 384: 533–540. https://doi.org/10.1056/NEJMoa2034545 PMID: 33369366

3. Polack FP, Thomas SJ, Kitchin N, Absalon J, Gurtman A, Lockhart S, et al. Säkerhet och effektivitetBNT162b2 mRNA Covid-19-vaccin. N Engl J Med. 2020;0: null. https://doi.org/10.1056/NEJMoa2034577 PMID: 33301246

4. Alsoussi WB, Turner JS, Case JB, Zhao H, Schmitz AJ, Zhou JQ, et al. En potentiellt neutraliserande antikroppSkyddar möss mot SARS-CoV-2-infektion. J Immunol. 2020; 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, et al. Korrelat av skyddmot SARS-CoV-2 hos rhesusmakaker. Natur. 2020; 1–8. https://doi.org/10.1038/s41586-020-03041-6 PMID: 33276369

6. Walls AC, Park YJ, Tortorici MA, Wall A, McGuire AT, Veesler D. Struktur, funktion och antigenicitetav SARS-CoV-2 Spike Glycoprotein. Cell. 2020; 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. Potentiellt neutraliserande och skyddandeaktiva humana antikroppar mot SARS-CoV-2. Natur. 2020; 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, et al. Säsongsbetonat coronavirusskyddsimmuniteten är kortvarig. Nat Med. 2020; 26: 1691–1693. https://doi.org/10.1038/s41591-020-1083-1 PMID: 32929268

9. Hendley JO, Fishburne HB, Jack M. Gwaltney J. Coronavirusinfektioner hos arbetande vuxna. Am RevRespir Dis. 1972; 105: 805–811. https://doi.org/10.1164/arrd.1972.105.5.805 PMID: 5020629

10. Schmidt OW, Allan ID, Cooney MK, Foy HM, Fox JP. Ökar titrar av antikroppar mot mänskliga coronavirusOC43 och 229E i Seattle-familjer under 1975–1979. Am J Epidemiol. 1986; 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. Säsongsvariation och immunitettill laboratoriebekräftade säsongsbetonade coronavirus (HCoV-NL63, HCoV-OC43 och HCoV-229E): resultatfrån Flu Watch-kohortstudien. Välkommen Open Res. 2020; 5: 52. https://doi.org/10.12688/wellcomeopenres.15812.2 PMID: 33447664

12. Ibarrondo FJ, Fulcher JA, Goodman-Meza D, Elliott J, Hofmann C, Hausner MA, et al. Snabbt förfall avAnti-SARS-CoV-2-antikroppar hos personer med mild covid-19. N Engl J Med. 2020; 383: 1085-1087.https://doi.org/10.1056/NEJMc2025179 PMID: 32706954

13. Crawford KHD, Dingens AS, Eguia R, Wolf CR, Wilcox N, Logue JK, et al. Dynamik av neutraliserande antikroppstitrar under månaderna efter SARS-CoV-2-infektion. J Infect Dis. 2020; 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, et al. Utveckling av antikropparImmunitet mot SARS-CoV-2. Natur. 2021. https://doi.org/10.1038/s41586-021-03207-w PMID:33461210

15. Rodda LB, Netland J, Shehata L, Pruner KB, Morawski PA, Thouvenel CD, et al. Funktionell SARSCoV-2-specifikt immunminne kvarstår efter mild covid-19. Cell. 2020 [citerad 8 dec 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, et al. Robust neutraliserande antikroppSARS-CoV-2-infektionen kvarstår i månader. Vetenskap. 2020; 370: 1227–1230. https://doi.org/10.1126/science.abd7728 PMID: 33115920

17. Soffa RB, Kasel JA. Immunitet mot influensa hos människa. Annu Rev Microbiol. 1983; 37: 529-549. https://doi.org/10.1146/annurev.mi.37.100183.002525 PMID: 6357060