加强接种mRNA疫苗，可诱导对Omicron变异株的中和免疫

Omicron变异株自2021年11月在南非首次发现以来，不到一个月的时间，WHO将其列为关切变异株（VOC）。当前，Omicron变异株已成为全球优势流行株。Omicron变异株为PANGO谱系BA.1或B.1.1.529，源自Alpha谱系。同原始野生株比较，S蛋白中有34个突变（包括三个缺失和一个插入），其中RBD（受体结构域）包含15个突变（图1）。这些突变集中在S蛋白的顶部（属于抗体接近的区域），这就提高了免疫逃逸的可能性。

图1 新的VOC变异株Omicron

来自美国哈佛大学拉根研究所等机构的研究人员，采用高通量假病毒中和实验检测接种疫苗人群血清对SARS-CoV-2野生株及变异株的中和能力[1]。研究人员收集了239 名来自马萨诸塞州波士顿或切尔西的医护人员和/或社区居民，均接种了COVID-19 疫苗（为美国FDA批准的两款mRNA疫苗BNT162b2、mRNA-1273和一款腺病毒载体疫苗Ad26.COV2.S）。受试者的中位年龄38岁（18-78岁），女性占63%（图2）。

图2 疫苗接种者的临床数据

将239人根据疫苗接种完成时间、既往感染情况和加强接种情况，分成四个亚组（图3）：

1

rencent vax (完成基础免疫

2

distant vax (完成基础免疫6-12月，n=62)；

3

distant vax+infection（既往感染+1针疫苗后6-12月，n=41）；

4

booster vax（基础免疫完成后给予加强针3个月内，n=71）

图3 健康成年社区居民和医护人员的疫苗接种队列示意图

采用一种高通量假病毒中和实验检测这些样本针对 SARS-CoV-2 野生型及变异株的中和能力；在添加到表达 ACE2 的靶细胞之前，将带有编码荧光素酶的 SARS-CoV-2 变异S蛋白的假病毒暴露于疫苗接种者血清的稀释液中。共培养 48 小时后，测量稀释液的荧光素酶活性以量化感染率，并计算达到 50% 假病毒中和的效价 (pNT50)。该 pNT50 值再使用 WHO 参考标准进行校正后转换为 WHO 单位IU/mL（图4）。

图4 高通量 SARS-CoV-2 假病毒中和实验工作流程示意图

研究主要结果：

两剂mRNA 疫苗的免疫程序可有效诱导针对 SARS-CoV-2 野生型和 Delta 变异株的中和免疫，但对于Omicron变异株的中和反应并不理想。（图5、表1）

近期（

图5 接种三款疫苗对野生株、Delta、Omicron变异株的中和活性

表1 接种 mRNA-1273（红色）、BNT162b2（蓝色）、Ad26.COV2.S（绿色）对野生型 (WT)、Omicron假病毒的中和滴度（ IU/mL）

相比近期完成基础免疫人群，近期加强接种mRNA-1273或BNT162b2人群的血清对野生株的中和抗体滴度水平相当（分别增加3倍和1倍）；对Delta变异株而言，接受BNT162b2加强后中和滴度升高更明显（分别增加3倍和9倍）；而两种加强针人群对Omicron变异株的中和滴度均明显高于完成基础免疫者（分别增加19倍和27倍）。（图6）

使用Ad26.COV2.S基础免疫的人群，采用的是mRNA-1273加强。与单独接种Ad26.COV2.S的人群比较，血清对WT、Delta变异株、Omicron变异株的中和滴度分别增加34倍、16倍、4倍。（图6）

图6 近期完成基础免疫人群和近期mRNA疫苗加强人群血清对野生株、Delta和Omicron变异株的中和滴度

基础免疫患者，针对野生株的中和滴度与针对Delta变异株的交叉中和滴度仅呈弱相关性，而与Omicron变异株的交叉中和滴度无相关性。加强接种后，针对野生株的中和滴度与针对Delta和Omicron变异株的交叉中和滴度均密切相关（图7）。这提示，加强接种除了能诱导更高的中和抗体滴度，还能增加体液免疫的广度，以及对高突变的变异株（如Omicron）的交叉反应性。

图7 近期完成基础疫苗接种（白色圆圈）和最近加强（深灰色方块）人群血清对野生株中和抗体滴度与对Delta、Omicron变异株中和滴度的线性回归

鉴于临床实践中广泛使用抗SARS-Cov-2 S蛋白检测，研究将通过半定量免疫分析测得抗S蛋白抗体水平与高通量分析测得的中和滴度进行了关联。采用AUC曲线分析法，使用“Se+Sp”方法确定最大化灵敏度 (Se) 和特异性 (Sp) 的抗-S蛋白抗体最佳cut-off值 （图8）：

对于野生株，最佳cut-off值为711 U/mL (88.4% Se和96.7% Sp);

对于Delta变异株，最佳cut-off值为1,591 U/mL (88.4% Se 和 83.8% Sp)；

对于Omicron变异株，最佳cut-off值为10,300U/mL (67.2% Se 和 90.6% Sp)

图8 加强接种人群血清对野生株、Delta、Omicron变异株抗-S蛋白抗体水平和ROC曲线

图9 Omicron假病毒体外感染ACE2+细胞，相比于其他变异株的感染性显著增加

该研究证明，即使使用 mRNA-1273 、BNT162b2 或 Ad26.COV2.S 进行了基础疫苗接种，Omicron变异株仍可逃避疫苗诱导的免疫，相比其他变异株，体外假病毒感染速率增加，传播潜力提高。值得注意的是，尽管逃脱了体液免疫，但由于预先存在的细胞免疫和先天免疫，Omicron变异株突破性感染者疫苗接种后的疾病严重程度降低。然而，中和抗体仍然是保护免受感染的主要相关因素，接受第3剂mRNA疫苗能产生针对Omicron变异株的有效交叉中和反应。

研究的第一作者Garcia-Beltran认为，mRNA新冠疫苗加强接种后显著提高对Omicron变异株的保护力，可能基于以下两个原因：一是额外的疫苗剂量会诱导产生与S蛋白结合得更紧密的抗体，增加其有效性；二是加强接种mRNA疫苗可能产生针对所有形式SARS-CoV-2所共有的S蛋白区域的抗体。

近期，以色列卫生部也发表了关于3剂次BNT162b2对Omicron变异株的中和作用。研究人员收集两组医务工作者的血清样本，对野生株、 Beta、Delta和 Omicron变异株进行微量中和试验[2]。研究设计如图10：

图10 以色列卫生部研究的试验设计

研究显示，接种第2剂BNT162b2疫苗5个月后，受试者血清对野生型病毒和Delta变异株的中和效率低，对Omicron变异株没有中和效力。第3剂BNT162b2对 Omicron 变异株的中和效率提高100倍（几何平均滴度，第2剂后为1.11，第3剂后为107.6）；然而，即使接种了3剂疫苗，与对 Delta 变异株的中和作用相比，受试者血清对Omicron变异株的中和作用仍降低了3倍（图11）。

图11 对野生型病毒、Beta、Delta 和 Omicron 变异株的中和效力[2]

BioRxiv预印近期也发表了2剂、3剂BNT162b2对野生株USA-WA1/2020和重组Omicron-spike SARS-CoV-2中和GMT的持久性研究[3]。结果显示，接种第2剂2 周或 4 周，对 Omicron-spike SARS-CoV-2 的中和GMT比针对 USA-WA1/2020 的中和 GMT 低 25.6 倍；接种第3剂1个月与第2剂2周或4周相比，对野生株 USA-WA1/2020 和 Omicron-spike 病毒的中和 GMT 分别增加了 2.6 倍和 16.8 倍。接种第3剂 1、4 个月 ，对野生株USA-WA1/2020 和 Omicron 的中和 GMT 分别降低了 1.6 和 2 倍，表明两种变体的抗体衰减动力学相似（图12）。另外，mRNA-1273第3剂后 6 个月，对Omicron变异株中和滴度比加强剂后1个月峰值滴度低6.3倍，但所有参与者中仍可检测到[4]。

图12 BNT162b2 接种者血清对 USA-WA1/2020 和 Omicron-spike SARS-CoV-2 的中和作用（左图）；USA-WA1/2020 和 Omicron-spike SARS-CoV-2 在 2 剂和 3 剂 BNT162b2 后的血清中和作用（右图）

以上研究均提示，在高传染性Omicron流行的背景下接种第3剂mRNA 疫苗的重要性是显而易见的，这也强有力地支持了美国CDC有关“对16岁及以上人群给予新冠疫苗加强针接种”的建议。虽然中体抗体水平会随着接种时间的延长而逐渐下降，但第3剂疫苗后4个月或6个月均能检测到对Omicron变异株的中和作用。是否在6个月后接种第4剂疫苗能获得更高的中和抗体水平呢？仍需更多的研究数据来解答。

参考文献：

[1] Garcia-Beltran WF, et al. mRNA-based COVID-19 vaccine boosters induce neutralizing immunity against SARS-CoV-2 Omicron variant. medRxiv [Preprint]. 2021 Dec 14:2021.12.14.21267755. doi: 10.1101/2021.12.14.21267755. Update in: Cell. 2022 Jan 6;: PMID: 34931201;

[2] Nemet I, et al. Third BNT162b2 Vaccination Neutralization of SARS-CoV-2 Omicron Infection. N Engl J Med. 2021. doi:10.1056/NEJMc2119358 Cited in: PubMed; PMID 34965337

[3] Hongjie Xia, et al. Neutralization of Omicron SARS-CoV-2 by 2 or 3 doses of BNT162b2 vaccine. bioRxiv 2022.01.21.476344; doi: https://doi.org/10.1101/2022.01.21.476344

[4] Pajon R、et al. SARS-CoV-2 Omicron Variant Neutralization after mRNA-1273 Booster Vaccination. N Engl J Med. 2022 Jan 26. doi: 10.1056/NEJMc2119912.