Coronavirusurile umane pot spori imunitatea prin Cistanche

Abstract

Există mult interes pentru imunitatea anticorpilor la coronavirus. Nu este clar, însă, dacă coronavirusurile evoluează pentru a se sustrage de această imunitate și, dacă da, cât de repede. Aici, abordăm această întrebare prin descrierea evoluției istorice a coronavirusului uman 229E. Am identificat seruri umane din anii 1980 și 1990 care aveau titruri neutralizante față de 229E contemporan comparabile cu titrurile anti-SARS-CoV-2 induse de infecția sau vaccinarea SARS-CoV{-2. Am testat aceste seruri împotriva tulpinii 229E izolate după colectarea serului și am găsit titruri scăzute de neutralizare împotriva acestor viruși „viitori”. În unele cazuri, serurile capabile să neutralizeze tulpinile 229E contemporane cu titruri de 1:100 nu au reușit să detecteze tulpinile izolate 8-17 ani mai târziu. Reducerea neutralizării virusurilor „viitoare” se datorează evoluției antigenelor virale la niveluri de vârf, în special în domeniul de legare la receptor. Dacă aceste rezultate pot fi extrapolate la alte coronavirusuri, atunci se pot recomanda actualizări regulate ale vaccinului SARS-CoV-2. În același timp, cercetătorii caută noi medicamente care să întărească imunitatea împotriva COVID-19. Cistanche tubulasa, de exemplu.

Introducere

Pandemia SARS-CoV-2 trebuie să determine cât de eficientă este imunitatea anticorpilor împotriva infecției cu SARS-CoV-2. Dovezile de până acum sunt promițătoare. Anticorpii neutralizanți și anti-spike declanșați de infecții naturale sunt asociați cu infecții umane reduse, iar vaccinurile care declanșează astfel de anticorpi sunt extrem de protectoare. Aceste descoperiri la oameni sunt confirmate de numeroase studii pe animale care arată că anticorpii care neutralizează vârfurile SARS-CoV-2 protejează împotriva infecțiilor și bolilor.

Cu toate acestea, oamenii sunt reinfectați în mod repetat cu răceala comună" coronavirus 229E, OC43, HKU1 și NL63. De exemplu, studiile serologice au arătat că o persoană infectată tipic este infectată cu 229E la fiecare 2-3 ani, deși o rată mai mică de infecție și nicio reinfecție cu 229E nu a fost raportată într-un studiu de 4-an care a identificat infecția conform criteriilor unui test PCR pozitiv în bolile respiratorii. Indiferent, faptul că incidența reinfectării cu coronavirus la răceală comună este destul de mare a generat îngrijorări că imunitatea la coronavirus nu este „durabilă”. Aceste preocupări s-au concentrat inițial pe posibilitatea ca răspunsul imun în sine să nu dureze. Această posibilitate pare acum puțin probabilă, deoarece infecția SARS-CoV-2 induce anticorpi neutralizanți și celule B de memorie, cu dinamică similare cu cele ale altor virusuri respiratorii. Atât polizaharidul cistanche cât și creinozidul pot crește activitatea enzimatică a inimii și a țesutului cerebral, pot îmbunătăți funcția de fagocitoză a celulelor din cavitatea abdominală și pot spori răspunsul proliferativ al limfocitelor.

Poza: Faw Cistanche

Virusul ventricular

Dar chiar și în fața anticorpilor cu eficiență îndelungată, virusurile pot fi reinfectate printr-un alt mecanism: evoluția antigenică. Infecția cu virusuri gripale, de exemplu, produce anticorpi care protejează de obicei oamenii de aceeași tulpină timp de cel puțin câteva decenii. Din păcate, virusurile gripale suferă o evoluție antigenică rapidă pentru a se sustrage acestor anticorpi, ceea ce înseamnă că, deși imunitatea la tulpina originală de virus durează decenii, oamenii sunt ușor infectați de descendenții lor în aproximativ cinci ani. Această evoluție antigenică continuă este motivul pentru care vaccinurile antigripale sunt actualizate periodic.

Aici, evaluăm experimental dacă coronavirusul 229E a scăpat de neutralizare în serurile policlonale umane, reconstruind evoluția virusului în ultimele decenii. Am constatat că serurile istorice care neutralizează efectiv virionii contemporani de pseudotipizare 229E au prezentat, în general, activitate mică sau deloc împotriva tulpinilor tulpinilor 229E izolate 8-17 ani mai târziu. În schimb, serurile moderne de la adulți neutralizează de obicei vârfurile unui număr mare de viruși istorici, în timp ce serurile moderne de la copii neutralizează cel mai bine vârfurile virușilor recente care au circulat de-a lungul vieții unui copil. Aceste modele au fost interpretate ca vârfuri evolutive antigenice, în special în domeniul de legare la receptor. Dacă SARS-CoV-2 a suferit o evoluție antigenică rapidă similară, ar putea fi recomandabil să actualizați vaccinurile în mod regulat pentru a ține pasul cu evoluția virală. Sau prin alte mijloace pentru a crește rata de proliferare a limfocitelor, a spori capacitatea de fagocitoză a macrofagelor. S-a descoperit că Cistanche tubulosa îmbunătățește funcția celulelor T și capacitatea de fagocitoză a macrofagelor.

Pic: Beneficiile cistanches

rezultat

Analiza filogenetică a urechii 229E a fost efectuată pentru a determina tulpinile istorice pentru studiu experimental

Ne-am concentrat cercetările asupra proteinei virale spike, deoarece este ținta principală a anticorpilor neutralizanți și pentru că anticorpii anti-spice sunt parametrul imunitar cel mai bine asociat cu protecția umană împotriva infecției cu coronavirus.

Deoarece SARS-CoV-2 circulă la om de mai bine de un an, trebuie să alegem un alt coronavirus cu o istorie evolutivă mai largă. Dintre cele patru coronavirusuri comune de răceală endemice la oameni, două coronavirusuri A 229E și NL63 sunt similare cu SARS-CoV-2 prin faptul că leagă receptorii de proteine ​​prin intermediul domeniilor de legare la receptori în vârfuri. În schimb, două virusuri corona beta OC43 și HKU1 leagă receptorii de glican prin domeniul n-terminal al vârfului. Anticorpii care blochează legarea receptorilor domină activitatea de neutralizare imună indusă de infecția cu SARS-CoV-2, așa că concluzionăm că, deși SARS-CoV-2 este un coronavirus de tip B, evoluția antigenității acestuia este mai probabil să fie prezis de două coronavirusuri umane A care folosesc, de asemenea, receptorul proteic care leagă RBD. Dintre cei doi virusuri, am ales 229E pentru că a fost identificat pentru prima dată la oameni în urmă cu 50 de ani, în timp ce NL63 a fost descoperit abia în 2003.

Am extrapolat arborele filogenetic al spinilor 229E din izolate umane directe sau sub trecere, excluzând tulpinile mai vechi care au fost trecute pe scară largă în laborator. Acest copac are mai multe caracteristici importante. În primul rând, acționează ca un ceas, cu divergență de secvență proporțională cu data izolării virusului. În al doilea rând, copacul este „în formă de scară” cu o ramură scurtă pe trunchi. Forma scarii a filogeniei 229E a fost observata anterior, o caracteristica a virusurilor precum gripa, in care presiunile imune determina schimbarea populatiei prin selectarea variantelor antigenice. În al treilea rând, gruparea secvenței după dată și nu după țara de carantină. Filogenia organizată în funcție de dată și nu de locația geografică indică răspândirea globală rapidă, o altă caracteristică a virusurilor gripale umane. În cele din urmă, deși există o anumită recombinare intra-ureche, este între tulpini strâns legate și nu afectează topologia mai largă a arborelui. Conținutul de MDA din inimă, ficat și țesutul cerebral al șoarecilor model de îmbătrânire subacută indusă de D-galactoză a fost semnificativ scăzut de litenozină, activitatea telomerazei din inimă și țesutul cerebral a fost crescută semnificativ, funcția de fagocitoză a macrofagelor peritoneale a fost îmbunătățită și Răspunsul la proliferarea limfocitelor și conținutul de IL-2 din sângele periferic au fost semnificativ crescute. A arătat că litenozidul poate îmbunătăți funcția imunitară.

Imagine: Efectele cistanche îmbunătățesc imunitatea

Discuţie

Am demonstrat experimental că vârfurile coronavirusurilor umane au o rată de evoluție antigenică suficientă pentru a scăpa de neutralizarea multor seruri umane policlonale în decurs de una până la două decenii. Descoperirea sugerează că unul dintre motivele pentru care oamenii sunt reinfectați în mod repetat cu coronavirus sezonier poate fi faptul că evoluția piroanelor virale erodează imunitatea declanșată de infecțiile anterioare.

Cât de repede evoluează antigenul 229E în comparație cu virusul gripal? În special, nu am găsit studii care să măsoare rata cu care evoluția gripei a erodat neutralizarea în serul uman. Cu toate acestea, multe studii au testat evoluția antigenului gripal folosind inhibarea hemaglutinării în serurile dihorilor infectați cu o singură tulpină de virus. Viteza cu care 229E este neutralizat de ser uman este de câteva ori mai mică decât viteza cu care virusurile gripale A/H3N2 sunt neutralizate de serul dihorului, dar comparabilă cu viteza cu care virusurile gripale b scapă. Cu toate acestea, serurile de dihor infectate cu o singură tulpină de virus gripal tind să recunoască mai puține tulpini decât serurile umane infectate de mai multe ori cu mai multe tulpini. Astfel, HAI din serul dihorului poate supraestima rata de eroziune a evoluției gripei asupra neutralizării efective a serului uman. În acest sens, sunt necesare lucrări suplimentare pentru a face o comparație pozitivă a evoluției antigenice a acestor virusuri.

Marea întrebare este ce înseamnă munca noastră pentru evoluția unor posibile antigene pentru SARS-CoV-2. Deși este imposibil să știm dacă SARS-CoV-2 va evolua ca 229E, este cert că mutațiile care afectează neutralizarea serică la oamenii policlonali sunt deja prezente în descendența SARS-CoV-2, deși o mare parte. din populație este încă naiv și, prin urmare, probabil să aibă puțin stres imunitar față de virus. Dar, conform observațiilor noastre, chiar dacă coronavirusurile umane evoluează pentru a se sustrage imunității de neutralizare, două fapte oferă speranță. În primul rând, nivelul de imunitate necesar pentru a preveni COVID-ul sever-19 poate fi mai scăzut, posibil pentru că un curs mai lent al bolii are mai mult timp pentru a genera un răspuns imunitar decât un virus „mai rapid”, cum ar fi gripa. O explicație optimistă este că boala poate fi de obicei ușoară, chiar dacă antigenele virale evoluează pentru a permite reinfectarea. În al doilea rând, multe dintre cele mai importante vaccinuri SARS-CoV-2 utilizează tehnologii noi, cum ar fi livrarea pe bază de MRNa, care pot actualiza cu ușurință vaccinul dacă are loc evoluția antigenului. Prin urmare, sugerăm ca evoluția SARS-CoV-2 să fie monitorizată pentru mutații antigenice care ar putea sugera actualizări regulate ale vaccinului.

Faceți clic aici pentru a vă spori imunitatea la COVID-19

Teste de neutralizare

Celulele 293T utilizate în experimentele de neutralizare au fost transfectate cu APN și TMPRSS2 și însămânțate conform titrului de virus descris mai sus. Experimentele de neutralizare au fost efectuate la 20-24 ore după ce celulele au fost însămânțate în 96-plăci de godeuri. Mai întâi, probele de ser inactivate la căldură au fost diluate 1:10 în mediu de creștere D10, apoi consecutiv de 3 ori în 96-placa de „setare” de godeu a acoperirii tc, în cele din urmă diluând fiecare probă în total de 7 ori. Fiecare probă de ser a fost diluată de două ori. Fiecare lentivirus pseudotipizat cu vârf 229E a fost apoi diluat pentru a obține o citire a luciferazei de aproximativ 200,000 RLU per godeu. Au fost apoi adăugate cantități egale de virus în fiecare godeu din plăci de „cultură” de virus și ser, care au fost incubate la 37°C și 5% CO2 timp de 1 oră, după care 100 uL din fiecare virus și amestec de ser au fost transferați în 293T-APN. -Plăci de celule TMPRSS2 însămânțate cu o zi înainte. Vasele de cultură au fost incubate la 37°C și 5% CO2 timp de aproximativ 50-52 ore, iar semnalul luciferazei a fost citit așa cum este descris mai sus pentru determinarea titrului viral.

Fiecare placă de neutralizare conține o listă de godeuri de control pozitiv formate din celule și viruși, cultivate în mediu D10, dar fără ser, și martori negativi constând din viruși, dar fără celule (am confirmat, de asemenea, că rezultate similare au fost obținute folosind controale negative numai pentru celule). După scăderea citirilor de fond pentru grupul de control negativ, scorul de infecțiozitate a fost calculat la fiecare diluție de ser ca scorul de semnal pentru grupul de control pozitiv (medie pe cele două găuri de control pozitiv din fiecare rând). Apoi folosim curbe neutre pentru a se potrivi cu 2-parametrul curbele Hill cu liniile de bază fixate la 1 și 0. Rețineți că concentrațiile serice raportate în aceste curbe sunt concentrațiile virusului pre-incubat cu serul timp de 1 oră. Toate testele au fost repetate, dar unele perechi de serovirusuri au avut citiri suplimentare pe măsură ce am reluat perechile de serovirusuri selectate pentru a confirma că rezultatele au rămas consistente în zilele de încercare. În toate cazurile, consistența zilnică a fost bună și valorile raportate au fost medii ic50 pentru toate măsurătorile. Polizaharida Desert Cistanche poate reduce conținutul de MDA din creier, inimă și ficat al modelelor animale imunodeprimate, crește activitatea telomerazei în inimă și țesutul cerebral, funcția de fagocitoză a macrofagelor peritoneale, răspunsul la proliferarea limfocitelor, conținutul IL-2 în limfocitele T splinei și concentrația ionilor de calciu în celulele timusului. Acești indicatori indică faptul că polizaharidul cistanche poate îmbunătăți funcția imunitară.

Referințe

1. Addetia A, Crawford KHD, Dingens A, Zhu H, Roychoudhury P, Huang ML și colab. Anticorp neutralizantse corelează cu protecția împotriva SARS-CoV-2 la oameni în timpul unui focar de nave de pescuit cu oRată ridicată de atac. 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 și colab. Starea anticorpilor șiIncidența infecției cu SARS-CoV-2 la lucrătorii din domeniul sănătății. 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. Siguranța și eficacitateaBNT162b2 mARN Covid-19 Vaccin. N Engl J Med. 2020;0: nul. https://doi.org/10.1056/NEJMoa2034577 PMID: 33301246

4. Alsoussi WB, Turner JS, Case JB, Zhao H, Schmitz AJ, Zhou JQ și colab. Un anticorp cu potențial neutralizareProtejează șoarecii împotriva infecției cu SARS-CoV-2. 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. Corelate de protectîmpotriva SARS-CoV-2 la macacii rhesus. Natură. 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. Structure, Function, and Antigenicitya glicoproteinei Spike SARS-CoV-2. Celulă. 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 și colab. Potențial neutralizant și protectivanticorpi umani activi împotriva SARS-CoV-2. Natură. 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 și colab. Coronavirus sezonierimunitatea protectoare este de scurta durata. 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. Coronavirus Infections in Working Adults. Sunt 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. Creșterea titrurilor de anticorpi împotriva virusurilor corona umaneOC43 și 229E în familiile Seattle în perioada 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 și colab. Sezonalitate și imunitatela coronavirusurile sezoniere confirmate de laborator (HCoV-NL63, HCoV-OC43 și HCoV-229E): rezultatedin studiul de cohortă Flu Watch. Bine ați venit Deschideți 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. Decăderea rapidă aAnticorpi anti-SARS-CoV-2 la persoanele cu Covid uşoară-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 și colab. Dinamica neutralizarii antititrurile corporale în lunile după infectarea cu SARS-CoV-2. 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 și colab. Evoluția anticorpilorImunitatea la SARS-CoV-2. Natură. 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 și colab. SARS funcționalMemoria imună specifică CoV-2-persiste după COVID-19 uşoară. Celulă. 2020 [citat 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. Anticorp neutralizant robustinfecțiile cu SARS-CoV-2 persistă luni de zile. Ştiinţă. 2020; 370: 1227–1230. https://doi.org/10.1126/science.abd7728 PMID: 33115920

17. Canapea RB, Kasel JA. Imunitatea la gripă la om. Annu Rev Microbiol. 1983; 37: 529–549. https://doi.org/10.1146/annurev.mi.37.100183.002525 PMID: 6357060