抗體依賴(lài)性增強(qiáng)效應(yīng)的作用機(jī)制及在人類(lèi)冠狀病毒感染中的表現(xiàn)概述

李 靜，尹海暢，于天飛

(齊齊哈爾大學(xué)生命科學(xué)與農(nóng)林學(xué)院，黑龍江 齊齊哈爾 161006)

0 引 言

病毒感染始于附著宿主細(xì)胞膜，在這個(gè)過(guò)程中病毒表面蛋白與宿主細(xì)胞上的特異性受體結(jié)合，為了阻斷病毒與靶細(xì)胞的黏附，宿主免疫系統(tǒng)通過(guò)分泌針對(duì)病毒表面蛋白的抗體來(lái)中和病毒，從而削弱病毒的感染能力。然而，在某些病毒中，特異性抗體與病毒表面蛋白的結(jié)合反而能促進(jìn)病毒侵入某些類(lèi)型的細(xì)胞，促進(jìn)病毒感染，這樣的現(xiàn)象稱(chēng)為抗體依賴(lài)性增強(qiáng)效應(yīng)(ADE)[1]。

HAWKES等早在20世紀(jì)60年代就報(bào)道稱(chēng)ADE在埃博拉病毒(EBoV)、人類(lèi)獲得性免疫缺陷病毒(HIV)、登革熱病毒(DENV)感染中常見(jiàn)[2]。1981年，WEISS等首次報(bào)道了冠狀病毒的ADE現(xiàn)象[3]。冠狀病毒家族成員嚴(yán)重急性呼吸綜合征冠狀病毒2(SARS-CoV-2)已被確定為新型冠狀病毒肺炎(COVID-19)的病原體，它的出現(xiàn)和全球迅速傳播導(dǎo)致了大量的全球發(fā)病率和死亡率，造成了廣泛的社會(huì)性和經(jīng)濟(jì)性破壞。SARS-CoV-2是一種與嚴(yán)重急性呼吸綜合征冠狀病毒(SARS-CoV)密切相關(guān)的β-冠狀病毒(序列同源性約為80%)，也與馬蹄蝠中發(fā)現(xiàn)的冠狀病毒親緣關(guān)系密切[4]。SARS-CoV-2 纖突(S)蛋白由S1亞單位和S2亞單位組成，S1亞單位含有受體結(jié)合域(RBD)，S2亞單位介導(dǎo)病毒與宿主細(xì)胞的膜融合。疫苗接種的一個(gè)主要目標(biāo)是產(chǎn)生中和抗體，通過(guò)阻斷受體-RBD相互結(jié)合作用或S蛋白介導(dǎo)的膜融合來(lái)阻止SARS-CoV-2進(jìn)入宿主細(xì)胞。病毒疫苗及抗體相關(guān)免疫療法的一個(gè)潛在障礙是潛在的ADE可能加重COVID-19感染風(fēng)險(xiǎn)[5]。

1 ADE的作用機(jī)制

目前研究認(rèn)為，ADE存在五種機(jī)制，不同病毒的ADE效應(yīng)不一定由單一機(jī)制造成。ADE的第一種機(jī)制依賴(lài)于Fc受體(FcR)。FcR主要分布在免疫細(xì)胞上，是抗體Fc部分的受體[6]。在FcR介導(dǎo)的ADE中，病毒表面蛋白與抗體結(jié)合形成病毒-抗體復(fù)合物，該復(fù)合物通過(guò)抗體上的Fc部分與其在特定細(xì)胞表面的受體的相互作用來(lái)增強(qiáng)病毒黏附，這種機(jī)制在DENV和HIV感染中均有發(fā)現(xiàn)[7]，其中登革熱是ADE最突出的疾病，是人類(lèi)最早發(fā)現(xiàn)的病毒性疾病之一，也是感染率增長(zhǎng)最快的全球流行病[8]。第二種機(jī)制依賴(lài)于補(bǔ)體C3。C3分子通過(guò)抗體與病毒表面蛋白結(jié)合的經(jīng)典途徑激活之后，補(bǔ)體C3與相應(yīng)受體之間的相互作用以病毒-抗體-補(bǔ)體復(fù)合物的形式增強(qiáng)病毒黏附，補(bǔ)體受體比FcR分布更廣，包括免疫細(xì)胞和濾泡樹(shù)突狀細(xì)胞、平滑肌細(xì)胞等細(xì)胞都具有補(bǔ)體受體，這一機(jī)制是西尼羅河病毒和HIV產(chǎn)生ADE的基礎(chǔ)[9]。第三種機(jī)制依賴(lài)于補(bǔ)體C1q。病毒-抗體復(fù)合物與C1q結(jié)合，通過(guò)沉積C1q及其受體的結(jié)合物促進(jìn)病毒包膜與細(xì)胞膜的融合。兩個(gè)或兩個(gè)以上的單體IgG抗體與特定表位緊密結(jié)合，使C1q與抗體Fc部分結(jié)合，形成病毒-抗體-C1q復(fù)合物。該復(fù)合物與細(xì)胞上的C1q受體結(jié)合，啟動(dòng)細(xì)胞內(nèi)信號(hào)通路，促進(jìn)病毒與其特異性受體的結(jié)合和靶細(xì)胞的內(nèi)吞作用。C1q受體不僅存在于炎性單核/巨噬細(xì)胞上，而且分布于許多不同類(lèi)型的細(xì)胞，包括中性粒細(xì)胞、B細(xì)胞、成纖維細(xì)胞、平滑肌細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞，因此C1q介導(dǎo)的ADE解釋了為什么早期抗病毒血清可以增強(qiáng)非單核細(xì)胞的病毒感染率。EBoV感染利用了這一機(jī)制產(chǎn)生ADE。第四種機(jī)制是通過(guò)刺激和增強(qiáng)靶細(xì)胞的某些生理功能如內(nèi)吞作用等來(lái)抑制抗病毒基因的表達(dá)。這一機(jī)制在羅斯河病毒感染中得到了證實(shí)[10]。在這一機(jī)制中，病毒主要依靠Fc受體進(jìn)入細(xì)胞，而通過(guò)與病毒受體結(jié)合進(jìn)入細(xì)胞的病毒數(shù)量相應(yīng)減少。這發(fā)生在病毒的復(fù)制過(guò)程中，導(dǎo)致腫瘤壞死因子(TNF)和誘導(dǎo)型一氧化氮合酶等抗病毒基因的抑制，從而幫助病毒免疫逃逸[11]。最后一種機(jī)制是通過(guò)改變病毒蛋白與抗體結(jié)合的構(gòu)象來(lái)增強(qiáng)病毒和細(xì)胞的融合，在HIV感染中發(fā)現(xiàn)了這種方式。單克隆抗體識(shí)別HIV外膜上的糖蛋白gp120，并在亞中和濃度下與其一個(gè)亞單位結(jié)合，然后誘導(dǎo)殘余亞單位的構(gòu)象改變，并通過(guò)激活病毒糖蛋白促進(jìn)病毒與靶細(xì)胞的膜融合。針對(duì)gp120的特異性抗體可調(diào)節(jié)gp120與病毒受體CCR5之間的相互作用[12]。

2 ADE在人類(lèi)冠狀病毒感染中的表現(xiàn)

2019年出現(xiàn)的COVID-19給人類(lèi)社會(huì)造成了巨大損失。最新測(cè)序結(jié)果表明，SARS-CoV-2與SARS-CoV的基因組序列相似率高達(dá)79.5%，兩者的病毒受體均為血管緊張素轉(zhuǎn)換酶2(ACE2)[13]。有研究小組發(fā)現(xiàn)SARS-CoV-2對(duì)受體ACE2的親和力甚至是SARS-CoV的10～20倍[14]。

之前對(duì)SARS-CoV的研究表明，抗體在高致病性冠狀病毒發(fā)病機(jī)制中作用的復(fù)雜性。在COVID-19出現(xiàn)后不久，重癥病例的異質(zhì)性問(wèn)題就引起了人們的關(guān)注，并將其歸因于ADE。在疫苗或特殊療法出現(xiàn)之前，恢復(fù)期血漿療法被認(rèn)為是一個(gè)很好的治療手段。然而，隨后發(fā)現(xiàn)血清轉(zhuǎn)化和中和抗體反應(yīng)與臨床嚴(yán)重程度和死亡率相關(guān)，COVID-19患者的潛在ADE首次引起人們關(guān)注[15]。據(jù)報(bào)道，在COVID-19患者中SARS-CoV-2抗體滴度越高病情越嚴(yán)重。COVID-19重癥病例相對(duì)于普通病例的抗體滴度更高，研究人員推測(cè)這是由于病毒載量更高而導(dǎo)致抗原暴露于免疫系統(tǒng)的時(shí)間更長(zhǎng)。然而，最近的一項(xiàng)研究表明，無(wú)癥狀和有癥狀的COVID-19患者的上呼吸道病毒脫落程度是無(wú)法區(qū)分的[16]。在SARS-CoV動(dòng)物模型中，疫苗誘導(dǎo)的ADE的證據(jù)是相互矛盾的，并且引起了潛在的安全問(wèn)題。而在COVID-19的研究中，最新發(fā)表的關(guān)于恢復(fù)期血漿用于治療的研究結(jié)果顯示，雖然只測(cè)試了10名重癥成年患者，但結(jié)果令人滿意，沒(méi)有感染加重現(xiàn)象[17]。另一項(xiàng)研究測(cè)試了一種純化的SARS-CoV-2滅活病毒候選疫苗，盡管滅活病毒疫苗被認(rèn)為可能具有ADE，但該疫苗在小鼠、大鼠和非人靈長(zhǎng)類(lèi)動(dòng)物中具有很強(qiáng)的中和誘導(dǎo)作用而沒(méi)有出現(xiàn)ADE[18]。由于SARS-CoV-2疫苗在人體中的應(yīng)用尚未見(jiàn)報(bào)道，SARS-CoV-2是否會(huì)在患者體內(nèi)誘發(fā)ADE仍需進(jìn)一步驗(yàn)證。另有證據(jù)表明，引發(fā)針對(duì)S蛋白中和抗體的疫苗保護(hù)了動(dòng)物免受SARS-CoV的攻擊，而無(wú)感染增強(qiáng)現(xiàn)象。這些數(shù)據(jù)表明，引發(fā)高中和抗體滴度的SARS-CoV-2人類(lèi)免疫策略成功的幾率很高，感染風(fēng)險(xiǎn)很小。

3 SARS-CoV-2感染中潛在ADE的解決方案

一是控制抗體劑量。高劑量的抗體可以抑制中東呼吸綜合征冠狀病毒(MERS-CoV)中的ADE而不影響其抗病毒能力[19]。二是改變抗體的靶點(diǎn)。盡管抗冠狀病毒S蛋白抗體能有效降低病毒載量，是一種很好的治療靶點(diǎn)，但其更容易介導(dǎo)ADE產(chǎn)生。三是利用一些抑制劑。例如，蛋白酶抑制劑和Fc抑制劑可分別在MERS-CoV和SARS-CoV的ADE抑制中發(fā)揮作用。四是篩選合適的佐劑。先前對(duì)SARS-CoV的研究表明，適宜的佐劑可促進(jìn)TH2型免疫，降低病理性免疫反應(yīng)的發(fā)生，提示佐劑的潛在重要性[20]。此外，還可通過(guò)修改Fc結(jié)構(gòu)來(lái)降低ADE的風(fēng)險(xiǎn)。

4 結(jié)語(yǔ)

為了更好地揭示SARS-CoV-2的發(fā)病機(jī)制，應(yīng)在地方、區(qū)域、國(guó)家和全球各層級(jí)開(kāi)展工作，以實(shí)現(xiàn)最佳健康結(jié)果為目標(biāo)，闡釋人、動(dòng)物、植物及其共享環(huán)境之間的相互聯(lián)系。免疫信息學(xué)方法是一種很重要的方法，通過(guò)在不同冠狀病毒表位水平上比較具有高免疫原性和多功能性的S蛋白或包膜蛋白序列，為病毒感染機(jī)制研究開(kāi)辟新途徑。在SARS、MERS和其他人類(lèi)呼吸道病毒感染(包括呼吸道合胞體病毒和麻疹病毒)中觀察到ADE，這表明SARS-CoV-2疫苗和基于抗體的干預(yù)措施存在ADE風(fēng)險(xiǎn)[21]。然而，臨床數(shù)據(jù)尚未完全確定ADE在人類(lèi)COVID-19病理學(xué)中的作用。降低免疫治療引起ADE風(fēng)險(xiǎn)的步驟包括誘導(dǎo)或輸送高劑量的有效中和抗體，而不是低濃度的非中和抗體，因?yàn)楹笳吒菀滓餉DE。闡明SARS-CoV-2與ADE的關(guān)系可能還需要一定的時(shí)間，但實(shí)際意義重大。