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《Nature》:感染新冠为何会无症状?人类白细胞抗原HLA的等位基因可能是关键

2023-07-31 08:55:20   来源:哔哩哔哩    

关键信息:

>>新冠病毒(COVID-19,SARS-CoV-2)感染后,无症状的感染者约占所有新冠感染者的40-45%。

>>一项发表于《Nature》的研究表明,新冠感染的无症状可能与人类白细胞抗原(HLA)上的一段等位基因相关。等位基因HLA-B*15:01在无症状的感染者中出现显著地过表达


【资料图】

>>携带HLA-B*15:01等位基因的新冠感染者,如果他既往还感染过其他冠状病毒,由于T细胞的免疫记忆和交叉反应性,其大概率会拥有能够快速识别并清除新冠病毒的T细胞,能够更快的产生免疫反应,从而呈现“无症状”。

大家是否曾经好奇过,为什么有些人在感染了新型冠状病毒(SARS-CoV-2)之后,却没有出现任何症状?这些人约占所有新冠病毒感染者的40%至45%[1],他们在感染病毒后,通常没有发烧、咽喉肿痛、肌肉酸痛等症状,甚至可能会完全没有任何症状,但是其新冠病毒检测呈阳性,这些人就是SARS-CoV-2无症状感染者[2]。无症状感染者具有强传染性,并且难以被筛查,给防疫带来了极大的挑战。那么无症状感染其背后的原因或者生物学机制是什么呢?

此前就有学者怀疑是人类白细胞抗原(HLA)在背后发挥着重要作用。HLA是一种免疫分子,它的主要功能是将体内的抗原呈递给T细胞,从而触发免疫反应。HLA的基因区域最具多态性,它的变异与数百种疾病有关,在参与人类免疫反应的众多基因中,HLA变异与病毒感染的关联性最强[3-4]。并且值得注意的是,HLA I类和II类等位基因与SARS-CoV引起的非典有关[5]。因此,HLA也可能与新冠病毒感染的无症状有一定关系。

近期,一篇发表在《Nature》上,题为《A common allele of HLA is associated with Asymptomatic SARS-CoV-2 infection》的研究[5](图1),找到了新冠无症状的遗传基础,直接点名了HLA的等位基因HLA-B*15:01,与无症状显著相关。这是一项观察性研究,利用智能手机收集参与者数据,最后分析了1428名参与者,其中包括了136 (%) 例无症状感染者。研究通过测序对被试进行了基因分型,以确定每个人的HLA等位基因。研究还检测了此前未接触过SARS-CoV-2的T细胞,对SARS-CoV-2的反应,以探索可能的免疫记忆。

等位基因HLA-B*15:01过度表达

研究通过对照发现,相较于有症状感染者,等位基因HLA-B*15:01在无症状的感染者中显著过度表达(表达频率= vs. ,OR=,95%CI:~,p=3×10−5,校正后p= ),即使调整年龄和性别差异后,该结果依旧存在。总的来说,在感染后保持无症状的个体中,有20%携带HLA-B*15:01,而在报告有症状的患者中,这一比例为9%。

并且,研究人员还观察到相关基因型之间存在强烈的累加效应。携带两个HLA-B*15:01等位基因的个体相比于携带其他基因型的个体,无症状的可能性高出8倍以上(OR=,95%CI:~,p=)(图2)。进一步的分析还发现,虽然Ⅱ类等位基因HLA-DRB1*04:01与该队列中的无症状感染本身没有显著相关性,但它会增强HLA-B*15:01的效果。HLA-B15:01和HLA-DRB104:01组合的优势比(OR=,95% CI:–)超过了HLA-B15:01单独的优势比。

另一方面,HLA-B*15:01与新冠病毒无症状感染的显著关联性,在其他两项独立的外部队列(UK队列,CHIRP/LIINC队列)中也得到证实(图2)。

未接触SARS-CoV-2的T细胞的反应

众所周知,相关性并不代表因果性,为了确定无症状确实是由该基因的突变引起的,研究分析了突变基因对下游的生物学——主要是细胞免疫,对其产生的影响。结果发现,携带HLA-B*15:01等位基因的新冠感染者,他们的免疫系统更容易诱发CD8 + T细胞介导的细胞免疫。

首先,研究关注了4个SARS-CoV-2的表位(CVADYSVLY,HVGEIPVAY,NQKLIANQF和RVAGDSGFAAY)(图3),这些表位之前已经显示出在携带HLA-B*15:01的COVID-19患者中引发由细胞毒性CD8+ T细胞介导的细胞免疫。研究人员在未感染过新冠病毒的个体HLA上发现有一个表位NQKLIANQF(NQK-Q8),拥有100%的记忆T细胞,这表明在携带HLA-B*15:01的未感染过新冠病毒的个体体内,已经存在有了针对新冠病毒的T细胞免疫。换句话说,这些个体的免疫系统已经具有对新冠病毒的先天性免疫反应。研究人员推测,他们在感染新冠之前,还接触过其他冠状病毒,而这些冠状病毒与新冠病毒共享某些基因序列,例如NQK-Q8表位等。

并且,研究发现这些T细胞可以识别来自不同冠状病毒的NQK肽,表现出“交叉反应”性。这意味着,这些“先天”存在的T细胞,可以识别并且被SARS-CoV-2激活,从而产生免疫应答。可能的原因在于,来自SARS-CoV-2的不同NQK肽(例如NQK-Q8肽与NQK-A8肽)存在有公共的T细胞受体。这也可以通过HLA-B*15:01与病毒肽复合物的晶体结构看出,病毒肽能够稳定地与HLA-B15:01分子结合,同时NQK-Q8肽与NQK-A8肽具有相似的结构(图4,图5),对T细胞受体的亲和力也相似。这为T细胞交叉反应性提供了分子基础。

总结

总的来说,研究为新冠病毒感染后的无症状找到了分子,基因,细胞以及宏观人群各个层面的证据。首先从队列分析中看到等位基因HLA-B*15:01与新冠无症状的相关性,再到分子生物学分析,发现T细胞的免疫记忆和交叉反应性,最后通过蛋白质晶体结构发现病毒肽的结构相似性,进一步为HLA-B*15:01导致无症状提供分子生物学和细胞免疫的证据。这些结果有助于我们更好地理解SARS-CoV-2的免疫反应,也可能有助于未来的疫苗设计和治疗策略。至少我们可以判断:一个携带HLA-B*15:01 等位基因的人,如果他既往还感染过其他冠状病毒,比如普通感冒的冠状病毒,那么他大概率会拥有能够快速识别并清除新冠病毒的T细胞,能够更快的产生免疫反应,从而大概率,是一个“无症状”的感染者。(完)

参考文献

1. Oran DP, Topol EJ. Prevalence of Asymptomatic SARS-CoV-2 Infection : A Narrative Review. Ann Intern Med. 2020;173(5):362-367. doi:/M20-3012

2. Meyerowitz EA, Richterman A, Bogoch II, Low N, Cevik M. Towards an accurate and systematic characterisation of persistently asymptomatic infection with SARS-CoV-2. Lancet Infect Dis. 2021 Jun;21(6):e163-e169. doi: /S1473-3099(20)30837-9.

3. Augusto DG, Murdolo LD, Chatzileontiadou DSM, et al. A common allele of HLA is associated with asymptomatic SARS-CoV-2 infection [published online ahead of print, 2023 Jul 19]. Nature. 2023;/s41586-023-06331-x. doi:/s41586-023-06331-x

4. Martin MP, Carrington M. Immunogenetics of HIV disease. Immunol Rev. 2013 Jul;254(1):245-64. doi: . PMID: 23772624; PMCID: PMC3703621.

5. Ng MH, Lau KM, Li L, Cheng SH, Chan WY, Hui PK, Zee B, Leung CB, Sung JJ. Association of human-leukocyte-antigen class I (B*0703) and class II (DRB1*0301) genotypes with susceptibility and resistance to the development of severe acute respiratory syndrome. J Infect Dis. 2004 Aug 1;190(3):515-8. doi: /421523. 

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