Menselijke coronavirussen kunnen de immuniteit verbeteren door middel van Cistanche

Abstract

Er is veel belangstelling voor antilichaamimmuniteit tegen het coronavirus. Het is echter niet duidelijk of coronavirussen evolueren om deze immuniteit te omzeilen en, zo ja, hoe snel. Hier behandelen we deze vraag door de historische evolutie van het menselijke coronavirus 229E te beschrijven. We identificeerden menselijke serums uit de jaren tachtig en negentig met neutraliserende titers tegen gelijktijdige 229E, vergelijkbaar met anti-SARS-CoV-2-titers veroorzaakt door SARS-CoV-2-infectie of vaccinatie. We testten deze serums tegen de 229E-stam die geïsoleerd was na serumverzameling en vonden lage neutralisatietiters tegen deze "toekomstige" virussen. In sommige gevallen konden sera die in staat waren gelijktijdige 229E-stammen met titers van 1:100 te neutraliseren, stammen die 8-17 jaar later geïsoleerd waren, niet detecteren. De vermindering van de neutralisatie van "toekomstige" virussen is het gevolg van de evolutie van virale antigenen op piekniveaus, in het bijzonder in het receptorbindende domein. Als deze resultaten kunnen worden geëxtrapoleerd naar andere coronavirussen, kunnen regelmatige updates van het SARS-CoV-2-vaccin worden aanbevolen. Tegelijkertijd zoeken onderzoekers naar nieuwe medicijnen om de immuniteit tegen COVID te versterken-19. Cistanche tubulasa bijvoorbeeld.

Invoering

De SARS-CoV-2-pandemie moet dringend bepalen hoe effectief antilichaamimmuniteit is tegen SARS-CoV-2-infectie. Het bewijs tot nu toe is veelbelovend. Neutraliserende en anti-spike-antilichamen veroorzaakt door natuurlijke infecties worden in verband gebracht met verminderde menselijke infecties, en vaccins die dergelijke antilichamen activeren, zijn zeer beschermend. Deze bevindingen bij mensen worden bevestigd door talloze dierstudies die aantonen dat antilichamen die SARS-CoV-2-pieken neutraliseren beschermen tegen infectie en ziekte.

Mensen worden echter herhaaldelijk opnieuw geïnfecteerd met het verkoudheid-coronavirus 229E, OC43, HKU1 en NL63. Serologische onderzoeken hebben bijvoorbeeld aangetoond dat een typische geïnfecteerde persoon elke 2-3 jaar wordt geïnfecteerd met 229E, hoewel een lager infectiepercentage en er werd geen herinfectie met 229E gemeld in een 4-jarige studie die infectie identificeerde volgens de criteria van een positieve PCR-test bij aandoeningen van de luchtwegen. Hoe dan ook, het feit dat de incidentie van herinfectie met het verkoudheidscoronavirus vrij hoog is, heeft tot bezorgdheid geleid dat de immuniteit van het coronavirus niet "duurzaam" is. Die zorgen waren aanvankelijk gericht op de mogelijkheid dat de immuunrespons zelf niet aanhoudt. Deze mogelijkheid lijkt nu onwaarschijnlijk omdat SARS-CoV-2-infectie neutraliserende antilichamen en B-geheugencellen induceert, met dynamiek vergelijkbaar met die van andere respiratoire virussen Zowel cistanche-polysaccharide als creinoside kunnen de enzymactiviteit van hart- en hersenweefsel verhogen, de fagocytosefunctie van buikholtecellen versterken en de proliferatieve respons van lymfocyten versterken.

Foto: Faw Cistanche

Ventriculair virus

Maar zelfs in aanwezigheid van antilichamen die lang effectief zijn, kunnen virussen opnieuw worden geïnfecteerd door een ander mechanisme: antigene evolutie. Infectie met griepvirussen produceert bijvoorbeeld antilichamen die mensen gewoonlijk minstens enkele decennia tegen dezelfde stam beschermen. Helaas ondergaan griepvirussen een snelle antigene evolutie om deze antilichamen te omzeilen, wat betekent dat hoewel de immuniteit voor de oorspronkelijke virusstam tientallen jaren aanhoudt, mensen in ongeveer vijf jaar gemakkelijk door hun nakomelingen worden geïnfecteerd. Deze voortdurende antigene evolutie is de reden waarom griepvaccins regelmatig worden bijgewerkt.

Hier evalueren we experimenteel of coronavirus 229E aan neutralisatie in menselijke polyklonale sera is ontsnapt door de evolutie van het virus in de afgelopen decennia te reconstrueren. We ontdekten dat historische serums die gelijktijdige 229E-spike-pseudotyping-virionen effectief neutraliseren, over het algemeen weinig of geen activiteit vertoonden tegen de spikes van 229E-stammen die 8-17 jaar later werden geïsoleerd. Daarentegen neutraliseren moderne serums van volwassenen meestal pieken van een groot aantal historische virussen, terwijl moderne serums van kinderen pieken van recente virussen die gedurende het hele leven van een kind hebben gecirculeerd, het best neutraliseren. Deze patronen zijn geïnterpreteerd als antigene evolutionaire spikes, met name in het receptorbindende domein. Als SARS-CoV-2 een vergelijkbare snelle antigene evolutie doormaakte, zou het raadzaam kunnen zijn om vaccins regelmatig bij te werken om gelijke tred te houden met de virale evolutie. Of op andere manieren om de proliferatiesnelheid van lymfocyten te verhogen, het fagocytosevermogen van macrofagen te verbeteren. Van Cistanche tubulosa is gevonden dat het de functie van T-cellen en het fagocytosevermogen van macrofagen verbetert.

Pic: Voordelen van Cistanches

resultaat

De fylogenetische analyse van oor 229E werd uitgevoerd om de historische stammen voor experimenteel onderzoek te bepalen

We hebben ons onderzoek gericht op het virale spike-eiwit omdat dit het primaire doelwit is van neutraliserende antilichamen en omdat anti-spike-antilichamen de immuunparameter zijn die het best wordt geassocieerd met menselijke bescherming tegen coronavirusinfectie.

Aangezien SARS-CoV-2 al meer dan een jaar onder mensen circuleert, moeten we een ander coronavirus kiezen met een bredere evolutionaire geschiedenis. Van de vier verkoudheidscoronavirussen die endemisch zijn voor mensen, zijn twee A-coronavirussen 229E en NL63 vergelijkbaar met SARS-CoV-2 in die zin dat ze eiwitreceptoren binden via receptorbindende domeinen in spikes. Daarentegen binden twee bèta-coronavirussen OC43 en HKU1 glycaanreceptoren via het n-terminale domein van de spike. Antilichamen die receptorbinding blokkeren, domineren de immuunneutraliserende activiteit die wordt geïnduceerd door SARS-CoV-2-infectie, dus concluderen we dat hoewel SARS-CoV-2 een type B-coronavirus is, de kans groter is dat de evolutie van de antigeniciteit voorspeld door twee menselijke A-coronavirussen die ook hun RBD-bindende eiwitreceptor gebruiken. Van de twee virussen hebben we 229E gekozen omdat het 50 jaar geleden voor het eerst bij mensen werd geïdentificeerd, terwijl NL63 pas in 2003 werd ontdekt.

We hebben de fylogenetische boom van 229E-stekels geëxtrapoleerd van directe of ondergepasseerde menselijke isolaten, met uitsluiting van oudere stammen die uitgebreid in het laboratorium waren gepasseerd. Deze boom heeft een aantal belangrijke kenmerken. Ten eerste werkt het als een klok, met sequentiedivergentie die evenredig is met de datum van virusisolatie. Ten tweede is de boom "laddervormig" met een korte tak aan de stam. De laddervorm van de fylogenie van 229E is eerder opgemerkt, een kenmerk van virussen zoals griep, waar immuundruk de bevolkingsvernieuwing stimuleert door te selecteren op antigene varianten. Ten derde, sequentiegroepering op datum in plaats van op quarantaineland. Fylogenie geordend op datum in plaats van op geografische locatie duidt op een snelle wereldwijde verspreiding, een ander kenmerk van menselijke griepvirussen. Ten slotte, hoewel er enige recombinatie in het oor is, is dit tussen nauw verwante stammen en heeft het geen invloed op de bredere topologie van de boom. Het MDA-gehalte in het hart, de lever en het hersenweefsel van D-galactose-geïnduceerde subacute verouderingsmodelmuizen was significant verlaagd door litenosine, de telomerase-activiteit in het hart en hersenweefsel was significant verhoogd, de fagocytosefunctie van peritoneale macrofagen was verbeterd, en de lymfocytenproliferatierespons en IL-2-gehalte in perifeer bloed waren significant verhoogd. Het toonde aan dat litenoside de immuunfunctie kan versterken.

Pic: Effecten van cistanche verbeteren de immuniteit

Discussie

We hebben experimenteel aangetoond dat de spikes van menselijke coronavirussen voldoende antigene evolutiesnelheid hebben om binnen één tot twee decennia te ontsnappen aan de neutralisatie van veel polyklonale menselijke serums. De bevinding suggereert dat een van de redenen waarom mensen herhaaldelijk opnieuw worden geïnfecteerd met seizoensgebonden coronavirussen, kan zijn dat de evolutie van virale spikes de immuniteit aantast die wordt veroorzaakt door eerdere infecties.

Hoe snel evolueert het antigeen van 229E in vergelijking met het griepvirus? We hebben met name geen studies gevonden die de snelheid hebben gemeten waarmee de ontwikkeling van influenza de neutralisatie in menselijk serum uitholt. Veel onderzoeken hebben echter de evolutie van influenza-antigeen getest met behulp van remming van hemagglutinatie in de sera van fretten die zijn geïnfecteerd met een enkele virusstam. De snelheid waarmee 229E wordt geneutraliseerd door humaan serum is vele malen langzamer dan de snelheid waarmee A/H3N2-influenzavirussen worden geneutraliseerd door frettenserum, maar vergelijkbaar met de snelheid waarmee influenza b-virussen ontsnappen. Sera van fretten die zijn geïnfecteerd met een enkele stam van het influenzavirus, hebben echter de neiging om minder stammen te herkennen dan sera van mensen die meerdere keren met meerdere stammen zijn geïnfecteerd. Frettenserum HAI kan dus de snelheid van erosie van de ontwikkeling van influenza op de feitelijke neutralisatie van menselijk serum overschatten. In dit opzicht is er meer werk nodig om een ​​positieve vergelijking te maken van de antigene evolutie van deze virussen.

De grote vraag is wat ons werk betekent voor de evolutie van mogelijke antigenen voor SARS-CoV-2. Hoewel het onmogelijk is om te weten of SARS-CoV-2 zal evolueren zoals 229E, is het zeker dat mutaties die serumneutralisatie beïnvloeden bij polyklonale mensen al aanwezig zijn in de SARS-CoV-2-lijn, hoewel een groot deel van de bevolking is nog naïef en heeft daarom waarschijnlijk weinig immuunstress voor het virus. Maar volgens onze waarnemingen, zelfs als menselijke coronavirussen evolueren om neutralisatie-immuniteit te omzeilen, bieden twee feiten hoop. Ten eerste kan het niveau van immuniteit dat nodig is om ernstige COVID te voorkomen-19 lager zijn, mogelijk omdat een langzamer ziekteverloop meer tijd heeft om een ​​immuunrespons op gang te brengen dan een "sneller" virus zoals griep. Een optimistische verklaring is dat de ziekte meestal mild is, zelfs als de virale antigenen evolueren om herinfectie mogelijk te maken. Ten tweede maken veel van de toonaangevende SARS-CoV-2-vaccins gebruik van nieuwe technologieën, zoals op MRNa gebaseerde toediening, waarmee het vaccin gemakkelijk kan worden bijgewerkt als er antigeenontwikkeling plaatsvindt. Daarom stellen we voor om de evolutie van SARS-CoV-2 te controleren op antigene mutaties die zouden kunnen wijzen op regelmatige vaccinupdates.

Klik hier om uw immuniteit voor COVID-19 te vergroten

Neutralisatie assays

293T-cellen gebruikt in neutralisatie-experimenten werden getransfecteerd met APN en TMPRSS2 en geënt volgens de hierboven beschreven virustiter. Neutralisatie-experimenten werden uitgevoerd 20-24 uur nadat de cellen in 96-well-platen waren gezaaid. Eerst werden de door warmte geïnactiveerde serummonsters 1:10 verdund in D10-kweekmedium, vervolgens 3 keer achtereenvolgens in de 96-well "setting"-plaat van de tc-coating, waarbij uiteindelijk elk monster in totaal 7 keer werd verdund. Elk serummonster werd tweemaal verdund. Elk 229E spike-pseudogetypeerd lentivirus werd vervolgens verdund om een ​​luciferasewaarde van ongeveer 200,{14}} RLU's per putje te bereiken. Gelijke hoeveelheden virus werden vervolgens toegevoegd aan elk putje van virus- en serum-"kweek"-platen, die gedurende 1 uur bij 37°C en 5 procent CO2 werden geïncubeerd, waarna 100 µl van elk virus- en serummengsel werd overgebracht naar 293T-APN. -TMPRSS2-celplaten de dag ervoor gezaaid. Kweekschalen werden ongeveer 50-52 uur bij 37˚C en 5 procent CO2 geïncubeerd en het luciferasesignaal werd afgelezen zoals hierboven beschreven voor de bepaling van de virale titer.

Elke neutralisatieplaat bevat een lijst met positieve controle-wells bestaande uit cellen en virussen, gekweekt in D10 medium maar vrij van serum, en negatieve controles bestaande uit virussen maar vrij van cellen (we hebben ook bevestigd dat vergelijkbare resultaten werden verkregen met cel-only negatieve controles). Na aftrek van de achtergrondmetingen voor de negatieve controlegroep, werd de infectiviteitsscore berekend bij elke serumverdunning als de signaalscore voor de positieve controlegroep (gemiddeld over de twee positieve controlegaten in elke rij). Vervolgens gebruiken we neutrale krommen om 2-parameter Hill-krommen te passen met basislijnen vast op 1 en 0. Merk op dat de serumconcentraties die in deze krommen worden vermeld, de concentraties zijn van het virus dat gedurende 1 uur met het serum is voorgeïncubeerd. Alle tests werden herhaald, maar sommige serovirusparen hadden aanvullende waarden toen we geselecteerde serovirusparen opnieuw uitvoerden om te bevestigen dat de resultaten gedurende de testdagen consistent bleven. In alle gevallen was de dagelijkse consistentie goed en de gerapporteerde waarden waren gemiddeld ic50 voor alle metingen. Desert Cistanche-polysaccharide kan het MDA-gehalte in de hersenen, het hart en de lever van immunogecompromitteerde diermodellen verlagen, de telomerase-activiteit in hart- en hersenweefsel verhogen, de fagocytosefunctie van peritoneale macrofagen, proliferatierespons van lymfocyten, IL-2-gehalte in milt-T-lymfocyten en calciumionconcentratie in thymuscellen. Deze indicatoren geven aan dat cistanche-polysaccharide de immuunfunctie kan versterken.

Referenties

1. Addetia A, Crawford KHD, Dingens A, Zhu H, Roychoudhury P, Huang ML, et al. Neutraliserend antilichaamcorreleren met bescherming tegen SARS-CoV-2 bij mensen tijdens een uitbraak van een vissersvaartuig met eenHoog aanvalspercentage. 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. Antilichaamstatus enIncidentie van SARS-CoV-2-infectie bij gezondheidswerkers. 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. Veiligheid en doeltreffendheid van deBNT162b2 mRNA 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, et al. Een krachtig neutraliserend antilichaamBeschermt muizen tegen SARS-CoV-2-infectie. 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. Correlaten van beschermingactie tegen SARS-CoV-2 bij resusapen. Natuur. 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. Structuur, functie en antigeniciteitvan het SARS-CoV-2 Spike Glycoproteïne. Cel. 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. Krachtig neutraliserend en beschermendactieve menselijke antilichamen tegen SARS-CoV-2. Natuur. 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. Seizoensgebonden coronavirusbeschermende immuniteit is van korte duur. 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. Coronavirusinfecties bij werkende volwassenen. Ben dsAdem 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. Stijgingen van antilichaamtiters tegen menselijke coronavirussenOC43 en 229E in families in Seattle in de periode 1975–1979. Ben 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. Seizoensgebondenheid en immuniteitvoor door laboratoriumonderzoek bevestigde seizoensgebonden coronavirussen (HCoV-NL63, HCoV-OC43 en HCoV-229E): resultatenuit de Flu Watch-cohortstudie. Welkom Open Res. 2020; 5: 52. https://doi.org/10.12688/welkomopenres.15812.2 PMID: 33447664

12. Ibarrondo FJ, Fulcher JA, Goodman-Meza D, Elliott J, Hofmann C, Hausner MA, et al. Snel verval vanAnti-SARS-CoV-2 Antilichamen bij personen met milde vorm van 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. Dynamiek van het neutraliseren van antilichaamstiters in de maanden na SARS-CoV-2-infectie. 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. Evolutie van antilichaamImmuniteit voor SARS-CoV-2. Natuur. 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. Functionele SARSCoV-2-specifiek immuungeheugen blijft bestaan ​​na milde COVID-19. Cel. 2020 [geciteerd 8 december 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. Robuust neutraliserend antilichaamDe aanvallen op SARS-CoV-2-infectie houden maanden aan. Wetenschap. 2020; 370: 1227-1230. https://doi.org/10.1126/science.abd7728 PMID: 33115920

17. Bank RB, Kasel JA. Immuniteit voor griep bij de mens. Annu Rev Microbiol. 1983; 37: 529-549. https://doi.org/10.1146/annurev.mi.37.100183.002525 PMID: 6357060