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来源:《返朴》(ID:fanpu)

撰文

Gene

本文要点:

1、抗体依赖增强(ADE)效应主要发生在具有Fc受体的免疫细胞。许多病毒(包括冠状病毒)都发现了ADE效应的证据,主要表现是增强病毒感染能力。

2、体外实验发现ADE现象,不代表一定会影响临床结果。

3、提高抗体质量是减少疫苗ADE风险的关键。

近来,各国的新冠疫苗研发纷纷进入三期临床阶段,新冠病毒(SARS-CoV-2)疫苗的安全性问题再次进入公众视野。不少文章都提到,ADE效应可能是新冠疫苗的潜在风险。

什么是ADE效应?ADE全称Antibody-dependentenhancement,意为抗体依赖性增强,比较通俗的解释是:病毒在感染细胞时,由于某些原因,体内已有的相关抗体会增强病毒的感染能力。换言之,经自然免疫或疫苗接种后,再次接触相关病毒时,体内产生的抗体可能会增强其感染能力,最终导致病情加重。

那么,ADE在科学上是如何解释的?新冠病毒是否也存在ADE效应?我们应该怎样避免?本文将深入介绍病毒的ADE效应,希望帮助大家正确理解科学现象和科学结论。

抗体依赖性增强效应的发现

抗体(antibody)最早是由德国科学家贝林(EmilAdolfVonBehring)和日本科学家北里柴三郎(KitasatoShibasaburo)共同发现的。他们发现,将感染破伤风杆菌的兔子血清注入小鼠体内,可以使小鼠免受破伤风杆菌以及破伤风毒素的侵害[1]。随后,贝林又给豚鼠注射了灭活的白喉杆菌和白喉毒素,发现豚鼠的血清也具有了抗白喉杆菌和白喉毒素的保护性[2]。因此,贝林认为免疫后的动物血清中会产生一种名为“抗毒素(antitoxin)”的保护性物质,可以与外来抗原(antigen)反应而起作用。

“抗毒素”也就是后来所说的抗体,年,德国科学家埃尔利希(PaulEhrlich)首次使用了“抗体”(antik?rper)一词[3]。后来科学家又发现抗体主要分为五种亚型:IgA、IgD、IgE、IgG和IgM。

抗原(antigen)是指病原体上能够被免疫细胞特异性识别的分子。每个抗原可以有一个或多个抗原表位。抗原表位更加细致,它是抗原分子中决定抗原特异性的化学基团。免疫细胞(或抗体)主要通过识别抗原表位来与抗原相互作用,进而引发免疫反应。(见下图)

年,澳大利亚科学家RoyleHawkes在一次实验中意外地发现,在高度稀释的鸡抗体血清的环境中,黄病毒科的多种病毒对鸡胚成纤维细胞的感染性增强[4]。这一发现与“血清具有保护作用”的认识相矛盾,Hawkes对自己的发现产生了怀疑。

3年后,Hawkes终于证实,血清确实有可能增强病毒的感染性,并进一步发现,这一现象和血清中的IgG抗体有关[5]。抗体本是机体抵抗病毒入侵的盾牌,但病毒却可以“以子之盾,化己之矛”,依靠抗体的帮助入侵细胞。这是人类首次认识到病毒的抗体依赖性增强效应,但当时Hawkes并没能解释这一现象的具体机制。

现在,广义的ADE认为:

一些不理想的抗体可以增强病毒感染能力,甚至协助病毒进入原先无法进入的细胞,进而导致病毒大量复制或免疫细胞应答异常,最终使感染者病情加重,导致组织病理损伤。

直到年,登革热领域的先驱、著名病毒学家ScottHalstead才将登革热病毒(denguevirus,DENV)在临床上引起的重症登革热和ADE联系起来——部分感染者康复之后获得了对登革热病毒的免疫力,然而一段时间后,当这些患者第二次感染登革热病毒时,病情反而比第一次更严重。

登革热病毒分为不同的血清型(即病毒的亚种),实验发现,对I型、III型和IV型具有免疫力的猴子在接受II型病毒感染后,体内的登革热病毒不但没有被清除,病毒水平反而还明显高于其他猴子。Halstead进一步发现,登革热病毒在具有免疫力的猴子或人的外周血白细胞中复制得更快。基于种种证据,Halstead得出结论,ADE和白细胞有关:在有抗体的条件下,病毒可以在白细胞中大量复制[6-8]。

为什么发生在白细胞?

这要从病毒感染细胞的步骤说起。病毒在进入人体后,首先通过自身的膜蛋白与人体细胞表面受体结合,之后通过膜融合或细胞内吞作用进入细胞,随后释放遗传物质,进行复制装配,最后释放病毒“子代”,继续感染其他细胞。

病毒入侵白细胞的过程亦不例外。Halstead解释说,ADE是由白细胞表面的Fc受体(FcR)介导发生的。在抗体的Fab段识别和结合病毒后,抗体的Fc段与白细胞(包括单核巨噬细胞、B细胞、中性粒细胞等)表面的Fc受体相互作用,使病毒粘附于白细胞表面,促进了白细胞对病毒的内吞作用,相当于“引狼入室”,增强了病毒的感染能力。这也是目前ADE发生的最主要机制。

什么是抗体的Fab段和Fc段?一张图带你认识——

图1.抗体即免疫球蛋白(immunoglobulin,Ig)分子,基本结构呈“Y”字形。Y字形的两臂是识别外来抗原的关键所在,所以也称为抗原结合片段(fragmentantigenbinding),即Fab段;Y字形的根部称为可结晶片段(fragmentcrystallizable),即Fc段,主要负责调节免疫细胞活动。另外,Fc段也与ADE有关。

作者作图

随后,著名病毒学家、香港大学公共卫生学院前院长MalikPeiris通过更详细的实验证据阐明了这一机制[9,10]。Peiris发现,在西尼罗病毒(WNV,属于黄病毒科)感染巨噬细胞系的过程中,阻断白细胞表面的特定Fc受体与抗体Fc段的结合,就可以阻断病毒感染的ADE效应。其他研究者在登革热病毒和黄热病毒(YFV,属于黄病毒科)的实验中也得到了同样的结论[11,12]。黄病毒科因为ADE而一时名声大噪。

ADE机制不止一种

年,马来西亚病毒学家JaneCardosa发现了黄病毒科的另一种ADE机制。实验中,在IgM抗体存在的条件下,西尼罗病毒对淋巴瘤细胞的感染性增强。然而,像过去一样,阻断细胞表面的Fc受体,却不再有用;而如果阻断抗体Fc段与细胞表面的III型补体受体(CR3)的结合,则可以停止病毒的感染性增强作用[13]。

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