抗體依賴性增強效應的作用機制及在人類冠狀病毒感染中的表現概述

李 靜，尹海暢，于天飛

(齊齊哈爾大學生命科學與農林學院，黑龍江 齊齊哈爾 161006)

0 引 言

病毒感染始于附著宿主細胞膜，在這個過程中病毒表面蛋白與宿主細胞上的特異性受體結合，為了阻斷病毒與靶細胞的黏附，宿主免疫系統通過分泌針對病毒表面蛋白的抗體來中和病毒，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合反而能促進病毒侵入某些類型的細胞，促進病毒感染，這樣的現象稱為抗體依賴性增強效應(ADE)[1]。

HAWKES等早在20世紀60年代就報道稱ADE在埃博拉病毒(EBoV)、人類獲得性免疫缺陷病毒(HIV)、登革熱病毒(DENV)感染中常見[2]。1981年，WEISS等首次報道了冠狀病毒的ADE現象[3]。冠狀病毒家族成員嚴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，它的出現和全球迅速傳播導致了大量的全球發病率和死亡率，造成了廣泛的社會性和經濟性破壞。SARS-CoV-2是一種與嚴重急性呼吸綜合征冠狀病毒(SARS-CoV)密切相關的β-冠狀病毒(序列同源性約為80%)，也與馬蹄蝠中發現的冠狀病毒親緣關系密切[4]。SARS-CoV-2 纖突(S)蛋白由S1亞單位和S2亞單位組成，S1亞單位含有受體結合域(RBD)，S2亞單位介導病毒與宿主細胞的膜融合。疫苗接種的一個主要目標是產生中和抗體，通過阻斷受體-RBD相互結合作用或S蛋白介導的膜融合來阻止SARS-CoV-2進入宿主細胞。病毒疫苗及抗體相關免疫療法的一個潛在障礙是潛在的ADE可能加重COVID-19感染風險[5]。

1 ADE的作用機制

目前研究認為，ADE存在五種機制，不同病毒的ADE效應不一定由單一機制造成。ADE的第一種機制依賴于Fc受體(FcR)。FcR主要分布在免疫細胞上，是抗體Fc部分的受體[6]。在FcR介導的ADE中，病毒表面蛋白與抗體結合形成病毒-抗體復合物，該復合物通過抗體上的Fc部分與其在特定細胞表面的受體的相互作用來增強病毒黏附，這種機制在DENV和HIV感染中均有發現[7]，其中登革熱是ADE最突出的疾病，是人類最早發現的病毒性疾病之一，也是感染率增長最快的全球流行病[8]。第二種機制依賴于補體C3。C3分子通過抗體與病毒表面蛋白結合的經典途徑激活之后，補體C3與相應受體之間的相互作用以病毒-抗體-補體復合物的形式增強病毒黏附，補體受體比FcR分布更廣，包括免疫細胞和濾泡樹突狀細胞、平滑肌細胞等細胞都具有補體受體，這一機制是西尼羅河病毒和HIV產生ADE的基礎[9]。第三種機制依賴于補體C1q。病毒-抗體復合物與C1q結合，通過沉積C1q及其受體的結合物促進病毒包膜與細胞膜的融合。兩個或兩個以上的單體IgG抗體與特定表位緊密結合，使C1q與抗體Fc部分結合，形成病毒-抗體-C1q復合物。該復合物與細胞上的C1q受體結合，啟動細胞內信號通路，促進病毒與其特異性受體的結合和靶細胞的內吞作用。C1q受體不僅存在于炎性單核/巨噬細胞上，而且分布于許多不同類型的細胞，包括中性粒細胞、B細胞、成纖維細胞、平滑肌細胞和內皮細胞，因此C1q介導的ADE解釋了為什么早期抗病毒血清可以增強非單核細胞的病毒感染率。EBoV感染利用了這一機制產生ADE。第四種機制是通過刺激和增強靶細胞的某些生理功能如內吞作用等來抑制抗病毒基因的表達。這一機制在羅斯河病毒感染中得到了證實[10]。在這一機制中，病毒主要依靠Fc受體進入細胞，而通過與病毒受體結合進入細胞的病毒數量相應減少。這發生在病毒的復制過程中，導致腫瘤壞死因子(TNF)和誘導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]。最后一種機制是通過改變病毒蛋白與抗體結合的構象來增強病毒和細胞的融合，在HIV感染中發現了這種方式。單克隆抗體識別HIV外膜上的糖蛋白gp120，并在亞中和濃度下與其一個亞單位結合，然后誘導殘余亞單位的構象改變，并通過激活病毒糖蛋白促進病毒與靶細胞的膜融合。針對gp120的特異性抗體可調節gp120與病毒受體CCR5之間的相互作用[12]。

2 ADE在人類冠狀病毒感染中的表現

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

之前對SARS-CoV的研究表明，抗體在高致病性冠狀病毒發病機制中作用的復雜性。在COVID-19出現后不久，重癥病例的異質性問題就引起了人們的關注，并將其歸因于ADE。在疫苗或特殊療法出現之前，恢復期血漿療法被認為是一個很好的治療手段。然而，隨后發現血清轉化和中和抗體反應與臨床嚴重程度和死亡率相關，COVID-19患者的潛在ADE首次引起人們關注[15]。據報道，在COVID-19患者中SARS-CoV-2抗體滴度越高病情越嚴重。COVID-19重癥病例相對于普通病例的抗體滴度更高，研究人員推測這是由于病毒載量更高而導致抗原暴露于免疫系統的時間更長。然而，最近的一項研究表明，無癥狀和有癥狀的COVID-19患者的上呼吸道病毒脫落程度是無法區分的[16]。在SARS-CoV動物模型中，疫苗誘導的ADE的證據是相互矛盾的，并且引起了潛在的安全問題。而在COVID-19的研究中，最新發表的關于恢復期血漿用于治療的研究結果顯示，雖然只測試了10名重癥成年患者，但結果令人滿意，沒有感染加重現象[17]。另一項研究測試了一種純化的SARS-CoV-2滅活病毒候選疫苗，盡管滅活病毒疫苗被認為可能具有ADE，但該疫苗在小鼠、大鼠和非人靈長類動物中具有很強的中和誘導作用而沒有出現ADE[18]。由于SARS-CoV-2疫苗在人體中的應用尚未見報道，SARS-CoV-2是否會在患者體內誘發ADE仍需進一步驗證。另有證據表明，引發針對S蛋白中和抗體的疫苗保護了動物免受SARS-CoV的攻擊，而無感染增強現象。這些數據表明，引發高中和抗體滴度的SARS-CoV-2人類免疫策略成功的幾率很高，感染風險很小。

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。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，但其更容易介導ADE產生。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抑制中發揮作用。四是篩選合適的佐劑。先前對SARS-CoV的研究表明，適宜的佐劑可促進TH2型免疫，降低病理性免疫反應的發生，提示佐劑的潛在重要性[20]。此外，還可通過修改Fc結構來降低ADE的風險。

4 結語

為了更好地揭示SARS-CoV-2的發病機制，應在地方、區域、國家和全球各層級開展工作，以實現最佳健康結果為目標，闡釋人、動物、植物及其共享環境之間的相互聯系。免疫信息學方法是一種很重要的方法，通過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，為病毒感染機制研究開辟新途徑。在SARS、MERS和其他人類呼吸道病毒感染(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措施存在ADE風險[21]。然而，臨床數據尚未完全確定ADE在人類COVID-19病理學中的作用。降低免疫治療引起ADE風險的步驟包括誘導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，因為后者更容易引起ADE。闡明SARS-CoV-2與ADE的關系可能還需要一定的時間，但實際意義重大。