導讀
感染 COVID-19 後，大多數人會出現一些典型的臨床症狀，如發熱、乾咳、咽痛、嗅覺減退等。但是，有一小部分人群即使感染了也並不會出現症狀，即所謂的「超級躲避者」，也被戲稱為「天選之子」。很多人認為，他們可能擁有一張特殊的「基因王牌」，但此前尚未得到直接的遺傳學證據。
2023 年 7 月 19 日，美國加州大學舊金山分校等單位的研究團隊在Nature發表了題為A common allele of HLA is associated with asymptomatic SARS-CoV-2 infection的文章，解開了為什麼有些人可以在感染 COVID-19 的情況下卻沒有症狀的謎團，首次證明了無症狀感染的遺傳基礎。
研究發現，這一秘密在於人類白細胞抗原（HLA），即免疫系統信號的蛋白質標記物。編碼 HLA 的一個基因突變似乎有助於殺傷病毒的 T 細胞識別 SARS-CoV-2 併發起快速攻擊。攜帶這種變異株的人群的 T 細胞可以識別這種新型冠狀病毒，即使他們以前從未見過它，這是因為它與他們已經知道的季節性感冒病毒很相似。這一發現為藥物和疫苗提供了新的靶點。
圖片來源：Nature
主要研究內容
無症狀感染者高頻攜帶 HLA-B*15:01
為了確定 HLA 變異是否影響個體在 SARS-CoV-2 感染後保持無症狀的可能性，他們分析了 5 個高度多型的 HLA I 類和 II 類基因（HLA-A、HLA-B、HLA-C、HLA-DRB1、HLA-DQB1）的高解析度基因分型資料。
結果發現，與有症狀的個體相比，等位基因 HLA-B*15:01 在無症狀個體中顯著增多。此外，他們還觀察到相關基因型有很強的加性效應。攜帶兩個 HLA-B*15:01 複製的個體保持無症狀的可能性是攜帶其他基因型的個體的 8 倍以上。總體而言，感染後仍無症狀的患者中有五分之一攜帶 HLA-B*15:01，而報告有症狀的患者中僅有 9% 攜帶 HLA-B*15:01。為了證實這一發現，他們還利用兩個獨立隊列的患者進行了驗證。
圖片來源：Nature
未暴露的 T 細胞會對 SARS-CoV-2 產生反應
由於 pHLA（肽-HLA）四聚體對其同源 T 細胞受體的高親和力，人們已經系統地使用流式細胞術在體外觀察和量化低頻抗原特異性 T 細胞。他們集中研究了 4 個 SARS-CoV-2 抗原表位（CVADYSVLY、HVGEIPVAY、NQKLIANQF 和 RVAGDSGFAAY），這些抗原表位在攜帶 HLA-B*15:01 的 COVID-19 患者中引起細胞毒性 CD8+T 細胞介導的細胞免疫。他們觀察到三種 SARS-CoV-2 抗原表位的 Tetramer+CD8+T 細胞。
NQKLIANQF（以下簡稱 NQK-Q8）在 9 個樣品中檢出 5 個。值得注意的是，在這些供體中，100% 的體外 NQK-Q8 Tetramer+CD8+T 細胞是記憶 T 細胞，這表明在此前未接觸過 SARS-CoV-2 的 HLA-B*15:01 個體亞群中，存在對 SARS-CoV-2 的 T 細胞免疫。結合其他的隊列，他們在既往未暴露於 SARS-CoV-2 的 HLA-B*15:01 陽性供體中觀察到 75% 的 NQK-Q8 特異性 T 細胞。
圖片來源：Nature
交叉反應的 NQK 特異性 T 細胞
接下來，他們探索了在未暴露的個體中是否可以觀察到之前在感染患者中觀察到的 T 細胞交叉反應。他們使用來自未暴露和未接種的供體的外周血單個核細胞（PBMCs）建立了每種肽的 T 細胞系，然後用其中一種肽重新刺激每個細胞系，並通過四聚體染色和細胞內細胞因子染色分別檢測 CD8+T 細胞的識別和活化。
結果發現，Tetramer+CD8+T 細胞的數量在供體之間是不同的，使用 NQK-A8 肽生成的細胞株的數量略高。他們隨後測量了 T 細胞對每個肽的反應水平，除 GR8 外，所有供體的 T 細胞對同源肽均有反應。在 80% 的供體中，在 NQK-A8 特異性細胞系中觀察到與肽無關的更強的反應。
值得注意的是，儘管 cytokine+CD8+T 的百分比在供體之間存在差異，兩種多肽在每個細胞系中細胞因子的水平是相似的。這一結果表明，兩種 NQK 肽對 T 細胞的刺激程度相似，反映了 T 細胞的高水平交叉反應。總之，在從未接觸過 SARS-CoV-2 的個體中，T 細胞對季節性冠狀病毒和 SARS-CoV-2 的 NQK 多肽的反應是高度交叉和多功能的。
圖片來源：Nature
隨後，利用 Tetramer+CD8+T 細胞的單細胞分選和 T 細胞受體 (TCR) 庫測序，他們還發現 NQK 特異性 T 細胞表達公共 TCRs，因此，感染前記憶交叉反應的 NQK 特異性 TCR 可能在 SARS-CoV-2 的免疫應答中發揮關鍵作用，導致 HLA-B*15:01 攜帶者無症狀感染。
圖片來源：Nature
NQK 肽具有結構相似性
HLA-B*15:01-限制性肽 NQK-Q8 在所有 SARS-CoV-2 變異體中都是保守的，甚至在 Omicron 的新 XBB 變異體中也是保守的，與 HKU1-CoV/OC43-CoV 的肽只有一個氨基酸不同。因此，他們試圖探究 SARS-CoV-2 和季節性冠狀病毒 HKU1-CoV 和 OC43-CoV NQK 多肽的氨基酸變化是否影響 HLA-B*15:01 的穩定性。
他們將 HLA-B*15:01 分子在每個肽存在的情況下重新摺疊，並使用差示掃描熒光法 (DSF) 進行分析。兩種 pHLA 配合物具有相同的熱熔點，表明 Gln>Ala 氨基酸的變化並不影響 pHLA 的整體穩定性。隨後，他們將每個肽與 HLA-B*15:01 的複合物結晶，並以高解析度求解其結構。總體而言，NQK-Q8 在 HLA-B*15:01 分子的抗原結合裂隙中採用了典型構象。2 號位置的 Gln (P2) 被深深插入 HLA-B*15:01 的囊中，而 P9-Phe 主要錨定殘基則與 F 囊結合。
總的來說，他們的資料表明，這兩個 NQK 多肽相似的構象和穩定 HLA-B*15:01 分子的能力，支持了對公共 TCR 觀察到的相似的親和力。此外，這些 TCRs 對 NQK 多肽的高親和力可能導致這些記憶細胞在 SARS-CoV-2 感染後迅速擴張。
圖片來源：Nature
結語
了解無症狀感染 SARS-CoV-2 的生物學基礎對公共衛生措施、疫苗設計和治療性開發具有重要意義。在這項研究中，他們利用大型資料庫和移動追蹤技術，篩查近 3 萬名以前進行過病毒感染和 HLA 基因分型的人群，揭示了對無症狀 SARS-CoV-2 感染的免疫遺傳學基礎的重要見解，並通過功能和結構研究進一步證實了 HLA 與無症狀感染的強烈關聯，以支持現有免疫模型來解釋觀察到的 HLA 關聯。
本研究通訊作者Jill A. Hollenbach教授說到：「如果你有一支能夠早期識別敵人的軍隊，這是一個巨大的優勢，這就像是讓士兵們做好了戰鬥的準備，知道要尋找什麼。這種名為 HLA-B*15:01 的突變非常常見，約有 10% 的研究對象攜帶這種突變，它雖然不能阻止病毒感染細胞，但可以阻止人們出現任何症狀。」
本研究的合著者Martin Maiers教授提到：「我們感到自豪的是，我們的研究有可能利用長期公共投資建立的國家登記處，以幫助治療疾病和提高我們避免未來大流行的能力。此外，通過研究它們的免疫反應，這可能使我們能夠找到促進對 SARS-CoV-2 免疫保護的新方法，可以用於未來的疫苗或藥物開發。」
題圖來源：站酷海洛
參考文獻：
1. Danillo G. Augusto et al. A common allele of HLA is associated with asymptomatic SARS-CoV-2 infection.Nature (2023).
2. Nguyen, A. et al. Human leukocyte antigen susceptibility map for severe acute respiratory syndrome coronavirus 2. J. Virol. 94, e00510-20 (2020).
3. Augusto, D. G. & Hollenbach, J. A. HLA variation and antigen presentation in COVID-19 and SARS-CoV-2 infection. Curr. Opin. Immunol. 76, 102178 (2022).