COVID-19 MRNA-vaksine beskytter mot SARS-CoV-2 Omicron BA.1-infeksjon i diett-induserte overvektige mus gjennom å øke vertens medfødte antivirale responser

Sammendrag

Bakgrunn

Fedme er en verdensomspennende epidemi og regnes som en risikofaktor for alvorlig manifestasjon av Coronavirus Disease 2019 (COVID-19). Patogenisiteten til alvorlig akutt respiratorisk syndrom coronavirus 2 (SARS-CoV-2) og vertsrespons på infeksjon, reinfeksjon og vaksinasjon hos personer med fedme er fortsatt ufullstendig forstått.

Metoder

Ved å bruke den diett-induserte overvektige (DIO) musemodellen, studerte vi SARS-CoV-2 Alpha- og Omicron BA.1-induserte sykdomsmanifestasjoner og vertsimmunresponser på infeksjon, re-infeksjon og COVID{ {6}} mRNA-vaksinasjon.

Funn

I motsetning til magre mus, replikerte Omicron BA.1 og Alpha til sammenlignbare nivåer i lungene til DIO-mus og resulterte i en lignende grad av vevsskade. Det er viktig at både T-celle- og B-celle-mediert adaptiv immunrespons på SARS-CoV-2-infeksjon eller COVID-19 mRNA-vaksinasjon er svekket i DIO-mus, noe som fører til høyere tilbøyelighet til re-infeksjon og lavere vaksine effektivitet. Til tross for fravær av nøytraliserende antistoff, er vaksinerte DIO-mus imidlertid beskyttet mot lungeskade ved Omicron-utfordring, ledsaget av betydelig mer IFN- og IFN-produksjon i lungevevet. Lung-RNAseq og påfølgende eksperimenter indikerte at COVID-19 mRNA-vaksinasjon i DIO-mus økte antiviral medfødt immunrespons, inkludert uttrykket av IFN- sammenlignet med de ikke-vaksinerte kontrollene.

cistanche planteøkende immunsystem

Tolkning

Funnene våre antydet at COVID-19 mRNA-vaksinasjon forbedrer vertens medfødte antivirale responser ved fedme som beskytter DIO-musene til en viss grad når adaptiv immunitet er suboptimal.

Finansiering

En fullstendig liste over finansieringsorganer som har bidratt til denne studien finner du i Acknowledgements-delen.

Nøkkelord: Fedme; Diett-indusert overvektige mus; SARS-CoV-2}}; COVID-19; Vaksinasjon; Omicron

Introduksjon

Coronavirus Disease 2019 (COVID-19) er forårsaket av alvorlig akutt respiratorisk syndrom coronavirus-2 (SARS CoV-2), som har resultert i mer enn 630 millioner infeksjoner med over 6,5 millioner dødsfall.1 –3 Avansert alder og komorbiditeter inkludert hypertensjon, fedme, visse kreftformer og hjerte- og karsykdommer har blitt foreslått som risikofaktorer for å utvikle alvorlig covid-19.4 Blant disse tilstandene regnes fedme for tiden som en verdensomspennende epidemi og er assosiert med type II diabetes mellitus, kardiovaskulær sykdom, hypertensjon og ikke-alkoholisk fettleversykdom på grunn av kronisk lavgradig systemisk betennelse.5 Tidligere studier rapporterte at diett-induserte overvektige (DIO) mus fikk dysregulerte medfødte immunresponser og utviklet alvorlig lungeskade etter pandemisk influensa H1N1-infeksjon.6–8 Siden utbruddet av covid-19-pandemien har kliniske rapporter antydet at personer med fedmerelaterte tilstander har høyere risiko for covid-19 og er mer utsatt for alvorlig sykdom. 9,10 I tillegg indikerte en fersk studie at fedme er assosiert med forsinket SARS-CoV-2-clearance og ugunstig prognose hos COVID-19-pasienter.11 Imidlertid er patogenisiteten til SARS-CoV-2 og vertsrespons på re-infeksjon og vaksinasjon hos personer med fedme er fortsatt ufullstendig forstått.12 Siden fremveksten i 2019, fortsetter SARS-CoV-2 å utvikle seg og generere nye SARS-CoV-2-varianter som gir bekymring ( VOC) inkludert Alpha, Beta, Gamma, Delta og Omicron. Disse VOC-ene bærer nøkkelmutasjoner i spike og andre virale proteiner som kollektivt modulerer deres patogenese, immununnvikende evne og overførbarhet. I slutten av november 2021 ble SARS-CoV-2 Omicron BA.1 først rapportert i Sør-Afrika, som raskt spredte seg og erstattet Delta som den dominerende sirkulerende SARS-CoV-2-varianten tidlig i 2022. Omicron BA .1 inneholder over 30 aminosyreendringer i en spike sammenlignet med forfedres SARS-CoV-2, noe som resulterer i dens unike virologiske egenskaper, inkludert redusert patogenisitet, økt overførbarhet13–17 og unnvikelse av vaksinindusert immunitet.18– 20 Siden Omicron og dets underlinjer nå er de dominerende SARS-CoV-2-stammene, er det viktig å forstå manifestasjonen av Omicron-infeksjon i den overvektige befolkningen. Det viktigste er at effektiviteten av COVID-19 mRNA-vaksinasjon i overvektige tilstander fortsatt er ufullstendig undersøkt.

I denne studien brukte vi DIO-mus som en dyremodell for å simulere manifestasjonen av Alpha og Omicron BA.1 i sammenheng med SARS-CoV-2 patogenese, reinfeksjon og COVID-19 mRNA-vaksinemediert beskyttelse hos overvektige individer. Først fant vi at SARS-CoV-2 resulterte i mer alvorlige sykdomsutfall hos DIO-mus enn hos magre mus. I mellomtiden fant vi at serumnøytraliserende antistoffresponser og virusspesifikke T-celle interferonresponser indusert av enten virusinfeksjon eller COVID{10}} mRNA-vaksinasjon ble alvorlig svekket i DIO-mus, noe som resulterte i høyere mottakelighet for re-infeksjon og mindre COVID-19 mRNA-vaksinebeskyttelse av DIO-mus sammenlignet med magre mus. For det andre, selv om Omicron BA.1-infeksjon forårsaket svekkede sykdommer hos magre mus, resulterte det i alvorlig sykdom hos DIO-mus som ligner på Alpha. For det tredje viste vi at to doser COVID-19 mRNA-vaksinasjoner ikke klarte å indusere serumnøytraliserende antistoff mot Omicron BA.1, men var i stand til å forbedre Omicron BA.1-induserte lungeskade hos DIO-mus. Transkriptomiske studier av lungevev viste at de medfødte antivirale immunresponsene i DIO-mus ble betydelig oppregulert ved vaksinasjon, noe som indikerer at COVID-19 mRNA-vaksinasjonen ga beskyttelse til DIO-mus ved å øke vertens medfødte antivirale immunitet. Til sammen avslørte studien vår viktig kunnskap om SARS-CoV-2 Alpha- og Omicron BA.1-infeksjon, re-infeksjon og COVID-19 mRNA-vaksinasjon i DIO-mus.

cistanche tubulosa-forbedre immunsystemet

Klikk her for å se Cistanche Enhance Immunity-produkter

【Be om mer】 E-post:cindy.xue@wecistanche.com / Whats App: 0086 18599088692 / Wechat: 18599088692

Metoder

Etikkerklæring

Alle eksperimenter som involverte levende SARS-CoV-2 ble utført i Biosafety Level-3-anlegget ved Institutt for mikrobiologi, University of Hong Kong (HKU) i henhold til standard driftsprosedyrer. Alle dyreforsøksprosedyrene ble godkjent av komiteen for bruk av levende dyr i undervisning og forskning ved HKU under CULATR 5786-21 og samsvar med retningslinjer for bruk av dyr.

Virus og biosikkerhet

SARS-CoV-2 B.1.1.7/Alpha (GISAID: EPI_ISL_1273444) og B.1.1.529.1/Omicron BA.1 (GenBank: OM212469)18 ble isolert fra laboratoriebekreftede COVID-19-pasienter i Hong Kong. Alpha og Omicron BA.1 ble dyrket og titrert ved plakkanalyse i VeroE6-TMPRSS2-celler og lagret ved -80 ◦C før bruk.

Dyr

C57BL/6N-mus ble hentet fra Center of Comparative Medicine Research ved HKU og holdt i BSL- 2 dyrelaboratorium med en 12-h-intervall dag/natt-syklus.21 Fedmeinduksjon ble utført som beskrevet tidligere. 6 3 uker gamle nylig avvente hunnmus ble tilfeldig delt inn i 2 grupper, en gruppe ble matet med 45 Kcal% høyfett dietter (D12451, Research Diet Inc, New Brunswick, NJ) i 20 uker for å indusere diett- induserte overvektige (DIO) mus, og kontrollgruppen ble matet med standard pelletsfôr som inneholdt 13,2 Kcal% dietter (PicoLab Rodent Diet 20, LabDiet Code 5053, PMI) som magre mus. Den gjennomsnittlige kroppsvekten til DIO-musen som ble brukt i denne studien var 40–50 g og kontrollgruppen med magre mus var 25–30 g.

Cellekultur og stimulering

Alveolære makrofager (AM) ble isolert ved bronkoalveolar lavage (BAL). Kort fortalt, etter at musene ble ofret ved intraperitoneal injeksjon av pentobarbital, ble lungene spylt med 1 ml kjølig PBS i tre ganger for å oppnå 3 ml bronkoalveolær skyllevæske (BALF). BALF fra mus i samme gruppe ble samlet og sentrifugert ved 500×g i 10 minutter ved 4 ◦C for å samle utfelte celler, AM-er ble sådd med en tetthet på 50,000 celler/brønn i 96- brønnplater dyrket i RPMI 1640 pluss 1 % penicillin-streptomycin ved 37 ◦C i en fuktig atmosfære med 5 % CO2 i 2 timer, deretter kunne monolag av AM-er feste seg til kulturplater, ikke-adherente celler ble vasket fra plater med PBS og AM-er ble dyrket i RPMI 1640 pluss 1 % penicillin-streptomycin og 10 % føtalt bovint serum (FBS) med eller uten stimulering av 1 ug/mL mRNA-vaksine, 100 ug/mL Poly (I: C) eller 100 ng/mL spikeprotein i 24 timer .22 Supernatanter ble samlet for ELISA-test. Celler ble vasket grundig med PBS og høstet for RNA-ekstraksjon.

Alpha og Omicron BA.1 utfordring i mus

DIO og magre mus under anestesi med ketamin (100 mg/kg) og xylazin (10 mg/kg)23 ble intranasal inokulering med 103 PFUer av Alpha eller Omicron BA.1 fortynnet i 20 ul fosfatbufret saltvann (PBS), kontrollmus ble inokulert med samme volum PBS. Kroppsvekt og symptomer på de infiserte musene ble overvåket i 14 dager, symptomene på sykdommen inkluderte rynket pels, bøyd holdning og anstrengt pust, og en poengsum ble gitt til hvert tegn. Mus ble ofret ved intraperitoneal injeksjon av pentobarbital 2 og 4 dager etter infeksjon (dpi), 3–6 mus i hver gruppe ble avlivet for å høste blodprøver, lunge- og neseturbinatvev for virologisk, histopatologisk og immunologisk vurdering. Lungeprøver fra hver mus ble samlet inn for vurderingene. Hvert datapunkt i figurpanelet representerer resultatet fra én mus.

Vaksinasjonsprosedyre

Mus ble tilfeldig delt inn i grupper og gitt et to-dose-regime med COVID-19 mRNA-vaksinasjon (BNT162b2, partinummer 1B004A, BioNTech, Tyskland) med 14-dagers intervaller. Vaksinen er basert på et nukleosid-modifisert mRNA formulert i lipid-nanopartikler som koder for forfedres SARS-CoV-2 i full lengde. DIO og magre mus ble intramuskulært injisert med 50 ul (5 ug) COVID-19 mRNA-vaksine eller vanlig saltvann som kontroll.24,25 På dag 14 etter den første dosen med vaksinasjon, tok vi blodprøver og ga deretter blodprøver. den andre dosen av mRNA-vaksine. 14 dager etter den andre dosen ble blodprøver tatt for vurdering av antistoffresponser. Mus ble deretter inokulert intranasalt med 103 PFU av Alpha eller Omicron BA.1. Ved 2 dpi ble mus avlivet ved intraperitoneal injeksjon av pentobarbital, og prøver inkludert blodprøver, lunge- og neseturbinatvev ble samlet for virologisk, histologisk og immunologisk vurdering. Lungevev ble separert i tre deler, venstre lunge ble høstet for histologisk vurdering, kaudallappen til høyre lunge ble samlet som lungehomogenat og resten av høyre lunge var for RNA-ekstraksjon.

Bestemmelse av SARS-CoV-2-genkopier og infeksiøs virustiter i lunge- og neseturbinatvev

Totalt RNA fra lunge- og neseturbinatvev (NT) fra mus med Alpha- og Omicron BA.1-infeksjon ble ekstrahert med MiniBEST Universal RNA-ekstraksjonssettet (9766, Takara Bio Inc. Shiga, Japan). SARS-CoV-2 RNA-avhengige RNA-polymerase (RdRp)-genkopier ble kvantifisert med et QuantiNova Probe RT-PCR-sett (208354, Qiagen). qRT-PCR for påvisning av SARS-CoV-2 RdRp-genkopier og housekeeping-genet -actin for normalisering ble utført på et LightCycler 96-system (Roche Applied Sciences, Indianapolis, USA).21 For infeksiøs virustitrering, homogenater fra lunge (kaudallapp i høyre lunge) og NT-vev infisert med Alpha og Omicron BA.1 ble utført ved en 50 % vevskultur infeksiøs dose (TCID50)-analyse i VeroE6-TMPRSS2-celler.26 Homogenater var {{ 19}} ganger seriefortynning og inkubert med VeroE6-TMPRSS2-celler i en 96-brønnplate i 1 time ved en 37 ◦C inkubator, supernatanter ble kastet og cellene ble videre inkubert ved 37 ◦C i 72 h. Cytopatisk effekt (CPE) ble observert og 50 % vevsinfeksjonstiter ble bestemt ved hjelp av Reed & Munch-endepunktsberegningsmetoden.26

Histopatologi, immunhistokjemi og immunfluorescensfarging av lunge- og nasale turbinatvevsseksjoner

Hematoxylin og Eosin (H&E)-farging av formalinfikserte og parafininnstøtende vevsseksjoner (4 μm hver) ble observert for histopatologiske endringer. Alvorlighetsgraden av histopatologi i lungene ble gitt en skår under fullstendig maskering27 ved vurdering av lungestopp, interstitiell infiltrasjon, alveolar infiltrasjon og blødning og skåret 0–4 som beskrevet tidligere.26 Følgende kriterier ble brukt for å skåre: 0, normalt lungesnitt; 1, overbelastning av blodkar, perivaskulær eller peribronkiolær infiltrasjon; 2, i tillegg til 1 med diffus alveolær veggoverbelastning og infiltrasjon; 3, luftrominfiltrasjon, ekssudasjon, blødning av lokalisert alveolitt; 4 ble diffus alveolitt observert. Immunhistokjemifarging ble utført av et DAB (3,3'-diaminobenzidin) substratsett (Vector Laboratories) som vi tidligere beskrevet.28 Kort sagt, For ACE2-antigendeteksjon ble ACE2-rekombinante monoklonale kaninantistoffer (MA5-32307, Invitrogen) brukt og fulgt med fargeutvikling ved å bruke DAB-substratsettet. ACE2-proteinet ble påvist av hematoxylin og deretter vevsseksjonene med VectaMount permanent monteringsmedium (Vector Laboratories). For SARS-CoV-2-antigenekspresjon ble objektglass av lunge- og NT-vev farget med et internt antistoff av kanin-anti-SARS-CoV-2-nukleokapsidprotein (NP) etterfulgt av et sekundært antistoff av FITC –konjugert geit-anti-kanin IgG (65-6111, Thermo Fisher Scientific, Waltham, MA, USA). Følgende kriterier ble brukt for NP-scoring. Lung: "Score 0"- ingen fluorescensfargingssignal; "Skår 1" - bare i 1–3 bronkiolære epitel med N antigen-positive celler; "Score 2" - mer enn 3 bronkiolære epitel med N antigen-positive celler; "Score 3" - Bronkiolært epitel med noen få positive celler i nærliggende alveolære; "score 4" - flere foci eller stort område av alveoler med N antigen-positive celler. NT: "Score 0"- ingen fluorescensfargingssignal; "Skår 1" - noen få N antigen-positive celler spredt i epitelet; "Score 2" - epitel som viser kontinuerlig positivt N-antigenfokus i tilstøtende celler; "Score 3" - mer N-antigen positivt av epitelial foci fordelt i et annet område. Bildene ble tatt ved å bruke et mikroskop av Olympus BX53 semi-motorisert fluorescens eller lysfelt med OLYMPUS CellSense Standard Software.

cistanche tubulosa-forbedre immunsystemet

RNA-isolering og sanntids revers-transkripsjonspolymerasekjedereaksjon

Totalt RNA ble ekstrahert fra vevshomogenater (kraniale, midtre og tilbehørslapper ble høstet for lungene) og revers transkripsjon for cDNA ble utført av MiniBEST Universal RNA Extraction Kit og RT Reagent Kit (RR036A Takara Bio Inc.) etter produsentens instruksjoner . Ekspresjonsnivåer av cytokiner, kjemokiner og interferoner ble påvist ved qRT-PCR med spesifikke primere (tilleggstabell S1) ved bruk av et SYBR Premix Ex Taq II-sett (RR820A, Takara Bio Inc.). Verdiene av hvert gen ble normalisert med husholdningsgenet -aktin og presentert som 2−ΔCt som vi tidligere beskrevet.28,29

Enzym-linked immunosorbent assay (ELISA)

SARS-CoV-2 nukleoprotein (N), piggproteinreseptorbindende domene (RBD) og inaktivert SARS-CoV-2 ble belagt i 96-brønnimmunoblaster (Nunc-Immuno Modules; Nunc A /S, Roskilde, Danmark) i 0,05 M NaHCO3 og inkubert ved 4 ◦C, over natten. Serumprøver ble 2-fold seriefortynnet og tilsatt til den belagte platen, inkubert ved 4 ◦C i 1 time etterfulgt av pepperrotperoksidase (HRP)-konjugerte sekundære antistoffer (kanin anti-mus IgG, geit anti-mus IgG1, IgG2a, IgG2b, ab6728, ab98693, M32307, M32507, Abcam og Invitrogen) ved 37 ◦C i 1 time. Fargeutvikling ble utført med 3,3′,5,5′-tetrametylbenzidinløsning (#N301, Thermo Fisher Scientific) ved 37 ◦C i 15 minutter og stoppet med H2SO4. Verdiene for optisk tetthet (OD) ble lest ved 450 nm. Antistofftitere ble bestemt ved en cut-off OD-verdi som ble satt til gjennomsnittlig OD for uinfisert serum ved alle fortynninger pluss 3 standardavvik, og den høyeste fortynningen som gir en OD-verdi over cut-off ble bestemt som antistofftiter av serum.30 IFN-, IFN-, Albumin og hemoglobinkonsentrasjoner ble bestemt ved å bruke et muse IFN- (Invitrogen, USA), IFN- (R&D systems, USA), albumin og hemoglobin (Abcam, Cambridge, UK) ELISA-sett etter produsentens instruksjoner.

Mikronøytralisering (MNT) analyse

Serumprøver ble seriefortynnet 2-fold fra 1:10 i PBS og blandet med 100 TCID 50 av SARS-CoV-2 i 1 time ved 37 ◦C, blandingen ble tilsatt i forhåndssådd VeroE 6-TMPRSS2-celler i 96-brønnplate ved 37 ◦C i 72 timer. CPE ble observert og nøytraliserende antistofftitere ble bestemt som den høyeste fortynningen av serum som fullstendig hemmet den cytopatiske effekten.

Fig. 1: SARS-CoV-2 Alpha og Omicron BA.1 forårsaker mer alvorlige sykdommer hos DIO-mus enn hos magre mus.

Enzym-linked immuno spot (ELISpot) assay

Virusspesifikke IgG-produserende celler ble påvist ved å så enkeltcelle (2,5 × 105 celler/per brønn) suspensjon av lunge- og miltvev i en ELISpot-plate med inaktivert SARS-CoV-2 (5 ug/mL) ved 37 ◦C i 48 timer. IgG-produserende celler ble bestemt med alkalisk fosfatase (AP) konjugert-geit-anti-muse-IgG-antistoff (62-6522, Invitrogen).31 For virusspesifikk IFN-produserende celledeteksjon, 2,5 × 105 celler/per brønn enkeltcelle suspensjon av lunge- og miltvev ble inkubert i IFN-ELISpot-plate stimulerende med SARS-CoV-2 RBD-peptidpool og N-protein ved 37 ◦C i 48 timer, IFN-produserende celler ble bestemt ved bruk av en muse-IFN-ELISpot BASIC sett (3321-2A, Mabtech, Inc., Stockholm, Sverige) etter produsentens instruksjoner.32

RNA-sekvensering og dataanalyse

Totalt RNA fra lungevevsceller fra DIO og magre mus (n større enn eller lik 3 per gruppe) ble isolert ved bruk av NucleoSpin RNA Kit (740955.250, MACHEREY-NAGEL, Duren, Tyskland) . DNA-utarmet og renset RNA ble brukt til å konstruere et dobbelttrådet (ds) cDNA-bibliotek ved å bruke MGIEasy RNA Library-prepareringsreagenssettet (MGI, Shenzhen, Kina) etter standardprotokollen. Sekvenseringsdata ble filtrert med rask v0.20.1 for å fjerne adapteren og avlesninger av lav kvalitet.33 Ribosomale RNA (rRNA)-avlesninger ble filtrert med URMAP v1.0. 1480 (Edgar, 2020), og 34 HISAT2 v2.2.0 ble brukt til å kartlegge avlesningene mot musereferansegenomet (GRCm38/ENSEMBL 84).35 Justeringsfilen ble brukt til å sette sammen transkripsjoner, estimere deres overflod og detektere differensialekspresjon av gener, ble genekspresjonsnivåene kvantifisert ved StringTie v2.1.5.36 Hovedkomponentanalyse (PCA) ble utført med R v4.0. Differensielt uttrykte gener (DEGs) og bestemt basert på gentellinger med DESeq2 v3.15.37 DEGs mellom forskjellige behandlingsgrupper ble identifisert av clusterProfile med terskelen til |log2FC| > 1 og FDR-verdi < 0,05, og brukes til anrikningsanalyse som involverer Gene Ontology (GO), Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes Pathway (KEGG).38 Alle gener i musegenomet ble brukt som anrikningsbakgrunn. ImmuCellAI_Mus ble brukt til å bestemme overfloden av immunceller basert på RNAseq-dataene.39

Statistisk analyse

Data representerte gjennomsnitt og standardavvik. Statistiske forskjeller mellom de to gruppene ble evaluert med Students t-test ved bruk av GraphPad Prism 8. Statistiske forskjeller mellom tre eller flere grupper ble evaluert med enveis eller toveis ANOVA ved bruk av GraphPad Prism 9. Forskjeller ble ansett som statistisk signifikante når p < { {5}}.05. Figurene og grafene i manuskriptet ble utarbeidet med GraphPad Prism 8, Adobe Illustrator eller BioRender.com.

Reagensvalidering

Antistoffer brukt i studien har blitt validert av den kommersielle kilden de er kjøpt fra. Detaljert informasjon om reagenser brukt i studien kan finnes i reagensvalideringsfilen for tilleggsdata (tilleggstabell S2).

Finansieres rolle

Finansieringskildene hadde ingen rolle i studiedesign, datainnsamling, analyse eller tolkning eller skriving av rapporten.

cistanche fordeler for menn styrker immunforsvaret

Resultater

SARS-CoV-2 Alpha og Omicron BA.1 resulterer i mer alvorlige sykdommer hos DIO-mus enn hos magre mus

For å forstå patogenisiteten til SARS-CoV-2 i sammenheng med fedme, ble DIO og magre mus inokulert med 103 PFU av Omicron BA.1 (B.1.1.529.1) eller Alpha (B) .1.1.7) via den intranasale ruten. Omicron BA.1 og Alpha bærer N501Y-substitusjonen i en spike som lar dem infisere villtypemus.40,41 I et 14-dagers sykdomsforløp observerte vi en langsom, men konstant nedgang av kroppsvekt i alfa-infiserte magre mus med et gjennomsnittlig kroppsvekttap på 5 % ved 14 dpi (fig. 1a). I motsetning observerte vi en gjennomsnittlig kroppsvektsøkning på 1,5 % i Omicron BA.1-infiserte magre mus, noe som indikerer at patogenisiteten til Omicron BA.1 hos magre mus var betydelig svekket (fig. 1a), som er i i tråd med nyere studier fra oss og andre.14,42 Infeksjon av både Alpha og Omicron BA.1 resulterte imidlertid i mer alvorlig kroppsvektstap hos diett-induserte overvektige (DIO) mus, som var omtrent 12 % ved 9 dpi sammenlignet med med sin opprinnelige kroppsvekt (100 %) ved 0 dpi (fig. 1a). Interessant nok, mens det var en klar forskjell i gjennomsnittlig kroppsvektsendring mellom Alpha- og Omicron BA.1-infiserte magre mus (14 dpi: −5,0 % vs +1,5 %), kroppsvekten tap av Alpha- og Omicron BA.1-infiserte DIO-mus var stort sett de samme (14 dpi: -11,1 % vs. -11,4 %) (fig. 1a). I samsvar med kroppsvektmålingene resulterte Alpha- og Omicron BA.1-infeksjon i sammenlignbare kliniske symptomer hos DIO-mus, inkludert rynket pels, bøyd rygg og anstrengt pust som nådde en topp på 4 dpi (fig. 1b), mens vi ikke observerte noen tegn på sykdom hos magre mus ved Alpha- eller Omicron BA.1-infeksjon. Deretter vurderte vi de histologiske endringene i øvre og nedre luftveisvev. Mock infisert mus nasal turbinate (NT) og lungevev ble vist som kontroll (Supplerende Fig. S1). Vi observerte mild virusindusert epitelødeleggelse og inflammatorisk infiltrasjon i NT av både Alpha og Omicron BA.1-infiserte magre mus med 2 dpi. Epitelavskalling og immuninfiltrasjon var mer dramatisk i NT-seksjonene av DIO-mus infisert med Alpha eller Omicron BA.1 ved 2 dpi sammenlignet med magre mus (fig. 1c). Ved 4 dpi ble mild NT-epitelødeleggelse med noen få luminale cellerester påvist i alfa-infiserte magre mus, mens NT av Omicron BA.1-infiserte magre mus virket relativt intakte. Imidlertid fortsatte vi å oppdage alvorlig epitelødeleggelse, luminal debris og submukosal immuncelleinfiltrasjon i NT-seksjonene av DIO-mus på dag 4 etter Alpha- eller Omicron BA.1-infeksjon (fig. 1c). I lungevevet til magre mus resulterte alfa-infeksjon i lokalisert interstitiell betennelse og mild alveolær kapillær kongestion ved 2 og 4 dpi, mens Omicron BA.1-infeksjon resulterte i lungeinterstitiell betennelse ved 2 dpi, men ble stort sett løst ved 4 dpi (fig. 1d). I skarp kontrast ble det observert mer alvorlige histologiske skader av alveoler i lungevevet til DIO-mus etter både Alpha- eller Omicron BA.1-infeksjon, som manifesterte seg som alvorlig lungeblodårestopp ved 2 dpi. Økt peribronkiolær og perivaskulær immuncelleinfiltrasjon, samt immunceller og væskeeksudater, ble observert i alveolære sekker ved 4 dpi (fig. 1d). Konsentrasjonen av albumin i den bronkoalveolære skyllevæsken var signifikant høyere i DIO-mus enn i magre mus på dag 4 etter Alpha-infeksjon, noe som tyder på økt alveolær kapillærpermeabilitet i SARS CoV-2-infiserte DIO-mus (tilleggsfig. S2). I samsvar med disse funnene indikerte semikvantitativ histologisk vurdering av lungevev at infeksjon av både Omicron BA.1 og Alpha resulterte i mer alvorlig lungehistopatologi hos DIO-mus enn hos magre mus (fig. 1e). Samlet sett indikerer disse resultatene at SARS-CoV-2-infeksjon resulterer i mer alvorlige sykdomsmanifestasjoner hos DIO-mus enn hos magre mus. Viktigere, mens Omicron BA.1 er mindre patogen enn Alpha hos magre mus, er de to SARS CoV-2-variantene mer patogene og forårsaker lignende sykdommer hos DIO-mus.

Fig. 2: SARS-CoV-2 replikerer mer effektivt i DIO-mus enn i magre mus.

SARS-CoV-2 replikerer mer effektivt i DIO-mus enn i magre mus 

Vi spurte deretter om Omicron BA.1 og Alpha replikerer mer effektivt i respirasjonsvevet til DIO-mus sammenlignet med magre mus. Vi fant at både Alpha og Omicron BA.1 replikerte til høyere nivåer i lungevevet til DIO-mus enn hos magre mus ved 2 og 4 dpi (fig. 2a og b). I tråd med tidligere rapporter, replikerte Omicron BA.1 til lavere nivåer enn Alpha i lungevevet til magre mus. Spesielt var den smittsomme titeren til Omicron BA.1 26.1- og 3.8- ganger lavere enn den for Alpha ved henholdsvis 2 og 4 dpi. I motsetning replikerte Omicron BA.1 og Alpha til lignende nivåer i lungevevet til DIO-mus ved å måle RdRp-genkopier og infeksiøse titere (fig. 2a og b). I tillegg oppdaget vi også et lignende mønster av viralt RdRp-gen og infeksiøs titer i NT-vevet, der Omicron BA.1 og Alpha replikerte til sammenlignbare nivåer i DIO-mus, men ikke i magre mus (fig. 2c og d). Ved immunfluorescensfarging oppdaget vi mer fremtredende viral nukleokapsid (N)-ekspresjon i lunge- og NT-vevet til DIO-mus infisert med Omicron BA.1 eller Alpha sammenlignet med magre mus ved både 2 og 4 dpi (fig. 2e og f og Supplementary) Fig. S3). Parallelt kvantifiserte vi uttrykket av nøkkelinterferoner (IFN) og pro-inflammatoriske cytokiner i lungevevet. Resultatene våre viste at Omicron BA.1 og Alpha utløste betydelig lavere nivåer av IFN- i DIO-mus sammenlignet med deres magre motstykker (Fig. 2g og Supplerende Fig. S4). I motsetning til dette ble proinflammatoriske cytokiner inkludert IL-6 og IP-10 utløst ved høyere nivåer i DIO-mus av Omicron BA.1 og Alpha-infeksjon sammenlignet med magre mus (fig. 2h). I tillegg evaluerte vi grunnlinjeuttrykket av ACE2 og TMPRSS2 i uinfiserte magre og DIO-mus og fant at ACE2 og TMPRSS2 i magre og DIO-mus ble uttrykt på sammenlignbare nivåer. Imidlertid oppdaget immunhistokjemifarging utført på ACE2-antigenekspresjon høyere intensitet av ACE2 i det bronkiolære og alveolære epitelet til uinfiserte DIO-mus sammenlignet med magre mus (Supplerende Fig. S5). Sammen antyder disse funnene at det svekkede IFN-uttrykket og høyere ACE2-uttrykk i DIO-mus kan bidra til høyere virusreplikasjon og økt pro-inflammatorisk respons, noe som fører til mer alvorlig vevsskade hos DIO-musene.

Fig. 3: Adaptiv immunitet oppnådd fra tidligere SARS-CoV-2-infeksjon beskytter ineffektivt DIO-mus. en

Adaptiv immunitet oppnådd fra tidligere SARS-CoV-2-infeksjon beskytter ineffektivt DIO-mus

Deretter, for å forstå den beskyttende effektiviteten til adaptiv immunitet mot re-infeksjon i overvektig tilstand, ble rekonvalescente DIO-mus og magre mus utfordret på nytt med 103 PFU av Alpha på dag 28 etter primær infeksjon og prøver ble høstet 2 dager etter re-infeksjon ( dpr) (Fig. 3a). Vi analyserte IgG-antistoffet mot SARS-CoV-2-antigen i serumprøvene tatt på dag 14 etter primær alfa-infeksjon og fant at titeren av IgG mot SARS CoV-2 N og spike-reseptorbindende domene ( RBD) var signifikant lavere hos DIO-mus enn hos magre mus med 1.9- (p=0.0128) og 3.4-folder (p=0.0362) henholdsvis (fig. 3b). I tillegg var titeren av viral binding totalt IgG og subtype IgG1, IgG2a og IgG2b alle signifikant lavere i DIO-mus sammenlignet med magre mus (fig. 3b). Serumnøytraliseringstiter på 1:10–1:20 ble påvist fra 5 av 6 magre mus, men ble ikke påvist fra noen av de 6 DIO-musene (fig. 3b), noe som antydet en svekket adaptiv immunrespons hos DIO-mus på SARS- CoV-2-infeksjon. Ved 2dpr ble viral RdRp-genkopi lett oppdaget fra alt NT-vev og 3/6 (50%) av lungevevet fra re-utfordrte DIO-mus (fig. 3c), mens ingen viral RdRp-genkopi ble hentet fra NT og lunge vev fra re-utfordret magre mus. Konsekvent oppdaget vi ofte viralt N-protein i epitelet til NT og lungevev i DIO-mus, men ikke magre mus (fig. 3d). Histologiske undersøkelser avslørte epitelødeleggelse i NT-vev samt alveolær veggkongestion, peribronchiolar infiltrasjon og lokalisert alveolær blødning i lungevev hos DIO-mus, men ikke magre mus (fig. 3e). Deretter evaluerte vi tilbakekallingen av immunminneresponser ved re-infeksjon i magre mus og DIO-mus, vi fant at virusspesifikke IFN- og IgG-produserende celler i både lunge- og miltvev til DIO-mus var betydelig lavere enn hos magre mus ved 2dpr (fig. 3f og g). Det er viktig at vi ikke var i stand til å oppdage noen nøytraliserende antistofftiter mot Alpha i serumet til DIO-mus på dag 2 ved re-infeksjon av Alpha, mens 4/6 (66,7 %) av re-infiserte magre mus hadde en nøytraliserende titer på 1 :10 (fig. 3h). Derfor tyder funnene våre på at DIO-mus er mer mottakelige for re-infeksjoner på grunn av utilstrekkelig montert adaptive B-celle- og T-celle-immunresponser ved SARS-CoV-2-infeksjon.

Fig. 4: COVID-19 mRNA-vaksinasjon gir mindre beskyttelse mot alfainfeksjon hos DIO-mus på grunn av svekket adaptiv immunrespons. en

COVID-19 mRNA-vaksinasjon gir mindre beskyttelse mot alfa-infeksjon hos DIO-mus på grunn av svekket adaptiv immunrespons

For å utforske effektiviteten av beskyttelse for DIO-mus etter immunisering med mRNA-vaksiner, injiserte vi DIO og magre mus intramuskulært med et to-dose COVID-19 mRNA-vaksinasjonsregime etterfulgt av Alpha-utfordring 14 dager etter boost som illustrert i fig. 4a. For NT-vev oppdaget vi viralt RdRp-gen i 3/6 (50%) og infeksiøs titer i 2/6 (33,3%) av vaksinerte magre mus, mens vi oppdaget viralt RdRp-gen og infeksiøs titer i alle vaksinerte DIO-mus (fig. 4b), noe som tyder på at gjennombruddsinfeksjon etter vaksinering skjedde betydelig lettere i DIO-mus sammenlignet med magre mus. I tråd med tidligere rapporter som antydet vaksinasjoner gir bedre beskyttelse av de nedre luftveiene sammenlignet med de øvre luftveiene i menneske- og dyremodeller, 43,44 oppdaget vi ikke viral genkopi eller infeksiøst virus fra noen av lungevevet til vaksinerte magre mus (fig. 4c). I kontrast oppdaget vi viralt RdRp-gen i 3/6 (50%) og infeksiøs titer i 4/6 (66,7%) av lungevevet til DIO-mus. Histologisk observerte vi omfattende epitelødeleggelse i NT-vev fra vaksinerte DIO-mus etter angrep av Alpha-virus, mens en mindre grad av NT-vevsskade ble observert i vaksinerte magre mus (fig. 4d). I lungevevet til vaksinerte DIO-mus oppdaget vi overbelastning og infiltrasjon i alveolært rom ledsaget av foci av alveolær blødning ved alfa-infeksjon, mens disse histopatologiske skadene stort sett var fraværende i lungevev hos vaksinerte magre mus (fig. 4e). I tråd med disse funnene reduserte COVID-19 mRNA-vaksinasjon SARS-CoV- 2 N-ekspresjon i både magre og DIO-mus i NT-vevet (fig. 4f). I lungevev ble virale N-signaler kun påvist i vaksinerte DIO-mus, men ikke vaksinerte magre mus (fig. 4g). Deretter fant vi at de virusspesifikke IFN- og IgG-produserende cellene i miltvevet til vaksinerte DIO-mus var signifikant lavere sammenlignet med vaksinerte magre mus på dag 2 etter alfa-infeksjon (fig. 4h). Det er viktig at mikronøytraliseringsanalysen bare oppdaget nøytraliserende antistoff mot Alpha i serumet til DIO-mus 14 dager etter andre vaksinasjonsdose og 2 dager etter virusutfordring, men nivået var 2.8-folder (p < 0,0001) og 21 .8- folder (p=0.0053) lavere enn for de magre musene, henholdsvis (fig. 4i). Samlet indikerer disse resultatene at adaptive antistoffresponser på COVID-19 mRNA-vaksinasjon er svekket hos DIO-mus.

COVID-19 mRNA-vaksinasjon forbedrer lungeskade forårsaket av Omicron BA.1-utfordring i DIO-mus i fravær av påviselig nøytraliserende antistoff

Deretter spurte vi i hvilken grad COVID{0}} mRNA-vaksinasjon beskytter DIO-mus mot SARS-CoV-2 Omicron BA.1. For dette formål testet vi først serumnøytraliserende antistofftiter mot Omicron BA.1, og oppdaget lav titer hos magre mus 14 dager etter boosting, mens ingen nøytraliserende antistofftiter ble påvist i DIO-mus selv etter de to dosene med vaksinasjon COVID{{ 6}} mRNA-boost eller 2 dager etter Omicron BA.1-infeksjon (fig. 5a og b), noe som tyder på at vaksinasjon i DIO-mus induserte lite kryssantistoff mot Omicron BA.1. Deretter ble DIO og magre mus utfordret med 103 PFU av Omicron BA.1 via den intranasale ruten 14 dager etter boostvaksinasjon (fig. 5a). I NT-vevet reduserte COVID-19 mRNA-vaksinasjon beskjedent Omicron BA.1-replikasjon og infeksiøs titer hos magre mus, men hadde liten effekt i DIO-mus sammenlignet med uvaksinerte kontroller (fig. 5c). Interessant nok reduserte COVID-19 mRNA-vaksinering betydelig Omicron BA.1-replikasjon i lungevevet til DIO-mus sammenlignet med deres uvaksinerte kontroller, men ikke like effektiv som den fullstendige hemmingen av Omicron BA.1 i lungevevet til vaksinerte magre mus. mus (fig. 5d). Nærmere bestemt ble Omicron BA.1 RdRp-genkopien redusert med 867-fold (p=0.0087) og infeksiøs titer med 7979.9-folder (p < 0,0001) i vaksinerte DIO-mus . I samsvar med de ovennevnte virologiske funnene var COVID-19 mRNA-vaksinasjon mindre effektiv for å redusere Omicron BA.1-antigenekspresjonen i NT-vev fra magre og DIO-mus, men reduserte Omicron BA.1-antigenekspresjonen i lungevev fra magre og DIO-mus (Fig. 5e). Ved 2 dpi resulterte Omicron BA.1-infeksjon i en viss grad av overbelastning og infiltrasjon i alveolarrommet ledsaget av lungeblødning og epitelskade hos uvaksinerte DIO-mus, som ble redusert ved COVID-19 mRNA-vaksinasjon (fig. 5f). Det er viktig at vi fant at konsentrasjonen av IFN- og IFN- i lungevevet til vaksinerte DIO-mus ble betydelig økt sammenlignet med de uvaksinerte musene ved 2 dpi etter Omicron BA.1-utfordring, mens serumnøytraliserende antistoff forble upåviselig fra de vaksinerte musene. DIO-mus (fig. 5g). Den generelle sykdommens alvorlighetsgrad etter endringer i kroppsvekt viste at COVID-19 mRNA-vaksinasjon reduserte det maksimale kroppsvektapet hos DIO-mus til 9 % sammenlignet med 13 % hos uvaksinerte DIO-mus (tilleggsbilde S6). Til sammen indikerer disse resultatene at til tross for at de utløser et uoppdagbart nivå av antistoffrespons, kan COVID-19 mRNA-vaksinasjon forbedre den medfødte antivirale responsen for å forbedre Omicron BA.1-indusert skade på lungevev hos DIO-mus.

Fig. 5: COVID-19 mRNA-vaksine forbedrer lungeskade i fravær av nøytraliserende antistoffrespons i Omicron BA.1-infiserte DIO-mus. en

COVID-19 mRNA-vaksinasjon oppregulerer antivirale responser i lungene til DIO-mus

For bedre å forstå immunresponsene i lungevevet til DIO-mus med COVID-19 mRNA-vaksinasjon, høstet vi lungeprøver fra mus og utforsket transkriptomprofilene deres på dag 2 etter Omicron BA.1-infeksjon (fig. 6a og tilleggsfig. S7). Interessant nok observerte vi en bemerkelsesverdig berikelse av gener involvert i veier relatert til medfødte antivirale responser, inkludert "cellulær respons på IFN- og IFN-" og "positiv regulering av IFN- og IFN-produksjon" i lungevevet til vaksinerte DIO-mus ( Fig. 6b). Analyse av immungensett viste videre at de vaksinerte DIO-musene hadde den høyeste forekomsten av M1-makrofager blant alle evaluerte grupper (fig. 6c). For å evaluere om COVID-19 mRNA-vaksine økte antivirale interferonresponser i alveolære makrofager, isolerte vi alveolære makrofager fra magre mus og DIO-mus og stimulerte med mRNA-vaksine (fig. 7a). Vi fant at mRNA-vaksine in vitro-stimulering av musealveolære makrofager induserte betydelig oppregulering av RIG-I, MDA5, STAT1, STAT2, ISG15, IFIT3 og OAS3, mens bare de alveolære makrofagene fra DIO-mus viste signifikant forbedring av IFN-produksjon på mRNA og proteinnivåer (fig. 7b og c). Disse funnene antydet en differensiell responsprofil av alveolære makrofager fra DIO-mus og magre mus. Deretter isolerte vi musealveolære makrofager fra vaksinerte eller uvaksinerte magre og DIO-mus, etterfulgt av stimulering av cellene med poly (I: C) eller SARS-CoV-2 spikeprotein (fig. 7d). In vitro-stimulering med poly (I: C) økte ekspresjonen av medfødte immunresponsrelaterte gener ytterligere i alveolære makrofager fra vaksinerte magre og DIO-mus. Interessant nok var de interferon-stimulerte genene inkludert ISG15, IFIT3 og OAS3 mer oppregulert i vaksine-primede alveolære makrofager fra DIO-mus sammenlignet med de fra magre mus (fig. 7e). Parallelt økte rekombinant SARS-CoV-2 spike proteinstimulering uttrykket av RIG-I, TLR3, IL-6, TNF-, IFN-, IFN-, IRF7 og STAT2 mRNA-ekspresjon i vaksine- primede alveolære makrofager av DIO-mus, men ikke magre mus (fig. 7g). Det er viktig at IFN-produksjonen økte dramatisk i alveolære makrofager av vaksinerte DIO-mus som respons på poly (I: C) eller S-proteinstimulering (fig. 7f og h). Til sammen indikerer disse resultatene at COVID-19 mRNA-vaksinasjon kan gjenopprette den medfødte antivirale responsen i DIO-mus-lungene ved å modulere ekspresjonen av type-I-interferon-relaterte gener i alveolære makrofager.

Fig. 6: COVID-19 mRNA-vaksinasjon oppregulerer antivirale responser i lungene til DIO-mus. en

Diskusjon

Fedme er assosiert med forverrede betennelsesresponser og forstyrrelser av immunsystemet som følgelig resulterer i høy risiko for alvorlighetsgrad og sykehusinnleggelse for COVID-19-pasienter.45 Det er fortsatt uklart hvordan disse kroniske lavgradige betennelsene og dysfunksjonene i immunresponsene modulere forløpet av SARS-CoV-2-infeksjon. For å utforske patogenesen til SARS-CoV-2 og vurdere effektiviteten av COVID-19 mRNA-vaksinasjon hos overvektige individer, er det påtrengende behov for passende små dyremodeller for å etterligne de kliniske trekkene til COVID-19-pasienter . Forfedre SARS-CoV-2 infiserer imidlertid ikke villtype laboratoriemus siden RBD av forfedres spike ikke effektivt binder seg til mus ACE2.21,40,41 Interessant nok nylig oppståtte SARS-CoV-2-varianter , inkludert Alpha (B.1.1.7), Beta (B.1.351), Gamma (P.1) og Omicron BA.1 (B.1.1.529.1), har ervervet N501Y-mutasjonen i spike, som muliggjør kryss- artsoverføring av SARS-CoV-2 til villtype murin.41,46–50 I denne studien bruker vi en diettindusert overvektig villtype musemodell for å undersøke SARS-CoV-2 alfa og Omicron BA.1 patogenese, re-infeksjon og vaksinasjon.

cistanche tubulosa-forbedre immunsystemet

Resultatene våre viste at Omicron BA.1-infeksjon er mindre alvorlig enn Alpha hos magre mus i henhold til endring i kroppsvekt, virusmengde, virustiter, proinflammatoriske markører i lungene og histopatologiske funn. Disse resultatene er i samsvar med nyere rapporter som observerte et lavere nivå av infeksjon med Omicron BA.1 sammenlignet med tidligere SARS-CoV-2-varianter i dyremodeller.14,42 Økt alvorlighetsgrad av SARS-CoV{{7} } infeksjon i DIO-mus enn hos magre mus er i tråd med resultater fra nyere studier utført i diettinduserte overvektige mus og hamstere.51–53 Interessant nok avslørte vi at Omicron BA.1 replikerte til et lignende nivå sammenlignet med Alpha i DIO-mus, noe som resulterer i sammenlignbar patogenisitet til Omicron BA.1 og Alpha i DIO-mus. Spesielt ble representative proinflammatoriske cytokiner inkludert IP-10 og IL-6 kraftig utløst av Omicron BA.1-infeksjon i DIO-mus, noe som indikerer økt inflammatorisk skade og sykelighet.54 I mellomtiden, produksjon av antiviralt IFN i lungevev av DIO-mus var signifikant lavere enn for magre mus ved både Alpha- og Omicron BA.1-infeksjon. Disse resultatene tyder på at Omicron BA.1-infeksjon i DIO-musene kan forårsake alvorlig sykdom som ligner på Alpha. Det er foreløpig ufullstendig forstått hvordan fedme bidrar til alvorlige sykdommer i COVID-19. Det økte leptinnivået er et kjennetegn på fedme som regulerer metabolisme, Jak/STAT og Akt signalveier, og modulerer T-cellefunksjoner, noe som kan bidra til det alvorlige resultatet.55,56 Antistoffmediert humoral immunitet er avgjørende for vertsforsvar, 57–59, mens optimal virusclearance i SARS-CoV-2-infiserte mus også krever CD4+ og CD8+ T-cellerespons.60 I denne studien oppdaget vi betydelig lavere nivåer av B-celler og T-celleresponser fra DIO-mus sammenlignet med magre mus, noe som kan bidra til økt mottakelighet for re-infeksjon hos DIO-mus. Den underliggende mekanismen til den reduserte B-celle- og T-celleresponsen i DIO-mus er fortsatt ufullstendig utforsket, men kan være assosiert med svekkelse av dendrittiske cellefunksjonaliteten som avslørt i tidligere influensavirusstudier.61–63

Til tross for suksessen med COVID-19 mRNA-vaksinasjon med høy effekt for å beskytte mot SARS-CoV-2 alvorlige sykdommer, kan fremveksten av immununnvikelse i SARS-CoV-2-varianter sette vaksineeffektiviteten i fare.43 I vår DIO-musemodell med et to-dose-immuniseringsregime, ble det nøytraliserende antistoffet i magre mus lett oppdaget og kraftig forsterket av den andre vaksinasjonsdosen mot Alpha og Omicron BA.1. I motsetning til dette resulterte to-dose-immuniseringsregimet av COVID-19 mRNA-vaksinasjon i upåviselig serumnøytraliserende antistoff mot både Alpha og Omicron BA.1 i DIO-mus, og ingen nøytraliserende antistoff ble påvist mot Omicron BA.1 selv på dag 2 etter Omicron BA.1 utfordring. Disse funnene indikerer at de adaptive B-celleresponsene på mRNA-vaksine er alvorlig svekket hos DIO-mus, noe som kan skyldes svekkelser i B-celleutvikling, aktivering og funksjoner.64–66 Interessant nok ga vaksinasjon en viss grad av beskyttelse til Omicron BA .1-utfordrte DIO-mus i nedre luftveier, men ikke i neseturbinatene til infiserte dyr. Den utilstrekkelige beskyttelsen i neseturbinatvevet kan skyldes utilstrekkelig slimhinneimmunrespons ved intramuskulær vaksinasjon som ikke klarte å fremkalle tilstrekkelig beskyttende immunitet ved slimhinnene.67,68

Fig. 7: Alveolære makrofager (AM) av DIO-mus bidrar til de oppregulerte antivirale responsene. en

Gjennom transkriptomisk analyse avslørte vi at COVID-19 mRNA-vaksinasjonen oppregulerte antivirale responser i lungene til DIO-mus. Etterfølgende eksperimenter avslørte at IFN-produksjon som respons på poly (I: C) eller SARS-CoV -2 spike proteinstimulering ble forsterket i de alveolære makrofagene til vaksinerte DIO mus. Sammen med redusert virusmengde og histopatologiske endringer, og økt konsentrasjon av IFN-/i lungene til Omicron BA.1- utfordret vaksinerte DIO-mus, tyder funnene våre på at mRNA-vaksinasjon øker vertens medfødte immunitet hos overvektige dyr som bidrar til den observerte beskyttelsen. Samlet avslører studien vår viktig kunnskap om SARS-CoV-2 Alpha- og Omicron BA.1-infeksjon, re-infeksjon og vaksinasjon hos diett-induserte overvektige mus, noe som gir innsikt i håndtering, behandling og vaksinasjonsstrategier for de overvektige populasjonene. Vår studie har flere begrensninger. Først utførte vi en re-challenge 28 dager etter primærinfeksjon. I virkelige scenarier bør hukommelseslengde og beskyttelse av re-infeksjon hos pasienter overvåkes over en lengre tidsramme. For det andre ble hunnmus brukt i denne studien siden hunner er kjent for å utvikle sterkere medfødte og adaptive immunresponser enn hanner.69 De differensielle immunresponsene mot SARS-CoV-2 mellom kjønn og deres roller i sykdomsutviklingen av COVID{{ 19}} bør utforskes videre. For det tredje brukte vi bare villtype musemodellen for denne studien, ytterligere evaluering hos mennesker bør utføres i fremtidige kliniske studier for å bekrefte og videre utforske funnene våre om hvorvidt COVID-19 mRNA-vaksinasjonen forbedrer den medfødte immunresponsen etter SARS-CoV-2-infeksjon hos vaksinerte overvektige pasienter. Ikke desto mindre gir studien vår viktig innsikt som tyder på at overvektige pasienter kan utvikle mer alvorlige kliniske sykdommer ved SARS-CoV-2-infeksjon og er mer utsatt for re-infeksjoner eller vaksine-gjennombruddsinfeksjoner. Viktigere er at dataene våre tyder på at COVID-19 mRNA-vaksiner kan forbli effektive hos overvektige individer til tross for lav eller fravær av antistoffrespons, noe som ytterligere understreker viktigheten av vaksinasjon i disse populasjonene.

Referanser

1 Zhou P, Yang XL, Wang XG, et al. Et lungebetennelsesutbrudd assosiert med et nytt koronavirus av sannsynlig flaggermus-opprinnelse. Natur. 2020;579(7798):270–273.

2 Chu H, Chan JF, Yuen TT, et al. Sammenlignende tropisme, replikasjonskinetikk og celleskadeprofilering av SARS-CoV-2 og SARS-CoV med implikasjoner for kliniske manifestasjoner, overførbarhet og laboratoriestudier av COVID-19: en observasjonsstudie. Lancet Microbe. 2020;1(1):e14–e23.

3 Chan JF, Kok KH, Zhu Z, et al. Genomisk karakterisering av det nye humanpatogene koronaviruset fra 2019 isolert fra en pasient med atypisk lungebetennelse etter å ha besøkt Wuhan. Emerg Microbes Infect. 2020;9(1):221–236.

4 Williamson EJ, Walker AJ, Bhaskaran K, et al. Faktorer assosiert med-19-covidrelatert død ved bruk av OpenSAFELY. Natur. 2020;584(7821):430–436.

5 Guh DP, Zhang W, Bansback N, Amarsi Z, Birmingham CL, Anis AH. Forekomsten av komorbiditeter relatert til fedme og overvekt: en systematisk oversikt og metaanalyse. BMC Public Health. 2009;9:88.

6 Zhang AJX, Zhu H, Chen Y, et al. Prostaglandin E2-mediert svekkelse av medfødt immunrespons mot A(H1N1)pdm09-infeksjon hos diettinduserte overvektige mus kan gjenopprettes av paracetamol. J Infect Dis. 2019;219(5):795–807.

7 Smith AG, Sheridan PA, Harp JB, Beck MA. Diettinduserte overvektige mus har økt dødelighet og endret immunrespons når de er infisert med influensaviruset. J Nutr. 2007;137(5):1236–1243.

8 Hulme KD, Noye EC, Short KR, Labzin LI. Dysregulert betennelse under fedme: fører til alvorlighetsgrad av sykdommen i influensavirus og SARS-CoV-2-infeksjoner. Front Immunol. 2021;12:770066.

9 Sanchis-Gomar F, Lavie CJ, Mehra MR, Henry BM, Lippi G. Fedme og utfall i COVID-19: når en epidemi og pandemi kolliderer. Mayo Clin Proc. 2020;95(7):1445–1453.

10 Kruglikov IL, Shah M, Scherer PE. Fedme og diabetes som komorbiditeter for COVID-19: underliggende mekanismer og rollen til viral-bakterielle interaksjoner. Elife. 2020;9:e61330.

11 Chen X, Hu W, Ling J, et al. Hypertensjon og diabetes forsinker virusutskillelsen hos COVID-19-pasienter. medRxiv. 2020. https://doi. org/10.1101/2020.03.22.20040774.

12 Nasr MC, Geerling E, Pinto AK. Innvirkning av fedme på vaksinasjon mot SARS-CoV-2. Endokrinol foran (Lausanne). 2022;13:898810.

13 Viana R, Moyo S, Amoako DG, et al. Rask epidemisk utvidelse av SARS-CoV-2 Omicron-varianten i Sør-Afrika. Natur. 2022;603(7902):679–686.

14 Shuai H, Chan JF, Hu B, et al. Dempet replikasjon og patogenisitet av SARS-CoV-2 B.1.1.529 Omicron. Natur. 2022;603(7902): 693–699.

15 Hu B, Chan JF, Liu H, et al. Spikemutasjoner som bidrar til den endrede inngangspreferansen til SARS-CoV-2 Omicron BA.1 og BA.2. Emerg Microbes Infect. 2022;11:1–31.

16 Chan JF, Hu B, Chai Y, et al. Virologiske egenskaper og patogenisitet av SARS-CoV-2 Omicron BA.2. Cell Rep Med. 2022;3(9):100743.

17 Yuan S, Ye ZW, Liang R, et al. Patogenisitet, overførbarhet og egnethet til SARS-CoV-2 Omicron hos syriske hamstere. Vitenskap. 2022;377(6604):428–433.

18 Lu L, Mok BW, Chen LL, et al. Nøytralisering av SARS-CoV-2 Omicron-variant med sera fra BNT162b2- eller Coronavac-vaksinemottakere. Clin Infect Dis. 2022;75(1):e822–e826. https://doi.org/10. 1093/cid/ciab1041.

19 Liu L, Iketani S, Guo Y, et al. Slående antistoffunndragelse manifestert av Omicron-varianten av SARS-CoV-2. Natur. 2022;602(7898): 676–681.

20 Iketani S, Liu L, Guo Y, et al. Antistoffunndragelsesegenskaper til SARS CoV-2 Omicron-sublineages. Natur. 2022;604(7906):553–556.

21 Chen Y, Li C, Liu F, et al. Aldersassosiert SARS-CoV-2 gjennombruddsinfeksjon og endringer i immunrespons i en musemodell. Emerg Microbes Infect. 2022;11(1):368–383.

22 Zhang X, Goncalves R, Mosser DM. Isolering og karakterisering av murine makrofager. Curr Protoc Immunol. 2008;83(1): 14:14.1.1-14.1.14.

23 Li C, Chen Y, Zhao Y, et al. Intravenøs injeksjon av mRNA-vaksine mot koronavirussykdom 2019 (COVID-19) kan indusere akutt myoperikarditt i en musemodell. Clin Infect Dis. 2022;74(11): 1933–1950.

24 Li C, Chen YX, Liu FF, et al. Fravær av vaksineforsterket sykdom med uventet positiv beskyttelse mot alvorlig akutt respiratorisk syndrom coronavirus 2 (SARS-CoV-2) ved inaktivert vaksine gitt innen 3 dager etter virusutfordring i syrisk hamstermodell. Clin Infect Dis. 2021;73(3):e719–e734.

25 Vogel AB, Kanevsky I, Che Y, et al. BNT162b-vaksiner beskytter rhesus-makaker mot SARS-CoV-2. Natur. 2021;592(7853):283–289.

26 Lee AC, Zhang AJ, Chan JF, et al. Oral SARS-CoV-2-inokulering etablerer subklinisk luftveisinfeksjon med virusutskillelse hos syriske gullhamstere. Cell Rep Med. 2020;1(7):100121.

27 Meyerholz DK, Beck AP. Prinsipper og tilnærminger for reproduserbar skåring av vevsflekker i forskning. Lab Invest. 2018;98(7): 844–855.

28 Chu H, Shuai H, Hou Y, et al. Målretting mot høypatogen koronavirusindusert apoptose reduserer viral patogenese og sykdomsgrad. Sci Adv. 2021;7(25):eabf8577.

29 Chu H, Hou Y, Yang D, et al. Koronavirus utnytter en vertscystein asparaginprotease for replikasjon. Natur. 2022;609(7928):785–792.

30 Zhang AJ, Li C, To KK, et al. Toll-lignende reseptor 7 agonist imiquimod i kombinasjon med influensavaksine fremskynder og forsterker humorale immunresponser mot influensa A(H1N1)pdm09 virusinfeksjon hos BALB/c mus. Clin Vaccine Immunol. 2014;21(4):570–579.

31 Li C, til KKW, Zhang AJX, et al. Samstimulering med TLR7-agonist imiquimod og inaktiverte influensaviruspartikler fremmer muse B-celleaktivering, differensiering og akselerert antigenspesifikk antistoffproduksjon. Front Immunol. 2018;9:2370.

32 Zhou R, To KK, Wong YC, et al. Akutt SARS-CoV-2-infeksjon svekker dendrittiske celle- og T-celleresponser. Immunitet. 2020;53(4): 864–877.e5.

33 Chen S, Zhou Y, Chen Y, Gu J. fastp: en ultrarask alt-i-ett FASTQ-forprosessor. Bioinformatikk. 2018;34(17):i884–i890.

34 Edgar R. URMAP, en ultrarask lesekartlegging. PeerJ. 2020;8:e9338.

35 Kim D, Paggi JM, Park C, Bennett C, Salzberg SL. Grafbasert genomjustering og genotyping med HISAT2 og HISAT-genotype. Nat Biotechnol. 2019;37(8):907–915.

36 Pertea M, Pertea GM, Antonescu CM, Chang TC, Mendell JT, Salzberg SL. StringTie muliggjør forbedret rekonstruksjon av et transkriptom fra RNA-seq-lesninger. Nat Biotechnol. 2015;33(3):290–295.

37 Love MI, Huber W, Anders S. Moderert estimering av foldendring og dispersjon for RNA-seq-data med DESeq2. Genom Biol. 2014;15(12):550.

38 Yu G, Wang LG, Han Y, He QY. clusterProfiler: en R-pakke for å sammenligne biologiske temaer blant genklynger. OMICS. 2012;16(5):284–287.

39 Miao YR, Xia M, Luo M, Luo T, Yang M, Guo AY. ImmuCellAI-mus: et verktøy for omfattende prediksjon av overflod av museimmunceller og skildring av immunmikromiljø. Bioinformatikk. 2021;38:785.

40 Shuai H, Chan JF, Yuen TT, et al. Nye SARS-CoV-2-varianter utvider arters tropisme til murin. biomedisin. 2021;73:103643.

41 Gu H, Chen Q, Yang G, et al. Tilpasning av SARS-CoV-2 i BALB/c-mus for testing av vaksineeffektivitet. Vitenskap. 2020;369(6511):1603–1607.

42 Halfmann PJ, Iida S, Iwatsuki-Horimoto K, et al. SARS-CoV-2 Omicron-virus forårsaker svekket sykdom hos mus og hamstere. Natur. 2022;603(7902):687–692.

43 Krause PR, Fleming TR, Longini IM, et al. SARS-CoV-2 varianter og vaksiner. N Engl J Med. 2021;385(2):179–186.

44 Corbett KS, Nason MC, Flach B, et al. Immunkorrelater av beskyttelse med mRNA-1273-vaksine mot SARS-CoV-2 hos ikke-menneskelige primater. Vitenskap. 2021;373(6561):eabj0299.

45 Hamer M, Gale CR, Kivimäki M, Batty GD. Overvekt, fedme og risiko for sykehusinnleggelse for COVID-19: en fellesskapsbasert kohortstudie av voksne i Storbritannia. Proc Natl Acad Sci USA. 2020;117(35):21011–21013.

46 Mannar D, Saville JW, Zhu X, et al. SARS-CoV-2 Omicron-variant: antistoffunndragelse og kryo-EM-struktur av spikeprotein-ACE2-kompleks. Vitenskap. 2022;375(6582):760–764.

47 Zhang Y, Huang K, Wang T, et al. SARS-CoV-2 tilpasser seg raskt i gamle BALB/c-mus og induserer typisk lungebetennelse. J Virol. 2021;95(11):e02477.

48 Huang H, Zhu Y, Niu Z, Zhou L, Sun Q. SARS-CoV-2 N501Y varianter av bekymring og deres potensielle overføring med mus. Celledød er forskjellig. 2021;28(10):2840–2842.

49 Niu Z, Zhang Z, Gao X, et al. N501Y-mutasjon gir overføring av SARS-CoV-2 på tvers av arter til mus ved å øke reseptorbindingen. Signal Transduct Target Ther. 2021;6(1):284.

50 Chu H, Chan JF, Yuen KY. Dyremodeller i SARS-CoV-2-forskning. Nat-metoder. 2022;19(4):392–394.

51 Briand F, Sencio V, Robil C, et al. Kostholdsindusert fedme og NASH svekker sykdomsrestitusjon hos SARS-CoV-2-infiserte gullhamstere. Virus. 2022;14(9):2067.

52 Port JR, Adney DR, Schwarz B, et al. Endringer i lipidmetabolismen forårsaket av et høyt fettrikt kosthold med høyt sukkerinnhold er assosiert med mildt økt alvorlighetsgrad av COVID-19 og forsinket restitusjon hos den syriske hamsteren. Virus. 2021;13(12):2506.

53 Zhang YN, Zhang ZR, Zhang HQ, et al. Økt sykelighet hos overvektige mus infisert med musetilpasset SARS-CoV-2. Cell Discov. 2021;7(1):74.

54 Akbar AN, Gilroy DW. Aldrende immunitet kan forverre COVID-19. Vitenskap. 2020;369(6501):256–257.

55 Rebello CJ, Kirwan JP, Greenway FL. Fedme, den vanligste komorbiditeten ved SARS-CoV-2: er leptin koblingen? Int J Obes. 2020;44(9):1810–1817.

56 Mullen M, Gonzalez-Perez RR. Leptin-indusert JAK/STAT-signalering og kreftvekst. Vaksiner (Basel). 2016;4(3):26.

57 Zhu A, Chen Z, Wang Y, et al. Immunrespons på SARS-CoV-2-infeksjon hos mennesker og ACE2-humaniserte mus. Fundam Res. 2021;1(2):124–130.

58 Achkar JM, Casadevall A. Antistoffmediert immunitet mot tuberkulose: implikasjoner for vaksineutvikling. Cell Host Microbe. 2013;13(3):250–262.

59 Casadevall A, Pirofski LA. En ny syntese for antistoffmediert immunitet. Nat Immunol. 2011;13(1):21–28.

60 Israelow B, Mao T, Klein J, et al. Adaptive immundeterminanter for viral clearance og beskyttelse i musemodeller av SARS-CoV-2. Sci Immunol. 2021;6(64):eabl4509.

61 Smith AG, Sheridan PA, Tseng RJ, Sheridan JF, Beck MA. Selektiv svekkelse i dendritisk cellefunksjon og endret antigenspesifikk CD8+ T-cellerespons hos diettinduserte overvektige mus infisert med influensavirus. Immunologi. 2009;126(2):268–279.

62 Macia L, Delacre M, Abboud G, et al. Svekkelse av dendrittiske cellefunksjonalitet og steady-state-nummer hos overvektige mus. J Immunol. 2006;177(9):5997–6006.

63 Honce R, Schultz-Cherry S. Effekten av fedme på influensa A-viruspatogenese, immunrespons og evolusjon. Front Immunol. 2019;10:1071.

64 Frasca D, Blomberg BB. Fedme akselererer aldersdefekter i mus og menneskelige B-celler. Front Immunol. 2020;11:2060.

65 Kennedy DE, Knight KL. Hemming av B-lymfopoiesis av adipocytter og IL-1-produserende myeloid-avledede suppressorceller. J Immunol. 2015;195(6):2666–2674.

66 Pham TD, Chng MHY, Roskin KM, et al. Høyfett diett induserer systemiske B-celle repertoarendringer assosiert med insulinresistens. Slimhinneimmunol. 2017;10(6):1468–1479.

67 Alu A, Chen L, Lei H, Wei Y, Tian X, Wei X. Intranasal COVID-19-vaksiner: fra benk til seng. EBioMedicine. 2022;76:103841.

68 Tiboni M, Casettari L, Illum L. Nesevaksinasjon mot SARS CoV-2: synergistisk eller alternativ til intramuskulære vaksiner? Int J Pharm. 2021;603:120686.

69 Klein SL, Flanagan KL. Kjønnsforskjeller i immunresponser. Nat Rev Immunol. 2016;16(10):626–638.