COVID-19の免疫学　科学の現状

pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/32505227/

概要

重症急性呼吸器症候群コロナウイルス2（SARS-CoV-2）によるコロナウイルス疾患2019（COVID-19）のパンデミックは、世界中で何百万人もの人々に影響を与え、COVID19の病態生理の生物学的基盤を理解するための科学界の前代未聞の努力に火をつけた。

本レビューでは、SARSCoV-2感染によって誘発される自然免疫応答および適応免疫応答、および疾患の重症化と死に寄与する可能性の高い免疫学的経路について、現在の知見をまとめた。また、SARS-CoV-2感染症の予防・治療を目的とした現在の治療法や臨床試験の根拠と臨床結果についても議論する。

はじめに

重症急性呼吸器症候群コロナウイルス2（SARS-CoV-2）およびそれに伴うコロナウイルス疾患2019（COVID-19）の最近の出現と急速な世界的な広がりは、2020年3月11日に世界保健機関（WHO）によってパンデミックと宣言された未曾有の健康危機をもたらしている。SARS-CoV-2の発生源は、中国湖北省武漢市にさかのぼり、最初にウイルス性肺炎患者の集団が検出され、その多くは華南海産物卸売市場に関連していた。

中国は2019年12月31日にこのアウトブレイクをWHOに報告し、その後すぐに原因病原体を、アンジオテンシン変換酵素2（ACE2）受容体を用いたコウモリコロナウイルス（CoV）に高い配列相同性を有するベタコロナウイルスとして同定した（Lu et al 2020a; Wan et al 2020b）。

人獣共通感染の可能性が高いスピルオーバーに続いて、無症状から軽度の発熱、咳、呼吸困難、サイトカインストーム、呼吸不全、死亡に至るまでの臨床症状を伴うヒトからヒトへの感染イベントが確認された。

 

SARS-CoV-2は、SARS（遡及的にSARS-CoV-1と命名）や中東呼吸器症候群（MERS）のCoVとも密接に関連しており、2003年と2012年にそれぞれ人獣共通感染症の流行と局所的なアウトブレイクを引き起こした（de Wit et al. SARS-CoV-2は、SARS-CoV-1やMERS-CoVほど致死的ではないが（Fauci et al 2020）、現在のパンデミックのかなりの広がりは、世界中の公衆衛生および医療システムに多大なプレッシャーと悲惨な結果をもたらしている。

この危機に対する科学的な反応は並々ならぬもので、COVID-19の病態および潜在的な治療戦略を迅速に解明しようと、プレプリントサーバーに投稿された大量のCOVID-19研究がある。

これに対応して、マウントサイナイ医科大学アイカーン校精密免疫学研究所（PrIISM）の研修生および教員は、従来の学術誌に掲載された査読付き論文とともに、プレプリント文献を批判的にレビューし（Vabret et al 2020）、COVID-19免疫学の急速に発展する分野に関する科学の現状を要約するための組織的な取り組みを開始した。

我々は、SARS-CoV-2および関連するCoVに対する自然免疫応答と適応免疫応答、臨床研究と予後の実験室相関、現在の治療戦略、将来の臨床試験、ワクチンアプローチにテーマ別に焦点を当てている。

本論

SARS-CoV-2の自然免疫応答

自然免疫応答は、抗ウイルス防御の第一線として機能し、ウイルスに対する免疫に不可欠である。現在までのところ、SARS-CoV-2に対する特異的な自然免疫反応についての理解は極めて限られている。

しかしながら、SARS-CoV-2が関与するウイルス-宿主相互作用は、CoV間の配列相同性や自然免疫シグナル伝達の保存されたメカニズムを考慮すると、他のCoVが関与する多くの相互作用を再現している可能性が高い。

 

SARS-CoV-2のようなRNAウイルスの場合、これらの経路は、細胞質のRIG-I様受容体（RIG-I様受容体）および細胞外およびエンドソームのToll様受容体（Toll様受容体）を介して、ウイルスの一本鎖RNA（ssRNA）および二本鎖RNA（dsRNA）によるパターン認識受容体（パターン認識受容体）の関与によって開始される。

パターン認識受容体が活性化されると、下流のシグナル伝達カスケードがサイトカインの分泌を誘発する。これらのうち、I/III型インターフェロン（IFN）は抗ウイルス防御に最も重要であると考えられているが、他のサイトカイン、例えば、炎症性腫瘍壊死因子α（TNF-a）、インターロイキン-1（IL-1）、IL-6、およびIL-18も分泌される。これらは、標的細胞に抗ウイルスプログラムを誘導し、適応免疫応答を増強する。

早期に存在し、かつ適切に局所化されていれば、IFN-Iは、CoV感染を効果的に制限することができる（Channappanavar et al 2016、2019）。初期の証拠は、SARS-CoV-2が、おそらくSARS-CoV-1よりも大きい程度に、試験管内試験（in vitro）でのIFN-I/III前処理に敏感であることを実証した（Blanco-Melo et al 2020；Lokugamage et al 2020；Mantlo et al 2020；Stanifer et al 2020）。

これらの保護効果を媒介する特異的なIFN刺激遺伝子（ISG）はまだ解明されていない。リンパ球抗原6複合体遺伝子座E（LY6E）は、SARS-CoV-2スパイク（S）タンパク質媒介膜融合を妨害することが示されている（Pfaender et al 2020; Zhao et al 2020c）。

おそらく、IFNinduced transmemembrane family（IFITM）タンパク質は、SARS-CoV-1について実証されたように、SARSCoV-2の侵入を阻害する（Huang et al 2011b）が、感染促進におけるそれらの作用は他のCoVについても記載されている（Zhao et al 2014、2018）。

コロナウイルスによる自然感知の回避

これらのサイトカインがウイルス感染の主要な障壁を表すので、CoVは、IFN-I誘導およびシグナル伝達を阻害するためのいくつかのメカニズムを進化させてきた。数多くの研究が、SARSCoV-1が試験管内試験（in vitro）および生体内試験（in vivo）でIFN放出を抑制することを実証している(Cameron et al 2012; Minakshi et al 2009; Siu et al 2009; Wathelet et al 2007)。

SARS-CoV-2は、感染した細胞株、初代気管支細胞、およびフェレットモデル（Blanco-Melo et al 2020）からの頑健なI/III型IFNシグネチャーの欠如によって示唆されるように、同様の効果を達成する可能性が高い。実際、重度のCOVID-19を有する患者は、軽度または中等度の症例と比較して、著しく損なわれたIFN-Iシグネチャーを示す(Hadjadj et al., 2020)。

しばしばそうであるように、CoVの回避の複数のメカニズムが存在し、ウイルス因子がパターン認識受容体感知およびサイトカイン分泌からIFNシグナル伝達までの経路の各ステップに拮抗している（図1）。

パターン認識受容体のセンシングの回避

CoVが媒介する自然免疫の拮抗は、パターン認識受容体センシングの回避から始まる。CoVと同様に、ssRNAウイルスは複製中にdsRNA中間体を形成し、エンドソームのToll様受容体3、サイトゾルのRIG-I、MDA5、PKRによって検出される。

CoVは、認識を完全に回避するか、またはパターン認識受容体作用に拮抗するかのいずれかによってパターン認識受容体活性化を回避することが知られている(Bouvet et al 2010; Chen et al 2009; Deng et al 2017; Hackbart et al 2020; Ivanov et al 2004; Knoops et al 2008)。

パターン認識受容体を回避するために、dsRNAは、まず、SARSCoV-1のウイルス複製中に形成される膜結合コンパートメントによって遮蔽される（Knoops et al 2008）。さらに、ウイルスRNAは、グアニシンでキャップされ、CoVs非構造タンパク質（NSP）10、13、14、および16によって50末端でメチル化される（Bouvet et al 2010；Chen et al 2009；Ivanov et al 2004）ことにより、図1に類似している。

 

宿主の自然免疫応答とコロナウイルスの拮抗のメカニズム 自然免疫センシング（左）とインターフェロンシグナル伝達（右）の全体像を、SARS-CoV-1とMERS-CoVがこれらの経路に拮抗する既知のメカニズム（赤）で注釈したもの。

最後に、CoVはまた、ウイルス複製中に形成された50個のポリウリジンを切断するエンドリボヌクレアーゼ、NSP15をコードし、これは、そうでなければMDA5によって検出されるであろう(Deng et al 2017; Hackbart et al 2020)。

SARS-CoV-1 N-タンパク質

CoVは、パターン認識受容体の活性化を阻害するための追加の戦略を進化させた。SARS-CoV-1 N-タンパク質は、RIG-IのTRIM25活性化を阻害する(Hu et al 2017)。同様に、それ自体がdsRNAを結合するMERS-CoV NS4aは、PKRの活性化を阻害し(Comar et al 2019; Rabouw et al 2016)、RIG-I様受容体の活性化因子であるPACTを阻害する(Niemeyer et al 2013; Siu et al 2014)。

MERS-CoV NS4b

さらに、MERS-CoV NS4bは、RIG-I様受容体の別の活性化因子であるRNaseLに拮抗する(Thornbrough et al., 2016)。他のパターン認識受容体の役割は依然として不明である。

例えば、SARS-CoV-1パパイン様プロテアーゼ（PLP）はSTINGに拮抗し、自己DNAもまた重要なトリガーを表す可能性があることを示唆している（Sun et al 2012）。SARS-CoV-2ホモログがこれらの機能においてどの程度重複しているかは、現在のところ不明である。

活性化に続いて、RIG-I様受容体およびToll様受容体はシグナル伝達カスケードを誘導し、NF-kBおよびインターフェロン調節因子ファミリー（IRF）などの転写因子のリン酸化を誘導し、最終的にIFNおよびプロ炎症性サイトカインの転写を誘導する。

SARS-CoV2

SARS-CoV-2タンパク質の正確な機能は実験的研究では明らかにされていないが、プロテオミクス研究では、ウイルスタンパク質とパターン認識受容体シグナル伝達カスケードとの相互作用が実証されている。

SARS-CoV-2 ORF9bは、Tom70との関連を介してシグナル伝達アダプターMAVSと間接的に相互作用する（Gordon et al 2020）、SARS-CoV-1 ORF9bがMAVSシグナル伝達を抑制するという先行報告と一致する（Shi et al 2014）。さらに、SARS-CoV-2のNSP13は、シグナル伝達中間体TBK1と相互作用し、NSP15は、TBK1およびIRF3の活性化因子であるRNF41と関連している（Gordon et al 2020）。

同様に、SARS-CoV-1 Mタンパク質は、TBK1シグナル伝達複合体を阻害することが知られており（Siu et al 2009）、MERS-CoV ORF4bも同様である（Yang et al 2015）。

 

SARS-CoV-1 PLP、N、ORF3b、およびORF6を含む他のタンパク質は、IRF3リン酸化および核内転座をブロックする（Devaraj et al 2007；Kopecky-Bromberg et al 2007）。NF-kBはまた、CoVタンパク質によっても阻害される。これらには、SARS-CoV-1 PLP（Frieman et al 2009）およびMERS-CoV ORF4bおよびORF5（Canton et al 2018；Menachery et al 2017）が含まれる。

最後に、SARS-CoV-1 NSP1（Huang et al 2011a; Kamitani et al 2009）およびMERS-CoV NSP1（Lokugamage et al 2015）は、宿主の転写および翻訳の一般的な阻害を開始し、したがって、抗ウイルス防御を非特異的に制限する。

 

IFN放出の下流のシグナル伝達を阻害するために、CoVタンパク質は、受容体サブユニット（IFNAR1およびIFNAR2）をSTAT l

SARS-CoV-1の場合、これらのメカニズムには、ORF3aによるIFNAR1の分解（Minakshi et al 2009）、NSP1によるSTAT1リン酸化の減少（Wathelet et al 2007）、およびORF6によるSTAT1核内転座の拮抗（Frieman et al 2007；Kopecky-Bromberg et al 2007）が含まれる。

しかし、SARS-CoV-2のORF6はSARS-CoV-1と69％の配列相同性しかなく、この機能は保存されていない可能性が示唆された。この考えを裏付けるように、SARS-CoV-2感染は、SARS-CoV-1感染とは異なり、STAT1リン酸化を制限することに失敗する（Lokugamage et al 2020）。

抗ウイルス性応答とプロ炎症性応答の間の不均衡

合わせて、免疫センシング、特にIFN-I経路から逃れるために病原性CoVによって開発された戦略の多重性は、COVID-19病原性におけるIFN-I応答の調節障害によって奏される重要な役割を示唆している。同調して、SARS-CoV-1およびMERS-CoV感染の動物モデルは、初期のIFN-I応答の誘発の失敗が疾患の重症度と相関することを示している（Channappanavar et al 2016）。

IFNのタイミング

おそらく、より重要なことは、これらのモデルは、IFNが疾患の初期には保護的であるが、後には病理学的になることから、タイミングが鍵であることを実証している（Channappanavar et al 2016、2019）。

気道ACE2によるIFN誘導

おそらく、気道上皮におけるACE2のインターフェロニン誘発性アップレギュレーションは、この効果に寄与するかもしれない（Ziegler et al 2020）。

IFNシグナル伝達の阻害と炎症性の促進

さらに、病原性CoVはIFNシグナル伝達をブロックする一方で、病理学に寄与する他の炎症性経路を積極的に促進する可能性がある。例えば、SARS-CoV-1 ORF3a、ORF8b、およびEタンパク質は、炎症性ソームの活性化を増強し（Chen et al 2019；Nieto-Torres et al 2015；Shi et al 2019；Siu et al 2019）、病理学的炎症に寄与する可能性の高いIL-1bおよびIL18の分泌につながる。

同様に、SARS-CoV-2 NSP9およびNSP10は、潜在的に内因性NF-κBリプレッサーであるNKRFの阻害によって、IL-6およびIL-8産生を誘導する可能性がある(Li et al 2020a)。

サイトカインストーム

これらの炎症性プロセスは、COVID-19患者で観察される「サイトカインストーム」に寄与している可能性が高く、標的免疫抑制治療レジメンの役割を実証している。今後、抗ウイルス性と炎症性の自然免疫プログラムの微妙なバランスを明確に理解することは、COVID-19の効果的なバイオマーカーと治療法の開発に不可欠である。

ミエロイド細胞

感染因子に対する粘膜免疫応答は、従来の樹状細胞（cDC）、単球由来DC（moDC）、形質細胞様DC（pDC）、およびマクロファージを含む、特殊な機能を有するミエロイド細胞によって編成され、制御されている（Guilliams et al 2013）。

急性呼吸窮迫症候群（ARDS）、サイトカイン放出症候群（CRS）およびリンパ球減少症などのCOVID-19ホールマーク症候群を潜在的に駆動する調節障害されたミエロイド応答を指摘する証拠が増えている（Mehta et al 2020）。

COVID-19におけるミエロイドの特性化 症候性COVID-19患者からの末梢血単核細胞（PBMCs）のフローサイトメトリー分析は、顆粒球-マクロファージコロニー刺激因子（GM-CSF）産生、活性化CD4+ T細胞およびCD14+ HLA-DRlo炎症性単球（IMs）の有意な流入を示している（GiamarellosBourboulis et al 2020；Zhang et al 2020、2020）。

これは、CD14+ IL-1b+単球の拡大（Guo et al 2020; Wen et al 2020）、インターフェロン-ミトゲン活性化プロテインキナーゼ（MAPK）主導の適応免疫応答（Huang et al 2020c）、およびIL-1b+単球の拡大を実証する単細胞トランスクリプトーム（scRNA-seq）データと一致する。およびCOVID-19患者の末梢血中のIL-1b-associated inflammasomeシグネチャー（Ong et al 2020）が検出されたが、検出されたIL-1bの全身レベルは顕著に低い（Del Valle et al 2020）。

重度のCOVID-19病患者の肺組織を対象としたscRNA-seq研究は、組織常駐型の再生肺胞マクロファージ（AM）を犠牲にして、IMおよびFicolin-1+単球由来マクロファージの拡大を明らかにした（Liao et al 2020）。

前述の研究では、おそらく肺胞開存性の急速な低下に寄与し、ARDSを促進すると思われるIFNシグナル伝達および単球リクルートのシグネチャーも観察された。臨床上の焦点のほとんどは、肺の損傷およびそこでの単核食細胞（MNP）機能不全であったが、COVID-19は、回腸および腎臓などの他の臓器部位において全身的な課題を提示する可能性が高いことがますます明らかになってきている。COVID-19に関連した組織特異的な病理における非肺筋細胞の役割を理解することは重要である。

SARS-CoV-1、MERS-CoV、およびマウスコロナウイルスからの先行知識

COVID-19患者に関するデータは急速に出現し続けているが、SARS-CoV-1およびMERSCoVにおける骨髄細胞機能不全の研究は、COVID-19の病態を理解するための重要なロードマップを提供する可能性がある（図2）。

マウスモデルにおける SARS-CoV-1 感染は、DC トラフィッキングおよび T 細胞活性化を制限する異常な AM 表現型をもたらす（Zhao et al. さらに、YM1+ FIZZ1+代替マクロファージは気道過敏症を増加させ、したがってSARS関連線維症を悪化させる(Page et al., 2012)。

さらに、上述したように、マウスSARSCoV-1研究は、遅延IFN-Iシグナル伝達および炎症性単球-マクロファージが、肺サイトカインおよびケモカインレベル、血管漏出、および障害された抗原特異的T細胞応答を促進し、致死的疾患に至ることを実証している(Channappanavar et al 2016)。

著名なIFN産生pDCがSARS-CoV-2の制御または病原性において果たす役割は、マウスCoV（MHV）制御において重要であることが示されているので、調査が必要である（Cervantes-Barragan et al 2007）。

SARS-CoV-2モデルにおける縦断的研究が待たれているが、ヒト化hACE2マウスにおける初期の表現型研究では、リンパ球および単球の浸潤および肺胞腔内へのマクロファージの蓄積を伴う特徴的な肺胞間質性肺炎が示されており（Bao et al 2020a）、これは患者の所見を再現している（Xu et al 2020c）。

最後に、非ヒト霊長類（NHP）研究およびSARS-CoV-1の患者データはまた、ウイルススパイク特異的免疫グロブリンG（IgG）応答が、肺胞マクロファージのプロ炎症性表現型への再分極およびCCL2およびIL-8を介した炎症性単球の増強されたリクルートのために、急性肺損傷を悪化させ得ることを示している（Clay et al 2012；Liu et al 2019）。しかし、抗体応答が疾患の病態生理にどの程度寄与するかは、まだ確認されていない。

 

病原性炎症へのミエロイド細胞の寄与 自然細胞によるウイルス病原体関連シグナル（PAMP）認識の初期モードは、下流のミエロイドシグナル伝達およびサイトカイン分泌に大きな影響を与える（de Marcken et al 2019）。

マクロファージはやや影響を受けやすいが、 MERS-CoVおよびSARS-CoV-1感染（Perlman and Dandekar, 2005; Zhou et al. 2014）、データは、ACE2およびSARS-CoV-2ヌクレオカプシドタンパク質がIL-6を産生するCOVID-19患者のリンパ節および脾臓関連CD169+マクロファージにおいて発現していることを報告しているが、SARS-CoV-2に感染していることを示唆するものではない（Chen et al 2020h）。

プロ炎症性サイトカインIL-6の有意に上昇した全身レベルが、いくつかのCOVID-19患者コホートにおいて報告されており、疾患の重症度と相関することが示されている(Mehta et al 2020h)。IL-6の増加はまた、二次性血球貪食細胞性リンパ組織球症に見られるように、IL-2、IL-7、IFN-ɣ、およびGM-CSFの高レベルと関連し得る。

ウイルス感染に応答して、MNPは、ILおよびIFN-IおよびIFN-III産生を駆動し、その結果、炎症性ソーム活性化、病原性Th1およびTh17細胞応答の誘導、エフェクター免疫細胞のリクルート、およびCRS病理学をもたらす（Prokunina-Olsson et al 2020；田中 et al 2016）。

NLRP3

独立して、試験管内試験（in vitro）研究は、SARS-CoV1感染が細胞内ストレス経路を誘導し、その結果、NLRP3依存性炎症性ファソーム活性化およびマクロファージ膿瘍をもたらすことを実証している（Chen et al 2019；Shi et al 2019）。COVID-19肺病理にこれらのミエロイド炎症アソーム経路を暗示し、RIPK1/3依存性ネクロプトーシスなどの他の免疫原性経路を評価するために、機能的研究が必要である（NailwalおよびChan、2019）。

結論として、ミエロイドISG)シグナリングの強さと持続時間は、潜在的にCOVID-19疾患の重症度を決定するが、これを確認するための厳密な研究が必要である。最後に、SARSCoV-2の制御および病原性において肺残留顆粒球およびリクルート顆粒球が果たす機序的な役割を確認するために、より多くの研究が必要である（Camp and Jonsson, 2017; Flores-Torres et al 2019）。

それらの初期の保護的役割とは対照的に、好中球NETosisおよびマクロファージクロストークは、後期の炎症性カスケードを駆動することができ（Barnes et al 2020）、ダメージ感知宿主応答の全体的な病原性を強調している（図2）。

まとめると、CoVsおよび特にSARS-CoV-2感染に関する現在の知見は、初期センシングおよび抗ウイルス応答において重要な役割を果たすにもかかわらず、COVID-19の病原性にミエロイド細胞が関与する不注意な結託を指摘している。

自然免疫細胞

自然免疫細胞 自然免疫エフェクター細胞（ILC）

自然免疫エフェクター細胞（ILC）は、再配列された抗原受容体（T細胞受容体[TCR]、B細胞受容体[BCR]）の発現を欠く自然免疫エフェクター細胞である。ILCファミリーは、細胞傷害性ナチュラルキラー（NK）細胞と、ILC1、ILC2、およびILC3を含む非細胞傷害性ヘルパーILCの2つの主要なグループに分けられる（Vivier et al. 従来のNK細胞には、CD56brightCD16 NK細胞とCD56dimCD16+細胞があり、それぞれサイトカイン産生または細胞毒性に特化している。

NK細胞はCOVID-19患者の末梢血中で減少している

複数の研究で、COVID-19患者の末梢血中のNK細胞の数が減少していることが報告されており、これは疾患の重症度と関連している（Song et al 2020；Wang et al 2020f；Yu et al 2020；Zheng et al 2020b）。

最近のscRNAseq解析により、患者および健康なドナーからの肺において等しく代表されるNK細胞のトランスクリプトームシグネチャーが明らかになった(Liao et al 2020)。肺NK細胞の大部分は非居住者であり（Gasteiger et al 2015; Marquardt et al 2017）、CXCR3はインフルエンザ感染時にNK細胞の浸潤を媒介することが示されている（Carlin et al 2018）。

CXCR3

試験管内試験（in vitro）では、SARS-CoV-2感染ヒト肺組織においてCXCR3リガンド（CXCL9-11）が増加し（Chu et al 2020）、COVID-19患者の肺においてCXCR3リガンド産生単球が拡大している（Liao et al 2020）。このことは、CXCR3経路がCOVID-19患者の末梢血から肺へのNK細胞のリクルートを促進する可能性を示唆している（図2）。

抗ウイルス免疫におけるNK細胞活性化経路

NK細胞は、その細胞毒性を調節する抑制性および活性化受容体を発現する。したがって、NK細胞はウイルス感染細胞の溶解を誘導することができ、ウイルス由来のタンパク質やストレス誘導性リガンドをアップレギュレートし、NKp46などのNK細胞活性化受容体によって認識される（CerwenkaおよびLanier、図2）。

SARS-CoV-2感染はミエロイド細胞の活性化をもたらし、NK細胞機能を変化させる COVID-19の予備研究および関連するコロナウイルスの初期研究のデータに基づく。

感染した肺上皮からのIL-6、IL-1b、およびIFN-I/IIIは、炎症性単球だけでなく、顆粒球およびリンパ球を循環からリクルートしながら、常駐（代替）マクロファージの炎症プログラムを誘導することができる。入ってくる単球による持続的なIL-6およびTNF-αは、いくつかのハイパー炎症カスケードを駆動することができる。炎症性単球由来のマクロファージは、様々な方法で機能不全応答を増幅させることができる（左上に列挙）。

全身性CRS-およびsHLH様炎症性応答は、好中球性NETosisおよび微小血栓症を誘発し、COVID-19の重症度を悪化させる。pDCなどの他の骨髄系細胞は、ウイルス制御においてIFN依存的な役割を有することが示唆されている。単球由来のCXCL9/10/11は血液中のNK細胞をリクルートする可能性がある。

予備的なデータでは、これらのNK細胞の抗ウイルス機能は、SARS感染細胞や炎症性単球とのクロストークによって制御されている可能性が示唆されている。

図　原文参照

破線は確認中の経路を示す。Arg1、アルギナーゼ1; iNOS、誘導性一酸化窒素合成酵素; Inflamm.、炎症性; Mono.、単球; Macs、マクロファージ; Eosino、好酸球; Neutro、好中球; NETosis、好中球細胞外トラップ細胞死; SHLH、二次性血球貪食細胞性リンパ組織球症ll 4 Immunity 52, June 16, 2020 Review Please cite this article in press as.

今後の研究では、COVID-19疾患におけるNK細胞活性化の基礎となるメカニズムをよりよく理解するために、SARS-CoV-2感染細胞におけるNK受容体リガンドの発現を調査すべきである。

細胞性細胞毒性（ADCC）

さらに、SARS-CoV-2感染中のIgG1抗体およびIgG3抗体の分泌（Amanat et al 2020）は、感染細胞上に発現した表面抗原に結合した抗体、または免疫複合体としての細胞外ウイルスに結合した抗体のいずれかのFc受容体認識を介して、CD56dim CD16+ NK細胞活性化を誘導する可能性がある（図2）。この相互作用は、インフルエンザ感染で示されているように、NK細胞によるサイトカイン産生および抗体媒介細胞性細胞毒性（ADCC）を介した感染細胞の溶解の両方を誘発する可能性がある（Von HolleおよびMoody、2019）。

新たなデータは、チャイニーズハムスター卵巣（CHO）細胞にトランスフェクトされたときにSARSCoV-2 S糖タンパク質と交差反応する天然に単離されたSARS-CoV-1抗S IgGに応答するNK媒介ADCCの能力を強調している（Pinto et al 2020）。これらの知見は、NK細胞の活性化を誘発することは、感染の解決に寄与するだけでなく、ARDSにおけるサイトカインストームにも寄与する可能性があることを示唆している。

SARS-CoV-2感染におけるNK細胞機能の障害

COVID-19患者の末梢血から得られたEx vivoのNK細胞は、CD107a、Ksp37、グランザイムB、およびグランリュジンの細胞内発現を低下させており、細胞毒性の障害、およびケモカイン、IFN-ɣ、およびTNF-aの産生障害を示唆している（Wilk et al 2020；Zheng et al 2020b）。

NK細胞の調節障害

いくつかの経路が、NK細胞の調節障害に寄与している可能性がある。インフルエンザウイルスはNK細胞に感染し、アポトーシスを誘導するが（Mao et al 2009）、肺NK細胞は、SARS-CoV2のエントリーレセプターであるACE2を発現しておらず、したがって、SARS-CoV-2に直接感染する可能性は低い（Travaglini et al 2020）。

ヒト肺で見られるNK細胞の大部分は、成熟したCD16+KIR+CD56dim表現型を表示し、ヒト白血球抗原（HLA）クラスIの喪失に応答して、またはFc受容体シグナル伝達を介して、末梢血のカウンターパートよりも低い程度ではあるが、細胞毒性を誘導することができる（Marquardt et al 2017）。

キラー免疫グロブリン受容体（KIR）

キラー免疫グロブリン受容体（KIR）は、CD16（FcRgIIIA）と並んでNK細胞の発生中に獲得され、NK細胞のライセンシングおよびその後の細胞溶解機能の能力に不可欠である（Sivori et al 2019）。CD16および／またはKIRを発現するNK細胞の頻度は、それぞれ、SARS-CoV-2およびSARSCoV-1感染後の血中で減少する（Xia et al 2004；Wang et al 2020d）。

これらのデータをまとめると、SARS-CoV-2感染者の肺または他の末梢組織へのNKコンパートメントの成熟障害または成熟した循環NK細胞の移動のいずれかが示唆される。

NKG2A

免疫チェックポイントNKG2Aは、COVID-19患者からのNK細胞およびCD8 T細胞上で増加している（Zheng et al 2020b）。NKG2Aは、非古典的HLA-E分子と結合することにより細胞毒性を阻害し（Braud et al 1998；Brooks et al 1997）、この相互作用は、HIV-1感染の制御不良と強く相関している（Ramsuran et al 2018）。

抑制性受容体LAG3、TIM3

抑制性受容体LAG3およびTIM3をコードする遺伝子もまた、COVID-19患者からのNK細胞においてアップレギュレートされている（Wilk et al 2020；Hadjadj et al 2020）。したがって、NK細胞上の免疫チェックポイントの増加は、ウイルスの脱出に寄与するかもしれない。

IL-6

さらに、COVID-19患者は、より高い血漿中IL-6濃度を有し（Huang et al 2020b）、これは、より低いNK細胞数と有意に相関する（Wang et al 2020d、2020f）。IL-6および可溶性IL-6受容体による試験管内試験（in vitro）刺激は、以前に、健康なドナーNK細胞による細胞溶解機能（ペルフォリンおよびグランザイムB産生）の障害を明らかにしており、これは、トシリズマブ（IL-6R遮断）の添加（IL-6R遮断）に続いて回復することができる（Cifaldi et al 2015）。

TNF-α

TNF-aはまた、COVID-19患者の血漿中でアップレギュレートされており（Huang et al 2020b）、末梢血scRNA-seqデータのリガンド-受容体相互作用解析は、単球分泌されたTNF-aがNK細胞上のその受容体に結合する可能性を示唆している（Guo et al 2020）。

TNF-aはNK細胞の分化に寄与することが知られており(Lee et al., 2009)、これにはNKp46のダウンレギュレーションが含まれる(Ivagne`’s et al., 2017)が、これまでのところ、NK細胞介在性ADCCに対するTNF-aまたはIL-6の効果は報告されていない。

 

まとめて、これらのデータは、単球とのクロストークが、SARS-CoV-2感染細胞のNK細胞認識および殺傷を損なう可能性があり、IL-6およびTNFシグナリングを標的とする抗体は、COVID-19患者における強化されたNK細胞機能に利益をもたらす可能性があることを示唆している（図2）。

SARS-CoV-2感染におけるヘルパーILCとの関連性

SARS-CoV-2感染におけるILC1、ILC2、またはILC3の機能については、これまでのところ報告されていない。3つのサブセットはすべて健康な肺に存在する（De Grove et al 2016；Yudanin et al 2019）。ILC2は、アンフィレグリン媒介による気道上皮および酸素飽和度の回復を介して、マウスのインフルエンザ感染後の肺機能の改善に不可欠である（Monticelli et al 2011）。

しかしながら、ILC2sはまた、IL-13を産生し、肺へのマクロファージのリクルートおよびインフルエンザ誘発性気道過敏症に寄与する(Chang et al 2011)。実際、ILCは、M1様表現型（ILC1およびILC3）またはM2様表現型（ILC2）に向かって、肺胞マクロファージの分極に関与している（Kim et al 2019）。

増加したIL-13濃度（Huang et al 2020b）およびCOVID-19患者で観察されたマクロファージコンパートメントの調節異常を考えると、SARS-CoV-2感染においてILCが果たす役割は、さらなる調査を保証するものである。

T細胞応答

T細胞はウイルス感染において基本的な役割を果たす。CD4 T細胞は抗体産生のためにB細胞の助けとなり、他の免疫細胞の反応を調整するのに対し、CD8 T細胞はウイルスの負担を軽減するために感染細胞を殺す。しかし、T細胞応答の異常は、免疫病理学的な結果をもたらす可能性がある。

SARS-CoV-2感染におけるT細胞応答の役割をよりよく理解するためには、2つの主要な問題を追求することが不可欠である。

(1) COVID-19の初期ウイルス制御および組織損傷に対するT細胞の寄与はどのようなものであるか、(2) その後に樹立されたメモリーT細胞は再感染時の防御免疫にどのように寄与するのか、である。いくつかの暫定的な答えが明らかになりつつある。

末梢血中のCD4およびCD8 T細胞数の全体的な減少

SARS-CoV-1感染に関する以前の観察（He et al 2005）と同様に、いくつかの現在の報告では、中等度および重度のCOVID-19症例においてCD4およびCD8 T細胞の両方の数が大幅に減少したリンパ球減少症の発生が強調されている（図3）（Chen et al 2020c；Nie et al 2020b；Wang et al 2020d；Zeng et al 2020；Zheng et al 2020b）。

リンパ減少の程度-集中治療室（ICU）に入院した患者のCD8 T細胞に最も顕著である-は、COVID-19に関連する疾患の重症度および死亡率と相関しているようである(Chen et al., 2020c; Diao et al., 2020; Liu et al., 2020b, 2020c; Tan et al., 2020a; Wang et al., 2020d, 2020f; Zeng et al., 2020; しかしながら、軽度の症状を有する患者は、典型的には、正常またはわずかに高いT細胞数を呈する（Liu et al 2020a; Thevarajan et al 2020）。

中等度から重度のCOVID-19における末梢T細胞の損失の原因は、他のウイルス感染でも観察される現象ではあるが、依然として捉えどころがなく、MERS-CoV（Chu et al 2016）とは対照的に、T細胞の直接的なウイルス感染は報告されていない。炎症性サイトカイン環境からの影響を含め、いくつかのメカニズムが血中のT細胞数の減少に寄与している可能性が高い。

実際、リンパ球減少は、血清IL-6、IL-10、およびTNF-aと相関しているようである（Diao et al 2020; Wan et al 2020a）、一方、回復期の患者は、バルクT細胞頻度が回復し、全体的に低い炎症性サイトカインレベルと対になっていることが見出された（Chen et al 2020f; Diao et al 2020; Liu et al 2020a、2020b; Zheng et al 2020b）。

IFN-IおよびTNF-aなどのサイトカインは、リンパ系器官内での滞留および内皮への付着を促進することにより、血液中のT細胞の再循環を阻害し得る（Kamphuis et al 2006；Shiow et al 2006）。

しかしながら、COVID-19に屈した6人の患者の脾臓および肝門リンパ節を調べた剖検研究において、Chenらは、リンパ球の広範な細胞死を観察し、IL-6およびFas-FasL相互作用の潜在的な役割を示唆した(Chen et al 2020h)。この仮説を支持して、IL-6受容体アンタゴニストであるトシリズマブは、循環リンパ球の数を増加させることが見出された（Giamarellos-Bourboulis et al 2020h）。

感染部位へのT細胞のリクルートもまた、末梢血コンパートメントにおけるT細胞の存在を減少させる可能性がある。

原文参照

COVID-19患者の気管支肺胞ラバージ（BAL）液のscRNA-seq分析 図3。

SARS-CoV-2に対するT細胞応答のためのワーキングモデル

末梢血T細胞の頻度および表現型の変化 疾患の重症度および炎症に関連する末梢血T細胞の減少は、現在COVID-19患者でよく報告されている。

いくつかの研究では、活性化CD4およびCD8 T細胞の数の増加が報告されており、これは、持続性COVID-19では、抑制マーカーの継続的かつアップレギュレーションされた発現、および潜在的な多機能性および細胞毒性の低下に基づいて、疲弊した表現型を示す傾向を示している。

重症化した疾患では、CD4 T細胞による特定の炎症性サイトカインの産生も報告されている。このワーキングモデルを確認し、末梢血および組織におけるウイルス特異的なT細胞応答を評価するためには、今後の研究でさらに拡大していく必要がある。

さらに、疾患の重症度とT細胞の表現型との関係を定義するためには、より大規模で定義された縦断的なデータを持つ患者コホートが必要である。クローン拡大を伴うCD8 T細胞浸潤の増加を明らかにした（Liao et al 2020）。

同様に、SARS-CoV-2感染後にARDSに屈した患者の死後検査では、肺における広範なリンパ球浸潤が示された（Xu et al 2020c）。しかし、4人のCOVID-19患者の死後生検を行った別の研究では、好中球浸潤のみが認められた（Tian et al 2020a）。

したがって、COVID-19患者でよく観察されるリンパ球減少の原因と影響をよりよく判断するためには、さらなる研究が必要である。

抗ウイルス性T細胞応答の誘導

SARS-CoV-1特異的T細胞免疫に関する利用可能な情報は、SARS-CoV-2感染症のさらなる理解のための方向性として役立つであろう。

免疫原性T細胞エピトープは、いくつかのSARS-CoV-1タンパク質（S、N、M、およびORF3）に分布しているが、CD4 T細胞応答はSタンパク質に限定されている（Li et al. SARS-CoV-1生存者において、特異的CD8メモリーT細胞の大きさおよび頻度はCD4メモリーT細胞のそれを上回り、ウイルス特異的T細胞は少なくとも6〜11年間持続し、T細胞が長期的な免疫を付与する可能性があることを示唆した（Ng et al 2016；Tang et al 2011）。

ウイルス性SARS患者からの限られたデータは、致死的転帰がTh2細胞（IL-4、IL-5、IL-10）血清サイトカインの上昇と相関していることから、ウイルス特異的CD4 T細胞集団がより重篤な疾患経過と関連している可能性があることをさらに示唆している（Li et al 2008）。しかしながら、CD4 T細胞応答の質と疾患の重症度との関連を理解するためには、さらに特徴を明らかにする必要がある。

これまでのところ、SARS-CoV-2感染における特異的なT細胞免疫を特徴づける研究はほとんどない。

軽度のCOVID-19から回復した12人の患者において、ウイルスN、M、およびSタンパク質に特異的な頑健なT細胞応答がIFN-g ELISPOTによって検出され、中和抗体濃度と弱く相関し（回復期のSARS-CoV-1患者と同様；Li et al 2008）、その後N特異的T細胞のみで収縮した  回復後の約3分の1の症例で検出可能であった（Ni et al 2020）。

 

第2の研究では、中等度から重度のARDSを有するCOVID-19患者からのPBMCを、ICU入院後約2週間後にフローサイトメトリーで分析した（Weiskopf et al 2020）。

ウイルス特異的CD4およびCD8 T細胞の両方が、それぞれ平均1.4％および1.3％の頻度ですべての患者において検出され、CD45RAおよびCCR7発現状態に従った非常に限定された表現型は、これらの細胞を、CD4 Tcm（中枢記憶）またはCD8 Tem（エフェクター記憶）およびTemra（エフェクター記憶RA）細胞のいずれかとして優勢に特徴付けた。

この研究では、1,095個のSARS-Cov-2エピトープ（Sタンパク質の15-マーが重複しているだけでなく、他のすべてのウイルスタンパク質のHLA-Iおよび-II制限エピトープも計算上予測されている）を抗原特異的刺激として使用したことで注目すべき点がある。

しかしながら、CD4 T細胞によるCD137のアップレギュレーションは、CD154とは対照的に、調節性T細胞（Treg）を優先的に捕捉する可能性があるため、CD69とCD137の共発現による特異的T細胞の同定には注意が必要である（Bacher et al 2016）。

ELISAによるSタンパク質特異的T細胞のさらなる分析は、IL-5、IL-13、IL-9、IL-10、およびIL-22の低レベルと相俟って、IFN-g、TNF-a、およびIL-2の頑健な誘導を実証した。

 

3番目の報告では、軽症、重症、または重症のCOVID-19患者18人のS特異的CD4 T細胞応答に着目し、抗ウイルスCD4 T細胞のリードアウトとしてCD154とCD137の共発現を誘導した。そのような細胞は、83％の症例に存在し、最近の生体内試験（in vivo）活性化を示す増強されたCD38、HLA-DR、およびKi67発現を呈した（Braun et al 2020）。

注目すべきは、著者らはまた、SARS-CoV-2血清陰性の健常対照ドナーの34％において、低頻度のS反応性CD4 T細胞を検出したことである。

 

しかしながら、これらのCD4 T細胞は、活性化の表現型マーカーを欠き、固有のヒトCoVと非常に類似したC末端Sタンパク質エピトープに特異的であったことから、一部の集団（例えば、hCoV感染の高い発生率を経験する小児および若年患者）における交差反応性CD4メモリーT細胞が、増幅された一次SARS-CoV-2特異的応答にリクルートされる可能性があることを示唆している（Braun et al 2020）。

同様に、常在性CoV特異的CD4 T細胞は、以前にSARS-CoV1決定因子を認識することが示された（Gioia et al 2005）。蔓延性CoVへの以前の感染が、SARS-CoV-2に対する免疫応答にどのように影響するかについては、さらに調査する必要があるであろう。

最後に、TCRシークエンシング（TCR-seq）を用いたSARS-CoV-2特異的T細胞の誘導に関する上記の知見に一般的に従うと、HuangらおよびLiaoらは、軽度対重度のCOVID-19患者において、BAL T細胞（Liao et al 2020）と同様に末梢血のTCRクローン性がより大きいことを報告した（Huang et al 2020c）。

今後は、T細胞によって認識される免疫原性SARS-CoV-2エピトープの包括的な同定（Campbell et al 2020）、および軽度および重度の疾患から回復した回復期患者を対象とした更なる研究が特に重要になるであろう。

COVID-19高炎症へのT細胞の寄与

堅牢なT細胞免疫の誘導は、効率的なウイルス制御に不可欠である可能性が高いが、調節障害されたT細胞応答は、COVID-19患者において免疫病理学を引き起こし、疾患の重症化に寄与する可能性がある（図3）。

このことは、Zhouらによる研究で示唆されており、この研究では、重篤なCOVID-19患者においてのみ、生体外での驚異的なIL-6およびIFN-g産生を可能にするポリクローナルGM-CSF+ CD4 T細胞のPBMC頻度が有意に増加したことが報告されている(Zhou et al 2020c)。

注目すべきことに、GM-CSF+ CD4 T細胞は、以前に、多発性硬化症または若年性リウマチ性関節炎などの炎症性自己免疫疾患に暗示されており、循環するGM-CSF+ CD4 T細胞の高レベルは、敗血症における不良な転帰と関連していることが見出された(Huang et al 2019)。さらに、2つの研究では、重度のCOVID-19症例においてTreg細胞の頻度の減少が観察された（Chen et al 2020c；Qin et al 2020）。

 

Treg細胞は、マウスモデルにおいてARDS炎症の解決を助けることが示されているので（Walter et al 2018）、Treg細胞の損失は、COVID-19肺免疫病理学の発症を促進する可能性がある。同様に、インフルエンザ肺炎において明らかな保護抗ウイルス機能を有するT細胞サブセットであるgdT細胞の減少が、重症COVID-19患者において報告されている（Dongo et al 2018；Zhenghon et al 2013）。

COVID-19におけるT細胞サブセットの表現型および機能

現在、COVID-19に関連する特定の表現型および／または機能的T細胞の変化についてはほとんど知られていない。

大多数のプレプリントおよび査読付き研究において、HLA-DR、CD38、CD69、CD25、CD44、およびKi-67の発現によって特徴づけられる活性化T細胞の増加した存在（図3）の報告がある（Braun et al 2020; Ni et al 2020; Guo et al 2020; Liao et al 2020; Thevarajan et al 2020; Yang et al 2020a; Zheng et al 2020a）。

一般に、COVID-19疾患重症度とは独立して、CD8 T細胞はCD4 T細胞よりも活性化されているようである（Qin et al 2020; Thevarajan et al 2020; Yang et al 2020a）、これは、SARS-CoV-1の間のCD4 T細胞応答よりも強いCD8応答をエコーする所見である（Li et al 2008）。さらに、10人のCOVID-19患者の症例研究において、Diaoらは、PD-1のレベルが、疾患の前駆期から症候期に向かって上昇することを示した(Diao et al 2020a)。

PD-1発現は一般的にT細胞の枯渇と関連しているが、PD-1は主にTCRシグナル伝達によって誘導されることを強調することが重要である；したがって、PD-1は活性化されたエフェクターT細胞によっても発現される(Ahn et al., 2018)。さらに、いくつかの研究では、OX40およびCD137（Zhou et al 2020c）、CTLA-4およびTIGIT（Zheng et al 2020a）、およびNKG2a（Zheng et al 2020b）などの様々な共刺激性および抑制性分子のより高い発現が報告されている。

 

ICU患者におけるCD28+ CD8 T細胞の減少（Qin et al 2020）およびPD-1+ TIM3+ CD8 T細胞のより大きな頻度も報告されている（Zhou et al 2020c）。これらのマーカーのほとんどの発現は、CD4 T細胞よりもCD8の方が高く、重症患者と非重症患者でレベルが高くなる傾向が見られたが、これはウイルス負荷の違いによるものと考えられる。

重症患者のCD4およびCD8 T細胞では細胞機能が障害されており、多機能T細胞（2つ以上のサイトカインを産生する）の頻度が低下し、酢酸ミリスチン酸フォボル（PMA）およびイオノマイシンによる再刺激後にはIFN-gおよびTNF-a産生が一般的に低下することが示された（Chen et al 2020c；Zheng et al 2020a、2020b）。

同様に、Zhengらは、重度のCOVID-19のCD8 T細胞は、CD107a脱顆粒およびグランザイムB（GzmB）産生の減少を伴う、より少ない細胞毒性およびエフェクター様のように見えることを報告した（Zheng et al 2020b）。

対照的に、別の研究

重症患者のCD8 T細胞において、GzmBとperforinの両方が増加していることを発見した(Zheng et al., 2020a)。

後者の観察に従って、中等症群と比較すると、重症SARS-CoV-1感染が治癒した回復期患者は、多機能T細胞の頻度が有意に高く、CD4 T細胞はより多くのIFN-g、TNF-a、およびIL-2を産生し、CD8 T細胞はそれぞれより多くのIFN-g、TNF-a、およびCD107aを産生した(Li et al., 2008)。しかしながら、急性T細胞応答の活発なダイナミクスと、疾患経過を通してのサンプルタイミングの潜在的な違いを考えると、これらの観察は必ずしも相互に排他的ではない。

したがって、LiaoらによるRNAシーケンシング（RNA-seq）データは、重症COVID-19患者のBAL液中のCD8 T細胞がGZMA、GZMB、およびGZMKなどの細胞傷害性遺伝子をより高いレベルで発現しているのに対し、軽症例ではKLRC1およびXCL1が濃縮されていることを示した（Liao et al 2020）。

まとめると、重症COVID-19のT細胞は、より活性化されているようであり、PD1やTIM-3などの阻害マーカーの継続的な発現、および全体的な多機能性および細胞毒性の低下に基づいて、疲弊傾向を示す可能性がある。

 

逆に、回復した患者は、卵胞ヘルパーCD4 T細胞（TFH）の増加、およびGzm A、GzmB、およびパーフォリンなどのエフェクター分子のレベルの増加とともに抑制性マーカーのレベルの低下を示すことが示された（Thevarajan et al 2020；Yang et al 2020a；Zheng et al 2020b）。

これらの研究をまとめると、これらの研究は急性SARS-CoV2感染におけるT細胞の動態を最初に垣間見ることができるが、現在の研究の多くには重大な限界があるため、現段階では結論は緩和されなければならない。

 

急性 B 細胞および抗体応答

体液性免疫応答は、細胞病原性ウイルスのクリアランスに不可欠であり、再感染を防ぐ記憶応答の主要な部分である。SARS-CoV-2は、感染後数日間でウイルス特異的IgM、IgG、IgA、および中和IgG抗体（nAbs）が迅速かつほぼ全世界的に検出されることからも明らかなように、強力なB細胞反応を誘発する。

SARS-CoV-2に対する抗体応答の速度論は、現在、合理的によく記述されている(Huang et al., 2020a)。

 

図4. SARS-CoV-2における抗体介在免疫 ウイルス特異的IgMおよびIgGは、症状発症後7日から14日の間に血清中で検出可能である。ウイルス RNA は中和抗体価と逆相関している。より高い抗体価は重症患者で観察されているが、抗体反応が何らかの形で肺の病理に寄与しているかどうかは不明である。

SARS-CoV-1の体液性反応は比較的短命であり、メモリーB細胞は完全に消失する可能性があり、SARS-CoV-2の免疫力は一次感染後1～2年で低下する可能性があることを示唆している。

SARS-CoV-1感染（Hsueh et al 2004）と同様に、ほとんどのCOVID-19患者において、症状発症後7日から14日の間に血清転換が起こり、抗体価はウイルスクリアランス後の数週間に持続する（図4）（Haveri et al 2020；Lou et al 2020；Okba et al 2020；Tan et al 2020b；Wo¨ lfel et al 2020；Wu et al 2020b；Zhao et al 2020a）。

SARS-CoV-2内部Nタンパク質および外部S糖タンパク質を結合する抗体が一般的に検出される（Amanat et al 2020; Ju et al 2020; To et al 2020）。

Sタンパク質の受容体結合ドメイン（RBD）は非常に免疫原性が高く、このドメインを結合した抗体は、強力な中和性を示し、宿主侵入受容体であるACE2とのウイルス相互作用をブロックすることができる（Ju et al 2020；Wu et al 2020；To et al 2020年b）。

抗RBD nAbsは、ほとんどの試験済み患者において検出される（Ju et al 2020; To et al 2020; Wu et al 2020b）。

COVID-19患者からの血漿中に、SARS-CoV-1 SおよびNタンパク質に対する交差反応性、およびMERSCoV Sタンパク質に対する交差反応性が検出されたが、SARS-CoV-1またはMERS-CoVからのRBDに対する交差反応性は検出されなかった。さらに、COVID-19患者からの血漿は、SARS-CoV-1またはMERS-CoVを中和しなかった（Ju et al 2020）。

RBD特異的CD19+ IgG+メモリーB細胞を、症状発症後9日目から28日目までの間に、8人のCOVID-19ドナーのコホートから単細胞で選別した（Ju et al 2020）。それらの抗体遺伝子配列か et al 209個のSARS-CoV-2特異的モノクローナル抗体を産生した。

これらのモノクローナル抗体は、多様なレパートリーを有し、体細胞変異が比較的低いか、あるいは全くなく、結合反応性が可変であり、解離定数は108～109に達し、急性感染時に単離された抗体と同様であった。

2つの強力な中和性SARS-CoV-2 RBD特異的モノクローナル抗体は、SARS-CoV-1またはMERS-CoVのRBDと交差反応しないことが特徴である（Ju et al 2020）。これらの結果は、抗体が媒介する中和はウイルス特異的であり、おそらくRBD内のエピトープの結合によって駆動されることを示している。

B細胞の記憶　発達と寿命

ウイルスに対するB細胞応答は、最初の挑戦から保護するだけでなく、再感染に対して免疫力を高める役割も果たす。感染が回復した後も、急性期および回復期に形成された血漿細胞は抗体を分泌し続け、血清学的な記憶を生み出する。

一次感染時にも形成されるメモリーB細胞は、B細胞メモリーの第二の腕を構成している。記憶B細胞は、新たに高親和性の血漿細胞を生成することにより、再感染に迅速に反応することができる。長期的な保護は、長寿血漿細胞とメモリーB細胞の誘導によって達成される。

SARS-CoV-2に対するB細胞メモリー反応の寿命を理解することに大きな関心がある。

 

世界がワクチン戦略を開発し、通常の活動を再開するために取り組む中で、再感染からの保護は、医学的および社会的に直接的な影響を及ぼす。COVID-19患者では、ほぼ全世界的な血清転換の証拠と再感染についての実質的な記述がないことから、T細胞記憶応答とともに、再感染からの保護を提供するであろう堅牢な抗体応答を示唆している。

実際、単一患者の症例研究では、循環濾胞性Tヘルパー細胞（Tfh）細胞の増加に伴うCD38HiCD27Hi抗体分泌細胞（ASC）の誘導が記載されており（Thevarajan et al 2020）、重症患者および最近回復した患者からのPBMCのscRNA-sec研究では、血漿細胞集団が明らかにされた（Guo et al 2020）。

さらに、RBDに特異的なIgGメモリー細胞が、COVID-19患者の血液中で同定されている（Ju et al 2020）。

COVID-19感染後の免疫の発達と一致して、アカゲザルにおけるSARS-CoV-2感染の最近の研究では、一次感染を解消した2匹のマカクが28日後の再感染に抵抗性であることが明らかになった（Bao et al 2020b）。

 

この発生時期のため、長期記憶反応の性質や程度を知ることはまだできないが、他のヒトCoVから再び教訓が得られるかもしれない。ヒトCoV 229Eの場合、特異的IgGおよびnAbsは急速に誘導されるが、一部の個体では感染後1年前後で衰え、再感染に対する保護はある程度残っている（Callow et al 1990；Reed、1984）。

SARS-CoV-1感染後の体液反応の寿命も比較的短く、SARSCoV-1に対する初期特異的IgGおよびnAb反応は感染後2〜3年で減少し、最大25％の個体ではほとんど検出されない(Cao et al., 2007; Liu et al., 2006)。

SARS-CoV-1に感染した34人の医療従事者を13年間にわたって追跡した長期研究でも、ウイルス特異的IgGは数年後に減少したが、著者らは感染から12年後に検出可能なウイルス特異的IgGを観察した（Guo et al 2020）。

MERS-CoVの場合、感染から3年後に検査した7人のボランティアのうち6人に抗体が検出された（Payne et al 2016）。

SARS-CoV-2三量体スパイク蛋白質に特異的なIgGは、症状発症後60日まで血清中に検出されたが、IgGの力価は症状発症後8週間までに低下し始めた（Adams et al 2020）。再感染からの長期的な保護は、反応性記憶B細胞によっても媒介される可能性がある。

感染後2、4、6、および8ヶ月におけるSARS-CoV-1のSタンパク質特異的IgGメモリー細胞を分析した研究では、S特異的IgGメモリーB細胞が感染後2ヶ月から8ヶ月の間に約90％ずつ漸減していることが明らかになった（Traggiai et al 2004）。

23人のさらなるレトロスペクティブ研究では、感染後6年後にSARS-CoV-1-特異的IgG+メモリーB細胞が循環している証拠は見られなかった（Tang et al 2011）。これは、誘導されたIFN-g産生に基づいてロバストに検出されたメモリーT細胞応答とは対照的である（Tang et al 2011）。

共通のCoVであるSARS-CoV-1およびMERS-CoVの研究から、ウイルス特異的な抗体応答は時間の経過とともに衰え、共通のCoVの場合には再感染からの部分的な防御にしかならないことが示された。これらのデータは、SARSCoV-2に対する免疫力が一次感染後に低下する可能性を示唆しており、長期的な防御の程度を決定するためには、さらなる研究が必要であると考えられる（図4）。

B細胞応答の結果 保護 vs エンハンスメント

いくつかの研究で、SARS-CoV-2に対する高いウイルス特異的抗体価は、試験管内試験（in vitro）でのウイルスのより大きな中和と相関し、患者のウイルス負荷と逆相関することが実証されている（図4）（Okba et al 2020; Wo¨ lfel et al 2020; Zhao et al 2020a）。

大多数の個体で中和反応が成功しているというこれらの指標にもかかわらず、より高い力価は、より重篤な臨床症例にも関連している（Li et al 2020b; Okba et al 2020; Zhao et al 2020a; Zhou et al 2020a）ことから、堅牢な抗体応答だけでは重篤な疾患を回避するには不十分であることが示唆される（図4）。

これは、以前のSARS-CoV-1の流行でも観察され、中和力価が回復した患者と比較して、死亡した患者で有意に高いことが判明した（Zhang et al 2006）。このことから、これらのウイルスに対する抗体応答が、抗体依存性増強（ADE）を介して肺の病理に寄与するのではないかという懸念が生じている（図4）。

この現象は、非中和性ウイルス特異的IgGが、Fc受容体（FcR）発現細胞、特にマクロファージおよび単球へのウイルス粒子の侵入を促進し、これらの細胞の炎症性活性化を導くときに観察される（Taylor et al 2015）。

 

SARS-CoV-1感染アカゲザルを対象とした研究では、抗S IgGが重度の急性肺損傷（ALI）および肺における単球およびマクロファージの大量蓄積に寄与することが明らかになった（Liu et al 2019）。さらに、SARS-CoV-1患者からの抗S Igを含む血清は、試験管内試験（in vitro）でヒト単球由来マクロファージにおけるSARSCoV-1の感染を増強した（Yip et al 2014）。

ADEはまた、MERS-CoV患者から単離されたモノクローナル抗体でも報告された（Wan et al 2020c）。やや心強いことに、試験管内試験（in vitro）でSARS-CoV-2 RBDでワクチン接種したラットからの血清によって媒介されたADEの証拠はなく（Quinlan et al 2020）、また不活化SARS-CoV-2ワクチン候補で免疫したマカク（Gao et al 2020c）でもなかった。

現在のところ、SARS-CoV-2に対する自然に発達した抗体がCOVID-19で観察される病理学的特徴に寄与するという証拠はない。しかしながら、この可能性は、実験デザインおよび治療戦略の開発に関しては考慮されるべきである。

重要なことに、CoVに関連するようなADEの記述のすべてにおいて、FcRは、抗体介在性の病理学的特徴を誘発するために必要であった。ADEを鈍らせる可能性のある高用量静脈内免疫グロブリン（IVIg）は、COVID-19患者において試験されているが（Cao et al 2020b; Shao et al 2020）、IVIgがSARS-CoV-2感染症においてどの程度まで安全であるかまたは有益であるかを決定するためには、さらなる研究が必要である。

ワクチン試験では、抗原再チャレンジ時の抗体駆動型病理学の可能性を考慮する必要がある；F(ab)フラグメントまたは人工Fcモノクローナル抗体を用いた戦略は、このような状況において特に有益であることが証明されるかもしれない（Amanat and Krammer, 2020）。

COVID-19の疾患リスクと重症度の予測因子

最初の数ヶ月で症例数が急速に増加していることから、小規模コホートを用いたCOVID-19の重症度の予測因子に関する多数の報告が発表された。これらの報告は、臨床家や免疫学者に、新規のSARS-CoV-2感染に関連する臨床経過や病理学的過程を初めて理解させるものであった。

本セクションでは、これらの研究から得られた主要な知見を、疾患リスクや重症度に関連する免疫因子に主に焦点を当ててハイライトしている。

感受性とリスクのバイオマーカー

いくつかの研究で評価されているが、COVID-19に対する感受性の危険因子は現在のところ限られたものしか知られていない。

Zhaoらは、2,173人のCOVID-19患者のコホートにおけるABO血液群の分布を、それぞれの地域の健康な対照群と比較した（Zhao et al 2020b）。彼らは、A群の血液群は、A群以外の血液群と比較してCOVID19の感染リスクが高いことを発見した；O群の血液群は感染リスクが最も低かった。

別の研究では、同一の関連性が示され（Zietz and Tatonetti, 2020）、同様の結果がSARS-CoV-1を含む他のウイルスについても以前に報告されている（Lindesmith et al 2003）（Cheng et al 2005a）。

現在、ヒトの遺伝的変異とCOVID-19の感受性および重症度との関連を理解するために、遺伝子データを生成、共有、分析するためのいくつかの大規模な共同研究が進行中であり、その中でも最も顕著なものはCOVID-19 Host Genetics Initiative (covid19hg.org)である。これらの研究は、2003年の発生後のSARS-CoV-1に関する以前の観察によって裏付けられており、遺伝的変異と免疫表現型との間に有意な関連があることが確認されている（Chan et al 2007；Wang et al 2011；Zhao et al 2011）。

SARS-CoV-2のこのような多型とその関連遺伝子および経路を特定するには大規模なコホートが必要であるが、いくつかの研究では、まだ臨床試験が残っており、感受性に影響を与える可能性のある遺伝的多型がすでに強調されている。

これらの研究は、ウイルス侵入において重要な遺伝子、すなわちACE2（SARS-CoV-2受容体）およびTMPRSS2（スパイクタンパクアクチベーター）の発現または機能に影響を与える可能性のある遺伝的変異に焦点を当てている（Asselta et al 2020；Cao et al 2020c；Renieri et al 2020；Stawiski et al 2020）。

Caoらは、ACE2の潜在的に発現量的形質遺伝子座（eQTL）である変異体（すなわち、それらはACE2遺伝子発現を潜在的に変化させる可能性がある）を同定し、異なる集団におけるそれらの頻度を分析した（Cao et al 2020c）。

Stawiskiらは、ACE2の結合およびそれによってその機能に重要である可能性のあるバリアントをリストアップし、異なる集団内でのこれらのバリアントの頻度を比較した(Stawiski et al 2020)。

これらの研究にはいくつかの限界があるが、主要な問題は、これらのバイオマーカーの有用性が、COVID-19の臨床転帰データを有する大規模集団において、および現在進行中の標的化または大規模ゲノム解析において再現可能であるかどうかである。さらに、これらの研究は、遺伝子または遺伝子座にとらわれない方法で、遺伝子変異と感受性との間の潜在的な関連を明らかにするだろう。

定期的な血液検査のバイオマーカー

パンデミックにおける医療資源の配分を支援するために、合併症のリスクが高いと思われる患者を層別化するために、いくつかの定期的な血液検査および血清学的パラメータが提案されている（表1）。

CRP

日常的な血液検査による血清学的マーカーは、軽度または中等度の症状を持つ患者と重度の症状を持つ患者を比較して報告された。これには、SAA（血清アミロイド蛋白）およびC反応性蛋白（CRP）などの異なる急性期蛋白が含まれる（Ji et al 2020）。興味深いことに、CRPの上昇は、他のウイルス感染症と比較した場合、COVID-19患者に特異的であるように見える。

プロカルシトニン・IL-6

非生存者において一貫して報告されている他のマーカーは、プロカルシトニン（PCT）およびIL-6レベルの上昇（Huang et al 2020d）、血清尿素、クレアチニン、シスタチンC、直接ビリルビン、およびコリンエステラーゼの上昇である（Xiang et al 2020a）。

全体的に、炎症性マーカーは、COVID-19の重症症例では一般的であり、症状の重症度および臨床転帰と相関しているようである。さらに、重症COVID-19患者の特定の臓器で起こる広範な損傷は、ACE2の発現の違いに関連している可能性がある（図5）（Du et al 2020）。

リンパ球減少

リンパ減少は、COVID-19において最も頻繁に記載されている予後マーカーであり（表1）、早期であっても罹患率および死亡率を予測するようである（Fei et al 2020）。Tanらは、2つの時点でのリンパ球数に基づく予後モデルを提案した。この研究では、症状発症から10～12日目のリンパ球数が20％未満、17～19日目のリンパ球数が5％未満の患者が最悪の転帰を示した（Tan et al 2020a）。

Wynantsらは、7つの研究（1,330人以上の患者）で疾患重症度の予測因子を比較し、CRP、好中球-リンパ球比（N/L）、および乳酸脱水素酵素（LDH）が最も有意な予測バイオマーカーであることを強調した（Wynants et al 2020）。

さらに、合計53,000人の患者を対象とした30件のCOVID-19研究のメタアナリシスもまた、予後不良の早期患者を同定することを試みた（Zhao et al 2020d）。

CRP、LDH、D-ダイマーの上昇、血小板数とリンパ球数の減少

異なる研究で最も一貫した所見は、CRP、LDH、D-ダイマーの上昇、血小板数とリンパ球数の減少であった（Yan et al 2020b; Zhou et al 2020d）。

血栓

全身性および肺血栓は、機能不全内皮および単球浸潤を伴う、外因性凝固カスケードの活性化とともに報告されている（Poor et al 2020；Varga et al 2020）；血小板減少およびD-ダイマーレベルの上昇は、重要な治療的意味合いを有するCOVID-19患者におけるこれらの凝固病を示唆しているかもしれない（Fogarty et al 2020；Poor et al 2020）。

末梢血中の免疫学的バイオマーカー

COVID-19患者の罹患率および死亡率の主要なドライバーとして免疫病理学が示唆されているため、免疫学的バイオマーカーは特に重要である。いくつかのサイトカインおよび他の免疫学的パラメータはCOVID-19の重症度と相関している（表1）。

最も注目すべきは、いくつかの研究において、入院患者、特に重症患者においてIL-6レベルの上昇が検出され、ICU入院、呼吸不全、および予後不良と関連していることである（Chen et al 2020g; Huang et al 2020b; Liu et al 2020f）。

IL-2R、IL-8、IL-10、およびGM-CSFの増加は、同様に疾患重症度と関連しているが、研究は限られており、予測力を示すためには、より大規模なコホートの患者を用いた更なる研究が必要である(Gong et al 2020; Zhou et al 2020b)。IL-1bおよびIL-4に関する相反する結果が報告されている（Fu et al 2020；Gong et al 2020；Wen et al 2020）。

サイトカイン濃度の上昇はCOVID-19患者において広く報告されているが、大部分（IL-6、IL-10、IL-18、CTACK、およびIFN-gを含む）は、中等度の症例と重度の症例を必ずしも区別しないため、予後予測的価値を有していないようである（Yang et al 2020b）。この層別化はIP-10、MCP-3、IL-1raで可能であった。

最初の評価時のIL-6のレベルが呼吸不全を予測するかもしれないという報告があるが（Herold et al 2020a）、縦断的解析を行った他の出版物は、IL-6が疾患の経過中にかなり遅く増加し、結果的に早期の段階での予後の価値を損なうことを実証した（Zhou et al 2020a）。

Liuらは、年齢、併存疾患（バイナリ）、およびベースラインの対数ヘルパーT細胞数（TH）、対数サプレッサーT細胞数（TS）、および対数TH/TS比を用いて、COVID-19患者の死亡または退院の観点から予後を予測するために、k-meansクラスタリングを用いたウェブベースのツールを開発した（Liu et al 2020e）。

 

表1. COVID-19患者におけるルーチン血液および免疫学的予後バイオマーカー バイオマーカーの目的 ルーチン血液検査 リンパ球数 入院患者の疾患重症度および転帰を予測した（Tan et al 2020a）。

数多くの研究で予後予測値が確認された（Huang et al 2020d; Liu et al 2020b; Song et al 2020; Wang et al 2020f; Wynants et al 2020; Yan et al 2020b; Yang et al 2020b; Zhang et al 2020c; Zhao et al 2020d）。非生存患者では継続的に減少した（Wang et al 2020b）。

N/L R3.13

N/L R3.13の患者は重症化する可能性が高く、ICU入院を必要とする可能性が高いと報告された(Liu et al., 2020c)。入院時のN/Lは中等度肺炎から重症肺炎への短期的な進行の危険因子であった（Feng et al 2020b）。いくつかの研究でCOVID-19の予後的価値があることが確認された（Song et al 2020; Wynants et al 2020; Zhou et al 2020d）。

CRP

CRPは、疾患進行の初期バイオマーカーとして提案されている（Ji et al 2020）。初期段階でも、CRPレベルは肺病変と正の相関があり、疾患の重症度を反映していた(Wang, 2020)。数多くの研究で確認されている（Fu et al 2020；Huang et al 2020d；Wynants et al 2020；Yan et al 2020b；Zhao et al 2020d；Zhou et al 2020b）。急性心筋損傷のリスクを予測した（Liu et al 2020g; Xu et al 2020a）。

LDH

LDHは軽度の症例よりも重度の症例の方が高い（Xiang et al 2020a）。COVID-19において予後的価値を有することが広く提案されている（Huang et al 2020d; Wynants et al 2020; Yan et al 2020b; Zhao et al 2020d）。

Dダイマー

Dダイマー（および凝固パラメータ）は、他の変数とは無関係に重症度を予測した（Zhou et al 2020d）。レベルの上昇と播種性の血管内凝固は非生存者で認められた（Wang et al 2020b）。急性心不全のリスクがある患者を特定した（Liu et al 2020g）。

 

フィブリン分解産物レベル、より長いプロトロンビン時間、活性化された部分トロンボプラスチン時間などの他の凝固パラメータも予後不良と関連していた（Tang et al 2020a）。

SAA

SAAは、小規模コホートでは80％の患者で上昇していたため、診断の補助指標として使用することが提案された（Ji et al 2020a）。

NT-proBNP

NT-proBNP（N-terminal pro B type natriuretic peptide） NT-proBNPは、重症COVID-19患者における院内死亡の独立した危険因子であった（Gao et al. 血小板数 高血小板/リンパ球比は転帰の悪化と関連していた（Qu et al 2020b）。

血小板減少

血小板減少は、COVID-19での転帰不良および心筋損傷の発生率と関連していた（Liu et al 2020h; Shi et al 2020）。

 

表1. 継続的なバイオマーカー 目的 免疫学的 CD4+、CD8+、およびNK細胞数 PBMCsにおけるCD4+、CD8+、およびNK細胞数の低下は、COVID-19の重症度と相関していた（Nie et al 2020b）。いくつかの研究で検証されている（Wang et al 2020f; Zheng et al 2020b）。

T細胞上のPD-1およびTim-3発現 T細胞上のPD-1およびTim-3発現の増加は、患者が前駆症状段階からあからさまな症状段階へと進行するにつれて検出され得る（Diao et al 2020）。

発現は、CD4およびCD8 T細胞の両方において、感染した患者対健常対照者、およびICU対非ICU患者においてより高かった（Zhou et al 2020b. 末梢血単球における表現型の変化 高い前方散乱を有する単球（CD11b+、CD14+、CD16+、CD68+、CD80+、CD163+、およびCD206+で、IL-6、IL-10、およびTNF-aを分泌する）の明確な集団の存在が、長期入院およびICU入院を必要とする患者において確認された（Zhang et al 2020c）。

CD14+CD16+IL-6+単球は、ICU患者において増加している（Zhou et al. IP-10、MCP-3、およびIL-1ra IP-10、MCP-3、およびIL-1raは、Yangらの研究では、48のサイトカインの中で、COVID-19の重症度および転帰と密接に関連する唯一のものであった（Yang et al 2020b）。

IL-6

疾患重症度（入院およびICU入院）および予後不良と関連した（Chen et al 2020g; Huang et al 2020b; Liu et al 2020b、2020f; Wang et al 2020b）。レベルの増加は、呼吸不全のリスクの増加と関連していた（Yao et al 2020b）。

IL-8

IL-8は疾患の重症度と正の相関があり（Chen et al 2020e；Gong et al 2020）、重症例では最も高いIL-8レベルを示した。

IL-10

重症または重症患者において、軽症患者と比較して増加した（Gong et al 2020; Zhou et al 2020d）が、重症患者と重症患者の間に統計的に有意な差はなかった（Gong et al 2020）。

IL-2R

他のサイトカインの中で、フェロ蛋白レベル、PCTレベル、および好酸球数もCOVID-19の重症度と関連していた研究では、疾患の重症度と関連していた（Gong et al 2020）。

IL-1b

CD14+IL-1b+単球は、単細胞RNA-seq解析で示されるように、早期回復患者において豊富であり、サイトカインストームと関連していると考えられる（Wen et al 2020）。IL-1bは、軽症、重症、および重症患者を対象とした横断的研究において、疾患の重症度と相関しなかった（Gong et al 2020）。

IL-4

IL-4は肺病変の障害と関連していたが（Fu et al 2020）、いくつかの報告では、潜在的なメディエーター効果を指摘している（Wen et al 2020）。

IL-18

IL-18 後期回復COVID-19患者におけるDCとB細胞との間の免疫細胞相互作用のモデル化において、IL-18はB細胞の抗体産生において重要であることが判明し、これは回復におけるその重要性を示唆している（Wen et al 2020）。

GM-CSF GM-CSF+IFN-g+ T細胞

GM-CSF GM-CSF+IFN-g+ T細胞はICU患者では非ICU患者よりも高い。CD14+CD16+GM-CSF+単球は、COVID-19患者において健康な対照と比較して高い（Zhou et al 2020b）。

IL-2・IFN-g

IL-2およびIFN-gレベルは、重症例で増加することが示された（Liu et al 2020b）。

抗SARS-CoV-2抗体レベル

長期間のSARS-CoV-2 IgM陽性は、回復不良の予測因子として利用され得る（Fu et al 2020）。より高い抗SARS-CoV-2 IgGレベルおよびより高いN/Lは、重症例でより一般的に認められた(Zhang et al., 2020a)。

TH/TS比

サプレッサーT細胞数は退院した患者と比較して、感染死した患者では有意に低く、TH/TS比は有意に高かった。

 

重要なことは、重症症例で観察される血清学的および免疫学的変化のほとんどは、疾患の重症度と関連しているが、高リスクの患者を早期に同定する上で有用性がない可能性があるため、必ずしも予測因子としての役割を果たすことはできないということである。真に予測可能なバイオマーカーや高炎症過程の潜在的な因子を発見するためには、無症候性および軽症例の包括的なプロファイリングと、現在までに限られた縦断的研究が必要である。

年齢、性別、併存疾患などの交絡変数は、観察された関連性に劇的な影響を与える可能性がある。さらに、患者のウイルス負荷との直接的な相関は、COVID-19における罹患率および死亡率の根本的な原因、およびウイルス感染性、高炎症、および宿主耐性の寄与についてのより大きな理解を提供するために重要であろう（Medzhitov et al 2012）。

要約すると、リンパ球減少、炎症性マーカーおよびサイトカインの増加、および潜在的な血液の高凝固性は、サイトカイン放出症候群を想起させる特徴を持つ重症COVID-19症例を特徴づける。このことは、無症状から重症、重症、重篤な症例に至るまで、多様な臨床スペクトルと相関している。

 

潜伏期間および疾患の初期段階では、白血球数およびリンパ球数は正常またはわずかに減少している。SARS-CoV-2が消化管や腎臓などのACE2過剰発現臓器に結合すると、非特異的な炎症マーカーの増加が観察される。

より重篤な症例では、炎症性メディエーターおよびサイトカインの著しい全身放出が起こり、対応するリンパ球減少症の悪化および潜在的なリンパ系器官の萎縮を伴い、リンパ球のターンオーバーが障害される（Terpos et al 2020）。

抗ウイルス剤

抗ウイルス剤は、ウイルスのライフサイクルの1つ以上の段階の阻害剤として機能する低分子のクラスである。

なぜなら、図5. COVID-19の合併症に最も頻繁に関与する臓器および系におけるACE2発現 消化管、腎臓、精巣が最も高いACE2発現を有する。いくつかの臓器では、異なる細胞型で顕著に異なる発現を示している。

例えば、肺では気管支上皮細胞よりも肺胞上皮細胞の方がACE2の発現レベルが高く、肝臓では、肝細胞、クッパ細胞、内皮細胞では発現していないが、胆管細胞ではACE2が検出され、肝障害をある程度説明することができる。さらに、小腸の腸管細胞では大腸に比べてACE2の発現が濃縮されている。

ACE2、アンジオテンシン変換酵素2、BNP、B型ナトリウム利尿ペプチド、CRP、C反応性タンパク質、IL、インターロイキン、N/L、好中球対リンパ球比、PT、プロトロンビン時間、aPTT、活性化部分トロンボプラスチン時間。

 

現在、SARSCoV-2に対して試験されている抗ウイルス薬のほとんどは、SARS-CoV-1、MERS-CoV、または他のRNAやDNAウイルスに対して以前に開発された低分子のものである。

広スペクトラムの抗ウイルス剤

他のヒトRNAウイルスに対する抗ウイルス活性が知られている低分子が、SARS-CoV-2に対する有効性が評価されている。リボヌクレオシドアナログであるb-D-N4-ヒドロキシシチジン（NHC）は、ウイルスRNAの突然変異の導入を介して、SARS-CoV2に感染したマウスにおいて、ウイルス力価および肺損傷を減少させた（Sheahan et al 2017）。

さらに、ピリミジン合成における律速酵素である宿主DHODHの阻害剤は、レムデシビルまたはクロロキンよりも優れた効力で、試験管内試験（in vitro）でSARS-CoV-2の増殖を阻害することができた（Wang et al 2020e; Xiong et al 2020）。宿主のグアノシン生合成に関与する酵素イノシン-50-一リン酸デヒドロゲナーゼ（IMPDH）の非競合的阻害剤であるメリメポジブは、試験管内試験（in vitro）でSARS-CoV-2複製を抑制することができる（Bukreyeva et al 2020）。

最後に、以前に、病原性の低いヒトCoV HCoV-NL63による感染を効率的に抑制することが示されたN-(2-ヒドロキシプロピル)-3-トリメチルアンモニウムキトサンクロライド(HTCC)もまた、ヒト気道上皮細胞におけるMERS-CoVおよび偽型SARS-CoV-2を阻害することが見出された(Milewska et al 2020年)。

プロテアーゼ阻害剤

SARS-CoV-2に関して現在利用可能な抗ウイルス計算データおよび実験データの多くは、3CLまたはメインプロテアーゼ（Mpro）を標的とすることに焦点を当てている。SARS-CoV-2のMproを標的とする2つの著名な薬剤候補が、Mproの基質結合ポケットを解析することによって設計され、合成された（Dai et al 2020）。その結果、新規阻害剤とSARS-CoV-2 Mproとの複合体のX線結晶構造を1.5Åで決定した。

いずれの化合物も試験管内試験（in vitro）で良好な薬物動態活性を示し、一方の化合物は生体内試験（in vivo）で限定的な毒性を示した（Dai et al. 複数の研究では、SARS-CoV-2 の力価を低下させるためにプロテアーゼ阻害剤を再利用することも目的としている。

（ネルフィナビル、ロピナビル、リトナビル、サキナビル、アタザナビル、ティプラナビル、アムプレナビル、ダルナビル、インディナビル）について、そのSARS-CoV-2に感染したVero細胞における抗ウイルス活性（Yamamoto et al.

RdRp阻害剤

CoV RNA依存性RNAポリメラーゼ（RdRp）はウイルスRNAの合成を触媒する（Gao et al. アデノシン三リン酸アナログであるレムデシビルは、RNA鎖に結合し、追加のヌクレオチドが付加されるのを阻止することによってRdRpを阻害し、それによってウイルスRNA転写を終結させる（図6A）（Agostini et al 2018）。

レムデシビル

レムデシビルは、動物モデルにおいてMERS-CoVおよびSARSCoV-1感染症に対して有効であることが以前に示されている(Sheahan et al 2017; de Wit et al 2020)。

同様に、研究では、SARS-CoV-2感染症を有する12頭のアカゲザルに対するレムデシビル処置の有効性を調査した（Williamson et al 2020）。レムデシビルで治療したマカクは、肺ウイルス負荷および肺炎症状の減少を示したが、ウイルス脱落の減少は認められなかった。この研究は、十分な早期に投与すれば、レムデシビルがSARS-CoV-2感染症の治療に有効である可能性があるという証拠を提供している。

抗ウイルス剤の臨床試験

現在、実験的な抗ウイルス剤を用いた多数の臨床試験が進行中である。そのうちのごく一部は既存の抗ウイルス薬の再利用を目的としたもので、ウイルス融合を阻害する広汎な抗ウイルス薬であるアルビドール（umifenovir）；抗HIVプロテアーゼ阻害薬の組み合わせであるロピナビル/リトナビル（LPV/r）；重症インフルエンザ感染症の治療に使用されるRdRp阻害薬であるファビピラビル（Favipiravir）（Hayden and Shindo, 2019）；およびレムデシビル（図6A）などがある。

Chenらは、ファビピラビルまたはアルビドールを試験するために、COVID-19感染が確認された240人の患者を対象とした多施設無作為化優先試験を実施した（Chen et al 2020b）。ファビピラビルは症状緩和を有意に改善することが示唆された。しかし、本研究の解釈は、臨床的な回復ウィンドウが7日間と短いこと、COVID-19が確認された患者236人中100人しかいなかったこと、対照群がなかったことによって制限されている。

 

LPV/rは以前にSARS-Cov-1の治療に有効性を示しており（Chu et al 2004）、早期のSARS-Cov-2臨床試験を促した（Li et al 2020c）。軽度から中等度のCOVID-19の治療としてLPV/r（n=21人）、アルビドール（n=16人）、または対照（n=7人）の有効性と安全性を検討した試験に44人の患者が登録された。

治療14日目の時点で、LPV/r群、アルビドール群、対照群でそれぞれ76.2％、62.4％、71.4％の患者が陽性から陰性に転換しており、群間の統計的有意差は認められなかった。200人の重症COVID-19患者を対象とした無作為化比較試験（RCT）では、LPV/rの有意な有益性も観察されなかった（Cao et al 2020a）。

しかし、LPV/r治療の早期投与の影響を調べた研究では、症状発症から10日以内にLPV/r治療を開始した場合、ウイルス脱落の期間が短くなることが示された。このように、LPV/r投与のタイミングがその有効性に重要である可能性がある(Yan et al., 2020a)。

重症COVID-19患者におけるレムデシビルの思いやりのある使用を評価した多施設臨床研究では、複数の国にわたる53人の患者にレムデシビルを10日間投与した(Grein et al., 2020)。レムデシビルを投与された53人の患者の68％が、酸素サポートの改善または気管切開によって評価される臨床的改善を示した。適切な対照群がなければ、この研究からレムデシビルの有効性に関して限られた結論を導き出すことはできない。測定された68％の臨床改善は、標準治療で治療された患者の平均的な臨床改善と一致しているかもしれない(Li et al., 2020c)。

中国で行われた重症COVID-19患者237例を対象とした小規模RCTでは、レムデシビルとプラセボを2:1で無作為化したが、臨床改善までの時間に有意な効果は認められなかった(Wang et al., 2020g)。

ほぼ同時に、1,000人以上の患者を対象とした大規模な国立アレルギー・感染症研究所（NIAID）RCTの予備的な結果が発表され、レムデシビルは回復までの時間が15日に対して11日と早いことが示された（Ledford, 2020）。また、死亡率に有意ではない有益性も指摘され、この試験は早期に中止され、図6に示された。

 

COVID-19免疫病理学を管理し、ウイルス伝播を抑止するための利用可能な治療選択肢

（A）Rdrp阻害薬（レムデシビル、ファビパビル）、プロテアーゼ阻害薬（ロピナビル/リトナビル）、および抗輸液阻害薬（アルビドール）は、SARS-CoV-2感染症の制御におけるそれらの有効性について現在研究されている。

B）クロロキンおよび ヒドロキシクロロキンはリソソーム内のpHを上昇させ、エンドリソソーム経路を介したウイルスの通過を阻害する。

リソソソーム内のタンパク質分解機能の低下は、MHC複合体上での提示のための抗原処理を増強し、Tregs上のCTLA4発現を増加させる。

(C) COVID-19 CRSを制御するために、IL-6シグナル伝達経路および他のサイトカイン/ケモカイン関連標的のアンタゴニズムが提案されている。これらは、炎症性単球およびマクロファージのリクルートに寄与するGM-CSFのような分泌因子を含む。

D）SARS-CoV2中和抗体のいくつかの潜在的な供給源は、モノクローナル抗体、ポリクローナル抗体、および回収されたCOVID-19患者からの回復期血漿を含む、現在調査中である。

GM-CSF、顆粒球-マクロファージコロニー刺激因子；クロロキン、クロロキン； ヒドロキシクロロキン、ヒドロキシクロロキン；RdRp、RNA依存性RNAポリメラーゼプラセボ群のレムデシビルへのアクセスを許可する。

完全な安全性データと完全な発表が待たれているが、この試験は心強い結果を提供しており、入院中のCOVID-19患者におけるレムデシビルのFDA緊急使用承認に至った。

COVID-19治療薬クロロキンに対する治療的免疫調節　作用機序と免疫学的影響

クロロキン（クロロキン）およびその誘導体であるヒドロキシクロロキン（ ヒドロキシクロロキン）は、COVID-19の治療薬として注目を集めている。両薬は抗マラリア薬として、またリウマチ性疾患の免疫調節療法として使用されている。

しかしながら、クロロキンおよび ヒドロキシクロロキンのCOVID-19への適用は、SARSCoV-1（Keyaerts et al 2004；Vincent et al 2005）を含む抗ウイルス剤としてのそれらの過去の使用に由来する（Savarino et al 2003）。クロロキンおよび ヒドロキシクロロキンはリソソーム活性を阻害し、免疫調節効果を有することが報告されている。

クロロキンは、MHCクラスIおよびII提示のための抗原処理を増強し、エンドソームToll様受容体7およびToll様受容体9を直接阻害し、そして調節性T細胞の活性を増強する（Garulli et al 2008；Lo et al 2015；SchrezenmeierおよびDo¨rner、2020；Thome´ et al 2013a、2013b）。

宿主細胞のSARS-CoV-2への試験管内試験（in vitro）感染を伴う初期の研究では、クロロキンおよび ヒドロキシクロロキンの両方がエンドソームの成熟に有意な影響を与え、その結果、エンドリゾソーム内でのウイルス粒子の隔離が増加することが実証された。しかしながら、ウイルス負荷の低減においてクロロキンが ヒドロキシクロロキンよりも強力であるかどうかについては、相反する証拠が存在する（Liu et al 2020d; Wang et al 2020b; Yao et al 2020a）。

特筆すべきことに、あるグループは、感染前および感染中に感染細胞を ヒドロキシクロロキンで処理すると、ウイルス負荷が有意に減少したと報告しており、予防的および治療的 ヒドロキシクロロキンの併用は最大の効果をもたらすことを示唆している（Clementi et al 2020）。

治療に対する宿主免疫応答をよりよく理解するために、1つのグループは、 ヒドロキシクロロキンで24時間治療した一次PBMCにおけるバルクトランスクリプトーム変化を、確認されたSARSCoV-2陽性患者および対照のPBMCと比較し、続いて、 ヒドロキシクロロキンで治療した一次マクロファージを、COVID-19患者のBALおよび死後肺生検と比較した（Corley et al 2020）。

すべての比較を横断して、宿主差動遺伝子発現と試験管内試験（in vitro） ヒドロキシクロロキン処置により改変された遺伝子との間には、最小限の重複があった。したがって、SARS-CoV-2の文脈における ヒドロキシクロロキンの潜在的な機序論的作用は、依然として十分に定義されていない。

臨床試験における ヒドロキシクロロキンの有効性の評価

COVID-19の治療に ヒドロキシクロロキンおよびクロロキンが明らかに広く使用されているにもかかわらず（図6B）、これまでのところ対照臨床試験はほとんど実施されていないため、COVID-19に対するこれらの薬剤の潜在的な有用性については依然として論争の的となっている。

最も初期の試験の1つ（2020-000890-25）は、20人のCOVID-19患者を対象に1日600mgの ヒドロキシクロロキンを投与した単群、非盲検試験であった。彼らは、 ヒドロキシクロロキン単独または抗生物質アジスロマイシン（AZ）との併用により、6日目までにウイルス負荷が低下したことを報告した（Gautret et al 2020a）。

ヒドロキシクロロキンとAZで治療された80人の患者を対象とした追跡試験では、93％の患者が治療8日目にPCR結果が陰性であり、81.3％が治療後10日以内に退院したことが報告されている。しかし、両試験とも対照群がなかったことに注意することが重要である（Gautret et al 2020b）。

当初の解析から除外された患者を考慮した他の研究者による厳密な統計解析では、 ヒドロキシクロロキン単剤療法に関する限定的なエビデンスが示された（Hulme et al 2020.Lover, 2020）。) 二重盲検RCTでは、軽度のCOVID-19（ChiCTR2000029559）の治療における ヒドロキシクロロキン単剤療法が評価された（Chen et al 2020i）。合計62人の患者が登録された；治療群は5日間にわたって毎日400mgの ヒドロキシクロロキンを投与された。

6日目までに、 ヒドロキシクロロキンを投与された患者では、対照群よりも平均1日早く臨床的解決がみられた；対照群の4人の患者と比較して、重症化した患者はなかった。軽度のCOVID-19患者30人（NCT04261517）に400mgの ヒドロキシクロロキンを7日間投与した小規模RCTでは、7日目にPCR結果が陰性となった患者の数（1人を除くすべてが陽性）、入院期間中央値、熱が治まるまでの時間、または胸部CT（胸部コンピュータ断層撮影）での疾患の進行度に有意差は認められなかった（Chen et al 2020d）。

現在までに行われた最大のRCTでは、16施設にまたがる軽度のCOVID-19患者150人が登録され、 ヒドロキシクロロキンと標準治療の非盲検試験が行われた（ChiCTR2000029868）。

28日目のSARSCoV-2 RT-PCR結果陰性への転換または症状の消失率には群間に有意差はなかった； ヒドロキシクロロキン群では、ほとんど重篤ではなかったが有害事象が有意に多かった； ヒドロキシクロロキン+標準治療を受けた患者ではC反応性蛋白質の正常化がより速くなるという証拠が報告されているが、この所見は有意ではなかった（Tang et al 2020b）。

ここに記載されているほとんどの研究を含むメタアナリシスでは、標準ケア+ ヒドロキシクロロキンレジメンを受けた患者に臨床的な有益性は認められなかった（Shamshirian et al 2020）。

 

重症COVID-19における ヒドロキシクロロキンの有効性を評価した研究は2件ある。1～5日目にAZを用いて10日間にわたって600mgの ヒドロキシクロロキンを投与した11人の患者を対象としたプロスペクティブ研究では、臨床状態が悪化した患者が数人、死亡した患者が1人いた；10人中8人の患者が10日目にPCR結果が陽性であった（Molina et al 2020）。

重度のCOVID-19患者を対象とした進行中の二重盲検RCT（NCT04323527）では、81人の患者が高用量 ヒドロキシクロロキン（1日あたり600mg 23を10日間投与）または低用量（450mg/日を5日間投与）の治療群に無作為に割り付けられた（Borba et al 2020）。高用量群への募集は、安全性の転帰が不良であったため、早期に中止された。4 日目の陰性 PCR 結果や 6 日目の機械的換気の必要性には有意差はなかった。

以上のことから、COVID-19に対する ヒドロキシクロロキン ± AZの有効性を評価するためにこれまでに実施された臨床試験では、重症患者における臨床的有用性の明確な証拠は示されていない。

 

2020年4月27日にClinicalTrials.govを検索したところ、 ヒドロキシクロロキンを対象とした臨床試験が140件見つかった。この数は急速に増加しており、この治療法への関心の高まりと、エビデンスに基づいた推奨の必要性が急務であることを示している。

COVID-19療法のためのコルチコステロイド

コルチコステロイドは、その抗炎症活性のため、ARDSおよびサイトカインストームに対する補助療法である。しかし、CSによって媒介される広範な免疫抑制は、ウイルスに対する適切な免疫応答の発達を阻害する可能性がある。

MERS-CoV、SARS-CoV-1、またはSARS-CoV2感染患者5,270人を対象としたメタアナリシスでは、CS治療はより高い死亡率と関連していることが明らかになった（Yang et al 2020c）。SARS-CoV-2感染のみを対象としたより最近のメタ解析では、2,636人の患者を評価し、ARDS患者のサブセットを含め、CS治療と関連した死亡率の差は認められなかった（Gangopadhyay et al 2020c）。

MERS患者（Sanders et al. 実際、2020年3月13日にWHOによって更新された中間ガイドラインでは、COVID-19に対して全身性コルチコステロイドを投与することを勧めている（世界保健機関、2020a）。それでも、COVID-19の新しいデータは相反するものである。

あるグループは、メチルプレドニゾロンを経口投与（軽症）または静脈内投与（i.v.）（重症）した患者とそうでない患者との間で、ウイルスクリアランスまでの時間に有意な差はなかったと報告している（Fang et al 2020a）。

中国のグループによるレトロスペクティブ研究では、ICUに移された患者はCSを受けた可能性が低く（Wang et al 2020b）、メチルプレドニゾロンを投与されたARDS患者は死亡リスクが低下したと報告されている（Wu et al 2020a）。

対照的に、別のレトロスペクティブ解析では、コルチコステロイドを受けた患者はICUに入院するか死亡する可能性が高いが、コルチコステロイドを受けた群では併存疾患も有意に多かった（Wang et al 2020c）。31人の患者を対象とした小規模の観察研究では、コルチコステロイド治療とウイルスクリアランスまでの時間、入院期間、症状の持続時間との間に関連性は認められなかった（Zha et al 2020）。

重症COVID-19患者244人を対象としたアジュバントCSの大規模研究では、28日死亡率との関連は認められなかった；ARDS患者のサブグループ解析では、CSによる治療と臨床転帰との関連は認められなかった（Lu et al 2020b）。彼らはまた、投与量の増加が死亡リスクの増加と有意に関連していることも明らかにした。

46人の患者のレトロスペクティブレビュー（そのうち26人はメチルプレドニゾロンの静脈内投与）では、早期の低用量投与により、SpO2と胸部CT、解熱までの時間、および補助酸素療法にかかる時間が有意に改善されることが明らかになった（Wang et al 2020h）。

他の研究者は、逸話的証拠に基づく早期投与（Lee et al 2020）および短期低用量投与（Shang et al 2020）を支持する見解を発表しているが、臨床試験は行っていない。COVID-19におけるコルチコステロイド使用に関する現在のデータのほとんどは観察研究からのものであり、中程度の臨床的有益性を支持するか、または意味のある効果がないことを支持している。

これらの患者に対するCSのリスクとベネフィットを理解するためには、より大きなRCTが必要である；2020年4月27日現在、ClinicalTrials.govに登録されている様々なコルチコステロイドを評価する22の試験がある。

抗ウイルス治療薬としてのCOVID-19組換えIFNにおけるサイトカイン誘導療法

SARS-CoV-2のようなRNAウイルスに対する人体の最初の防御の1つは、I型およびIII型IFNの放出である。タイプI型IFN（IFNa／b）受容体がユビキタスに発現していることに注意することが重要であり、従ってIFNa／bシグナリングは、抗ウイルス効果だけでなく、潜在的に病因を悪化させる免疫細胞の活性化をもたらし得る。

対照的に、III型IFN（IFNlとしても知られている）は、免疫細胞の限定されたプールと同様に、主に上皮細胞においてシグナルを発する。III型IFNは免疫調節機能を有するので、その後のシグナル伝達は、病原性炎症を増強することなく強力な抗ウイルス効果を誘導し得る（Andreakos et al 2017; Prokunina-Olsson et al 2020）。

最近では、COVID-19の病原性を無効にするためにIFN応答を調節することの潜在的な治療効果に関心が高まっている。

現在のパンデミックの前に、グループは、他のベタコロナウイルス感染症におけるIFNの役割を研究してきた。SARS-CoV-1感染症患者40人を対象とした1つの研究では、未解決のI型IFNおよびISGの上昇が、予後不良の患者において報告された(Cameron et al 2007年)。

他の研究では、MERS-CoV感染症患者においてリバビリンと一緒に投与しても、外因性のI型FNは転帰を改善しないことを報告している（Arabi et al 2020）、治療または予防の選択肢としてのIFNの役割は、株または種特異的である可能性があることを示唆している（Sheahan et al 2020）。

興味深いことに、マウントサイナイウイルス学グループによる最近の研究は、SARS-CoV-2に対する初期応答においてタイプIFNシグナル伝達が障害されていることを明らかにした；試験管内試験（in vitro）では、SARS-CoV-2はSARS-CoV-1よりもタイプIFNに対してより感受性が高いかもしれない（Blanco-Melo et al 2020）。

ベタコロナウイルスに対するIFN応答が他の呼吸器ウイルスと比較して変化するという追加の証拠に基づいて（Blanco-Melo et al 2020；Channappanavar et al 2016；Okabayashi et al 2006）、IFN-I/III投与の試験が開始されている（NCT04343976、NCT04331899）。

サイトカイン阻害

高炎症性反応およびIL-6、-8、および-10を含む炎症性サイトカインの上昇レベルは、COVID-19の重症度と相関することが示されている（Chen et al 2020h; Diao et al 2020; Gong et al 2020; Moore and June et al 2020; Wan et al 2020a; Xu et al 2020b）。

このサイトカインストームのドライバーはまだ確立されていないが、ウイルスPAMPおよび宿主危険シグナルの組み合わせによって最初にトリガーされる可能性が高い。患者間の異種応答は、他の因子が関与していることを示唆しており、おそらくSARS-CoV-2受容体であるACE2を含む（平野および村上、2020）。

いくつかの研究が、COVID19患者で検出されたサイトカインストームに寄与する可能性のある細胞プログラムを報告し始めている。あるグループは、全身性リンパ減少症の文脈において、GM-CSFおよびIL-6を発現するCD4 T細胞の特定のサブセットが、集中治療を必要としないCOVID-19患者よりも重度のCOVID-19患者においてより豊富であることを報告した(Zhou et al., 2020b)。

他の主要な炎症性サイトカイン（TNF-a、IFN-ɣ、IL-2）およびケモカイン（CCL2、CCL3、CCL4）が上昇しているという報告は、COVID-19における潜在的な病原性TH1/2プログラムを強調している（Diao et al 2020; GiamarellosBourboulis et al 2020）。

組織学的および単細胞分析は、COVID-19サイトカインストームにおける炎症性サイトカインの他の強力な供給源として単球およびマクロファージを同定した（Chen et al 2020h; Giamarellos-Bourboulis et al 2020; Law et al 2005; MooreおよびJune et al 2020; Zhou et al 2020b）。

SARS-CoV-1およびMERS-CoVを含む他のベタコロナウイルス感染症の研究もまた、ヒトにおけるサイトカインによる免疫病理学のドライバーとして、単球、マクロファージおよびDCの同様の過剰活性化を同定している（Cheung et al 2005；Chien et al 2006；Huang et al 2020c；Konig et al 2020；Wang et al 2005；Wong et al 2004；Xu et al 2020b；Zhou et al 2020b）。

COVID-19関連CRSにおける重要なサイトカインとしてのIL-6の予備的報告に続いて、IL-6シグナル伝達経路を標的とするモノクローナル抗体が治療候補として提案されている(Moore and June, 2020)（図6C）。

市販の抗IL-6R抗体トシリズマブ（Actemra）およびサリルズマブ（Kevzara）、ならびに抗IL-6抗体シルツキシマブ（Sylvant）は、現在進行中の13の臨床試験において、COVID-19関連CRSおよび肺炎の管理における有効性が試験されている（表2）。

これまでのところ、トシリズマブ（400mg、i.v.）の単回投与とロピナビル、メチルプレドニゾロン、および酸素療法を併用したCOVID-19患者20人のコホートからの予備的な結果を報告しているのは1つのグループのみである（ChiCTR2000029765）（Xu et al 2020b）。

単一観察試験では、19人中10人の患者でリンパ球数が回復し、20人中19人の患者で肺の閉塞が胸部CTで認められた；20人中19人は退院した；ll 16 Immunity 52, June 16, 2020 Review Please cite this article in press as.

Current State of the Science, Immunity (2020), doi.org/10.1016/ j.immuni.2020.05.002 すべての患者は症状の改善を経験し、その後の肺感染症は報告されなかった。

第2報では、トシリズマブの使用とICU入室の可能性の低下と機械的人工呼吸との関連性が報告された。それでも、重度のCOVID-19肺炎を有する30人の衰弱した患者において、このレトロスペクティブ研究では、加重分析での死亡率の有意な改善は報告されなかった（Roumier et al 2020）。それにもかかわらず、これらの研究は心強いものであるが、他の治療アプローチと同様に、より大きなRCTが必要である。

IL-6シグナル伝達経路に加えて、IL-1R、GM-CSF、およびケモカイン受容体CCR5を含む他のサイトカインおよびケモカイン関連要素が、COVID-19 CRSを管理するための遮断のための潜在的な標的として提案されている（図6C）。最後に、補体活性化は、COVID-19患者の肺において過剰に活性化されることが示された。

 

無作為化試験の結果はまだ公表されていないが、抗C5aモノクローナル抗体療法は、2人の重症COVID-19患者において有益性を示した（Gao et al 2020d）。

COVID-19に対する中和抗体および対症療法

SARS-CoV-2に対する独自のnAbsを作るように人の免疫系を教育するためのワクチンが開発されている一方で、治療的アプローチとしてnAbsの養子移植を使用することに関心がある（図6D）。

この戦略は、SARS-CoV-1（Cao et al 2010；Ho et al 2005；ter Meulen et al 2004；Park et al 2020；Sui et al 2004；Zhu et al 2007）およびMERS-CoV（Forni et al 2015；Jia et al 2019；Ying et al 2015）に対して有効であることがすでに証明されている。

SARS-CoV-2の場合、これらの努力は、主に、自然感染中に作られたnAbsの同定、または動物ワクチン接種アプローチによるnAbsの生成を中心としている。

COVID-19患者に由来するnAbs

SARS-CoV-2感染から回復した患者は、nAbsの1つの潜在的な供給源である(Chen et al., 2020a; Ju et al., 2020; Walls et al., 2020; Wo¨lfel et al., 2020; Yuan et al., 2020)。

これらのnAbsを得るために、科学者たちは、RBD特異的メモリーB細胞を選別し、それらの重可変領域および軽可変領域をクローニングして、対応する抗体の組換え型を発現させた(Chen et al., 2020a; Ju et al., 2020)。これらの研究で産生された4つの抗体（31B5、32D4、P2C-2F6、P2C-1F11）は、試験管内試験（in vitro）で高い中和能を示し、すべてACE2-RBD結合を阻害した。

SARS-CoV-2の抗体による中和が成功するかどうかは、ACE2/RBD結合の阻害に依存しているように思われた。しかし、Chenらは、回収された26人の患者の血清に由来するほぼすべての抗体がS1およびRBDに結合しており、実際にACE2/RBD結合を阻害したのは3つだけであったことを示した（Chen et al 2020a）。

注目すべきは、SARS-CoV-1由来の中和抗体（47D11）（Wang et al 2020a）およびSARS-CoV-2に対する一本鎖抗体（n3130）（Wu et al 2020c）もまた、ACE2/RBD結合を阻害することなくSARS-CoV-2を中和することが示されている。したがって、この相互作用をブロックすることは、効果的なSARS-CoV-2 nAbのための前提条件ではないかもしれない。

SARS-CoV-2に対するモノクローナルnAbを産生するハイブリドーマの生成は、進行中の感染をブロックするために患者に直接投与することができる治療用Abの可能性を提供し、潜在的には予防としても可能である（図6D）。

SARS-CoV-1のnAbsもまた、SARS-CoV-2を中和する

SARS-CoV-1およびSARS-CoV-2のコンセンサス配列は、約80％の同一性を共有する（Tai et al 2020）。したがって、広範囲のSARS-CoV-1 nAbsは、潜在的なCOVID-19治療法の開発を迅速化するのに役立つ可能性があるため、SARS-CoV-2との交差反応性について試験されてきた

最近の研究では、SARS-CoV-1感染から回復した個人の記憶B細胞から抗体が分離された。単離された25個の抗体のうち8個がSARS-CoV-2のSタンパク質と結合することができたが、そのうちの1個（s309；表3を参照）はまた、SARS-CoV-2を中和する（Pinto et al 2020）。

s309と、別のRBDエピトープを結合し得る弱中和抗体との組み合わせは、強化された中和効力をもたらした。さらに、CR3022（表3）は、SARS-CoV-2 RBDに結合することが見出されたが（Tian et al 2020b）、この抗体はSARS-CoV-2を中和しなかった（Yuan et al 2020）。

計算シミュレーションにより、SARS-CoV-2 RBDとの結合親和性を高めるためにCR3022上で修飾され得る3つのアミノ酸が同定された（Giron et al 2020）、潜在的にその中和ポテンシャルを増強する可能性がある。

動物由来のnAbs

動物モデルは、SARS-CoV-2に対するnAbsを生成するための別のツールである（表3）。ある研究では、著者らは、ラクダ類で最初に記載されたような可変重鎖（VH）のみを含むより小さな抗体であるヒトナノ抗体を合成するためのプロトコルを開発した（Wu et al 2020c）（図6D）。

SARS-CoV-1およびMERSCoV Sタンパク質で免疫化されたラクダ類から単離された別の抗体は、その後ヒトFcフラグメントに融合され、SARS-CoV-2（VHH-72-Fc）に対する中和ポテンシャルを示した（Wrapp et al 2020）。

ヒト化抗体遺伝子を有する遺伝子組換えマウスは、エボラに対して成功裏に実験されたように、治療用モノクローナル抗体を生成するために使用することもできる（表2）。

IL-6/IL-6R遮断療法の有効性を評価する臨床試験 臨床試験 介入

 

Current State of the Science, Immunity (2020), doi.org/10.1016/ j.immuni.2020.05.002 virus (Levine, 2019). 同様の研究は現在、SARS-CoV-2またはその誘導体を使用して、感染した患者に直接投与することができる動物モデルで非常に効果的なnAbを生成することに焦点を当てており、Regeneron社によって初夏に開始されるプールされた抗体カクテルの臨床試験の推定をもって、努力はすでに進行中である。

最後に、もう一つのnAb開発のアプローチとして、ACE2タンパク質と抗体のFc部分を融合させることも考えられる。実際、ACE2-Fc（Lei et al 2020a）とRBD-Fc（Li et al 2020d）は、試験管内試験（in vitro）でSARS-CoV-1とSARS-CoV-2の両方を中和することが示されている。

回復期血漿療法

組換えnAbsは効果的な治療法を提供する可能性があるが、患者に広く利用できるようになるまでには、開発、試験、および生産規模の拡大に多大な時間投資が必要である。

より迅速な戦略は、SARS-CoV-2を標的とする高力価nAbsを開発した以前に感染した患者から回復期血漿（CP）を移植することである（図6D）。適切な対照試験の現在の欠如にもかかわらず、回復期血漿療法は、以前に使用され、1918年インフルエンザパンデミック（Luke et al 2006）、H1N1インフルエンザ（Hung et al 2011）、およびSARS-CoV-1（Arabi et al 2016）などのいくつかの感染症において有益であることが示されている。

血清学的検査（Amanat et al 2020；Cai et al 2020；Xiang et al 2020b；Zhang et al 2020d）の開発のおかげで、回収されたCOVID-19患者は、高い抗体価を有する血漿を選択するためにスクリーニングすることができる。

COVID-19に対する回復期血漿療法に関するいくつかの研究および症例報告は、重症患者における回復期血漿療法の安全性および潜在的な有効性を評価している（Ahn et al 2020；Duan et al 2020；Pei et al 2020；Shen et al 2020；Zhang et al 2020b）（表4）。

これらの研究は対照試験でも無作為化試験でもなかったが、回復期血漿療法が安全であり、疾患の臨床経過に有益な効果をもたらしうることを示唆している。回復期血漿療法の最適な時期および適応を決定するためには、さらなる対照試験が必要である。

回復期血漿療法は、基礎疾患を持つ人やCOVID-19患者に曝露された医療従事者など、リスクの高い人への予防的使用も提案されている。FDAは、重症患者を治療するためのCPの使用を承認している（Tanne, 2020）。

CPを投与するタイミングを決定することもまた、非常に重要であり、SARS-CoV-1患者を対象とした研究では、以前にインフルエンザで示されたように、発病14日目よりも前にCPを投与した方がはるかに効率的であることが示された（Cheng et al 2005b）。

この研究では、PCR陽性の血清陰性患者においても回復期血漿療法がより効率的であることが示された。必要とされる血漿の量と輸血の回数については、さらなる調査が必要である（表4）。

全体的に、回復期血漿療法は転帰の改善と関連しているようで、安全であるように思われるが、表3のためのRCTが必要である。現在、世界的にいくつかの臨床試験が進行中である（Belhadi et al 2020）。

ワクチン開発

世界的にナイーブな集団におけるSARSCoV-2のパンデミック拡散の壊滅的な影響は、COVID-19から保護するため、またはSARS-CoV-2感染の影響を緩和するためのワクチンを迅速に開発し、試験し、普及させるための前例のない努力をもたらした。ワクチン接種は、効果的な世界保健戦略として長い歴史と成功を収めてきたが、現在、COVsからヒトを保護するためのワクチンは承認されていない(Andre´ , 2003)。

SARS-CoV-1およびMERS-CoV感染症の流行後に行われた以前の研究は、現在の多くの取り組みの基礎となっており、潜在的なワクチンとしてのSタンパク質の重要性を含めて、現在の取り組みの基盤となっている。多様なワクチンプラットフォームと前臨床動物モデルがSARS-CoV-2に適応され、SARS-CoV-2ワクチン候補の開発と試験の迅速かつ確実な進展が促進されている。

すでに多くのワクチン候補が臨床試験で試験されており、さらに多くのワクチン候補が臨床試験に向けて進行している。

ワクチンターゲットとしてのSタンパク質

SARS-CoV-1が初めて登場して以来、Sタンパク質はCoV感染を予防するワクチン開発の最も有望なターゲットとして支持されてきた。

この特定のウイルスタンパク質は、ウイルスの侵入および自然感染中の免疫応答の刺激において重要な役割を持ち、SARS-CoV-1およびMERS-CoVの両方のワクチン接種研究においても重要である（Du et al.Song et al 2019; Zhou et al 2018）は、SARS-CoV-2についても確認されている（Walls et al 2020）。

Sタンパク質は、nAbsおよびT細胞媒介免疫の発現を含む、頑健で保護的な体液性および細胞性免疫を誘導することが明らかにされている（Du et al 2009）。動物モデルにおいて、SARS-CoV-1感染に対する保護の相関関係は、核タンパク質（N）およびORF3aに対する抗体など、他のタンパク質に対する抗体が検出されているが、Sタンパク質に対するnAbsの誘導であるように思われる（Qiu et al 2005；Sui et al 2005）。

nAbsはまた、受容体の結合およびウイルスの侵入を遮断することによって感染を保護すると考えられており、これは疑似ウイルスベースの中和アッセイで示されている（Ni et al 2020；Nie et al 2020a）。

SARSCoV-1の研究は、Sタンパク質に対するT細胞応答がnAb価と相関し、自然感染後のT細胞応答を支配し、それはまた、膜(M)およびNタンパク質に対して活性なT細胞を誘導すること、記憶T細胞応答が感染後11年後でも持続すること、および記憶CD4+ T細胞および記憶B細胞が存在しない場合に、記憶CD8+ T細胞がマウスを致死的挑戦から保護することを示している(Li et al., 2008; Ng et al., 2016)。

RBD特異的抗ウイルスT細胞応答もまた、COVID-19から回復した人において検出されており、ワクチンターゲットとしての約束事をさらに検証している（Braun et al 2020；Ni et al 2020）。

 

表4. COVID-19患者を対象とした気休め血漿療法の臨床研究 患者の特徴 回復期血漿療法の開始 結果 参照 入院後10日から22日の間に重症患者5人（30～70歳）のうち4人の患者で3日以内に体温が正常化した Shen et al 2020 臨床的改善 輸血後12日以内にウイルス負荷が陰性になった nAb価が上昇 重症患者10人（34～78歳）中央値16.5dpo 3日後に臨床症状が消失した Duan et al 2020 胸部CTでリンパ球の上昇が改善した 2020 胸部CTにより、リンパ球減少症の患者のリンパ球数の上昇が改善した。

2020b reduce viral load chest CT improved 中等度患者1名、重症患者2名 12 dpo, 27 dpo viral detection negative after CP 4 days after 4 days of CP Pei et al. 2020 臨床的改善 2名の患者 重症患者2名（67歳と71歳） 7 dpo or 22 dpo clinical improvement Ahn et al.

エピトープマッピング

Sタンパク質のRBDを標的とする抗体は、交差防御免疫を提供するためのより大きな可能性を持っているが、Sタンパク質の他のフラグメントおよび追加のウイルスタンパク質は、特にT細胞の標的エピトープとして研究されてきた。

研究者は、SARS-CoV-2とSARS-CoV-1およびMERS-CoVの間の遺伝的類似性およびバイオインフォマティクスアプローチを利用して、Sおよび他のタンパク質中の潜在的なB細胞およびT細胞エピトープを迅速に同定し、多くの研究が抗原提示および抗体結合特性に関するデータを提供し、1つの研究がエピトープの予測される進化を調べている（Ahmed et al. 2020; Baruah and Bose, 2020; Bhattacharya et al 2020; Fast et al 2020; Grifoni et al 2020; Lon et al 2020; Zheng and Song, 2020）。

) Sタンパク質は、SARS-CoV-2において最も免疫優勢なタンパク質であることが明らかにされているが、MおよびNタンパク質はまた、SARS-CoV-1エピトープと高い保存性を有するいくつかのものを含む、BおよびT細胞エピトープを含む（Grifoni et al 2020）。

ワクチンパイプライン

SARS-CoV-1およびMERS-CoVについては、Sタンパク質を標的とした潜在的なワクチンの動物試験および第I相臨床試験では、nAb誘導および細胞性免疫の誘導の証拠があり、心強い結果が得られた（Lin et al 2007；Martin et al 2008；Modjarrad et al 2019）。これらの知見は、SARS-CoV-2ワクチン開発の取り組みに反映されつつあり、飛躍的に進展を急がせている。

WHOは4月に報告書を提供し、前臨床試験中のワクチン候補が63種、臨床試験中のワクチン候補が3種であることを報告した（世界保健機関、2020b）。2020年5月1日にClinicalTrials.govで最近検索したところ、10のワクチン候補が登録されていた（表5）。

 

ピッツバーグ大学もまた、コドン最適化されたS1サブユニットタンパク質を含むマイクロニードルアレイワクチン候補を臨床試験に移行させようとしている(Kim et al., 2020)。サノフィとグラクソ・スミスクライン（GSK）は最近、インフルエンザウイルスワクチン「Flublok」の製造に使用されているサノフィのバキュロウイルス発現系を協力して持ち寄り、GSKのAS03でアジュバントされたSタンパク質ワクチンを作成する意向を報告している。

シノバック・バイオテック社はまた、検出可能な免疫病理学的徴候を伴わないウイルスチャレンジからアカゲザルを保護することが判明した後、中国での臨床試験に入る予定である（Gao et al 2020c）。

これらのワクチン候補のいくつかは、他の目的で使用されたり、試験されたりしたプラットフォームに基づいているが、誘導された反応の寿命を含め、その安全性と免疫原性に関する疑問が残っており、継続的な評価が必要である。

ワクチン開発の課題

SARSCoV-2感染症を予防するワクチンの開発は前例のない速さで進んでおり、膨大な量のワクチン候補が開発されているが、表5に示すように、現在登録されているワクチン候補の数は非常に多くなっている。

安全性と免疫原性の微妙なバランス

2003年にSARS-CoV-1が初めて発見され、その後2012年にMERS-CoVが出現したことで得られた先行知識は大きなジャンプスタートとなったが、SARS-CoV-2ワクチン開発の進展は、COVID-19がパンデミックになる前に作成された青写真のポイントをすでにはるかに上回っている。

様々なプラットフォームが同時に革新されたり、適応されたりしているが、それぞれに強みと限界があり、その多くは安全性と免疫原性の微妙なバランスに関係している。現在進行中のCOVID-19パンデミックの緊急性のために、多くの近道が取られてきたし、今後も取られるだろうが、重要な懸念事項に対処する必要がある。

老化の影響

そのような懸念の一つは、COVID-19が高齢者に不釣り合いに重症化しているという初期評価を裏付けるデータの蓄積である。免疫の老化に関連した研究の大規模なボディと併せて、これらの知見は、ワクチンの設計がワクチンの有効性に対する老化の影響を考慮に入れるべきであることを示している（Nikolich-Zugich, 2018 ）。

抗対依存性増強

さらに、試験管内試験（in vitro）実験、動物実験、およびCOVID-19患者を対象とした2つの研究がこの可能性を支持しており、COVID-19の抗体依存性増強の可能性に関する疑問が残っている(Cao, 2020; Tetro, 2020; Zhang et al 2020a; Zhao et al 2020a)。

生産と普及

保護免疫応答を安全に誘導することができるワクチン候補が同定されたと仮定すると、さらなる大きなハードルは、ワクチンの生産と普及である。いくつかのタイプのワクチンでは、大規模生産はそれほど問題にはならず、現在の製造管理基準（cGMP）品質の生物学的製剤を生産するためのインフラがすでに整備されているため、再利用することが可能であるが、これは候補の一部にのみ適用される（Thanh Le et al., 2020）。

緊急の必要性に対処し、COVID-19パンデミックを食い止めるためには、規制当局はワクチン候補の迅速な試験と進行を引き続き支援し、企業は重要な知見を直接かつオープンに発信し、研究者は幅広い臨床症状を持つ患者や臨床試験参加者の綿密な免疫モニタリングを用いて、防御の相関関係を調査する必要がある。

新たに発表された「Accelerating COVID-19 Therapeutic Interventions and Vaccines」（ACTIV）は、このニーズに対応するために、多くの政府機関や産業界の団体を結集することを目的としている。

まとめ

SARS-CoV-2の急速な蔓延とCOVID-19の前例のない性質は、基礎科学と臨床研究の両面で緊急性を要求しており、科学界はその要求に見事に応えてきた。数ヶ月のうちに、SARS-CoV-2感染症の免疫学に光を当てた科学的知識の重要な世代が存在している。

SARS-CoV-1およびMERS-CoVを含む過去のコロナウイルス感染症の研究は、我々の理解の基礎を提供してきた。COVID-19の重症例の病理学は、CRSのようなSARS-CoV-1およびMERS-CoV感染症で見られる特定の免疫病理学に実際に類似している。

しかしながら、他の多くの点で、SARSCoV-2に対する免疫応答は、他のコロナウイルス感染症で見られるものとは異なる。感染しているにもかかわらず、かなりの割合の人が無症状であるという疫学的観察結果が出てきたことは、SARS-CoV-2は他のコロナウイルスよりも潜伏期間が長く、感染率が高いという現在の理解を反映しているだけでなく、宿主の免疫反応にも大きな違いがあることを示している。

したがって、COVID-19の治療戦略をより明確にするためには、SARS-CoV-2に対する免疫応答および高炎症に駆動される病理のメカニズムをさらに解明することが不可欠である。

 

ここでは、最近の文献をレビューし、特に、生得的感覚からのウイルスの脱出、CRSと炎症性骨髄質亜集団に関連した高炎症、T細胞とNK細胞の機能不全によって特徴づけられるリンパ減少症、および保護の相関関係とその持続時間についてのメカニズムを問う仮説に焦点を当てた。

しかし、患者間、あるいはコロナウイルス感染の種類の違いによる免疫の違いが、どのようにして病気になる人と無症状のままの人を決定するのかについては、さらなる研究が必要とされている。

SARS-CoV-1とMERS-CoVの既存の研究、および現在進行中のSARS-CoV-2の研究は、このアンメットニーズを満たすための強固な枠組みを提供するものと思われる。