SARS-CoV-2 T cell immunity: Specificity, function, durability, and role in protection
immunology.sciencemag.org/content/5/49/eabd6160
要旨
SARS-CoV-2保護免疫の明確な理解を合成する努力の中で、抗体解析は、無症候性、軽度および重度のCOVID-19にわたるT細胞研究と並行して行われてきた。保護におけるCD4およびCD8エフェクターの機能を定義することは、抗体応答が短命に見えること、およびT細胞の記憶がより耐久性を持つ可能性があることを考慮すると重要である。集団レベルの免疫を完全に理解するためには、標準化された検査方法を用いた抗体免疫とT細胞免疫の両方のスクリーニングが有益であろう。
SARS-CoV-2に対するT細胞免疫の解析は急速に進展している。当初は、診断検査や血清有病率データのトランスレーショナルな必要性から、抗体応答の特徴を明らかにすることに重点が置かれていた。ワクチンや治療法に関しては、抗スパイク中和抗体が保護の相関関係（相関関係）を持つ可能性が高いことが、その原動力となった（1）。
時が経つにつれ、PCR陽性者の中には、B細胞免疫とT細胞免疫の両方を示す者と、不一致な反応を示す者がいることがわかっていた(2-4)。免疫系は相互作用するサブセットの複雑なネットワークであり、適応免疫はT細胞とB細胞のレパートリー間の協調性に依存している。
SARS-CoV-2に関連した混乱は、一見、B細胞とT細胞のプライミングと記憶の間のアンカップリングの程度であることを認めざるを得ない。比較的刹那的な抗体反応とより永続的なT細胞免疫は、密接に関連したMERSやSARS-CoV-1感染症の経験から予測されていた(5, 6)。
ここでは、リンパ球減少やその他の免疫サブセットの変化、T細胞の枯渇、サイトカインプログラム、「サイトカインストーム」、標的抗原、エピトープ、ウイルスの交差反応性の寄与に関する最近のT細胞免疫学の研究から得られた、この点とその他の重要な教訓を考察する。
一般的なウイルス免疫学とコロナウイルスT細胞免疫について知られていることから、SARS-CoV-2のT細胞の記憶は何年も持続し、保護を与えると推測される。これは現在のところ仮説的なものであり、例えば霊長類を用いた非ヒト保護研究(1)などを通じて、CD4またはCD8免疫が相関関係として正式に証明されるのを待っている。
パンデミックの初期の数週間から、入院患者のコホートから免疫データセットを取得し、さらに地域社会の感染者からも免疫データセットを取得するという前代未聞の試みが行われていた。
マルチパラメータフローサイトメトリーやマスサイトメトリーから、全プロテオームT細胞エピトープマッピング、テトラマー分析、シングルセルRNA-seqまで、すでに論文やプレプリントとして発表されているデータセットにアクセスすることができる(3, 8-14)。
リンパ球減少は、特にCD8サブセット内では、重症度（臨床的に、またC反応性蛋白質、Dダイマー、フェリチンの上昇によって判断される）の相関関係がよく観察されている（2、13）。回復した患者では、これは数週間以内に可逆的であり、軽症例では回復が早い。この所見は、あからさまなT細胞のアブレーションというよりも、感染部位へのT細胞の隔離を反映している可能性が高いと解釈されている。
多くの施設で肺組織と気管支肺胞洗浄液の両方から浸潤細胞が採取されているが、これらの局所免疫サブセットとその機能の詳細な特徴を明らかにすることが重要である。しかし、これまでのデータからは、T細胞の周辺部から肺への有意な変位があることは明らかではない。
中等症と重症/重症の気管支肺胞洗浄細胞を比較分析したところ、リンパ球減少が最も顕著な重症の症例では気管支肺胞洗浄中のCD8細胞のレベルが低く、単純な隔離に反していることが明らかになった(14)。
数多くの研究で、大多数の感染者（おそらく最も重症な症例を除く）における基本的な観察は、ウイルスプロテオームの多くの部分に存在する多くのエピトープに多様な頻度で反応し、T細胞の活性化とサイクルが活発に行われていることである。
エフェクター応答は、CD4応答がCD8よりもやや優勢で、スパイク抗原内のエピトープがプロテオーム全体の抗原階層の最上位に位置することが多い（図1）。この抗原階層の詳細は、疾患の重症度によって多少異なるようである。
図1 SARS-CoV-2感染細胞、抗原提示細胞、CD4およびCD8 T細胞間の仮説的相互作用。
ウイルスペプチド（濃い緑色で示されている）は、SARS-CoV-2プロテオームのあらゆる部分から処理され、感染細胞上のHLA I分子の溝の中で、また、感染細胞の破片を取り込んだ抗原提示細胞のHLA II分子によって、TCRレパートリーに提示される。
SARS-CoV-2反応性CD4細胞は、IFN-γ、TNF-αおよびIL-2を分泌し、大部分がTh1様であるように見える。CD8細胞も同様のサイトカインプロファイルを分泌するが、感染した標的細胞を溶解する。肺の免疫病理学におけるCD4またはCD8 T細胞の役割を明確に示すデータは現在のところ知られていないが、ここではその可能性を仮定して説明している。
反応するT細胞は、Ki67、CD38およびHLA-DRの発現を含む一般的な活性化表現型を示す(3、15)。しかし、多くの研究では、PD-1やTIM-3などの疲弊マーカーの発現の上昇も報告されている。
最初の観察的研究からより還元的な研究へと移行していく中で、急性反応の間であっても、慢性活性化に関連したより一般的なプロファイルになるようなウイルスの適応が実際に存在するかどうか、また、それが持続的な長期記憶への移行の障害と関連しているかどうかを掘り下げていくことが重要になってくるだろう。
いくつかの研究室では、軽症からICU症例、死亡に至るまでの疾患スペクトルにわたって、免疫サブセットと機能的CD4およびCD8応答の詳細な解析が行われている（表1）。どのT細胞サブセットが防御免疫と病原性免疫のどちらに優先的に関与しているかはまだわかっていない。
CD4およびCD8応答は大多数の患者で検出され、CD4応答の方がより一般的である（表1）。どちらかと言えば、重症患者ほど反応は大きく、（エピトープの網羅性という点で）広範である(8)。
それにもかかわらず、重症患者が最も強いT細胞シグナルを示すという事実は、単純な説明、すなわち、ウイルス負荷が長くなるとT細胞が多くなるという説明と、単純ではない説明のどちらかに当てはまる：大きなT細胞応答は、肺の損傷などの免疫発生に寄与している可能性がある。
表1 SARS-CoV-2に対するT細胞応答を解析した発表された研究の要約。
原文参照
略語。AIM=活性化誘導マーカー；ARDS=急性呼吸窮迫症候群；；HC=健常対照；ICS=細胞内サイトカイン染色；ICU=集中治療室；nd=行われていない；M=膜抗原；N=ヌクレオカプシド抗原；ORF=オープンリーディングフレーム；S=スパイク抗原；Tcm=中枢メモリーT細胞。
CD4 および CD8 T 細胞が標的とする SARS-CoV-2 のエピトープをマッピングすることは、感染していない接触者から重症患者までの病状間の認識パターンの違いを含めて、宿主防御のストーリーを説明する上で高い優先度を持っている。
しかし、これは、少量の重症患者からのリンパ球減少性の血液サンプルを扱う場合、また、合成ペプチドの長さとオーバーラップに応じて、約400〜500個のペプチドのライブラリを必要とする大規模で複雑なウイルスプロテオームをアッセイする場合には、これは非創造的な努力である。
異なるアプローチにより、抗原階層に関して異なる答えが得られることがある。T細胞アッセイは、細胞内サイトカイン染色（ICS）、T細胞活性化誘導マーカー（AIM）の評価、四量体または五量体の頻度およびELISpotsを網羅しており、選択されたペプチドまたは非常に大きなペプチドメガプールのいずれかを使用している。
抗原およびエピトープT細胞認識に関する知見を表1に要約する。多様なアプローチとコホートを考慮すると、妥当なレベルのコンセンサスが得られつつある。多くの研究では、スパイクエピトープに対する反応が最も多く、次いで膜抗原またはヌクレオカプシドのいずれかが続いていることがわかっている。
このように、BCRとTCRのレパートリーは、どちらかというとスパイクに焦点を当てているように思われる。しかし、Grifoniらによって指摘されているように、SARS-CoV-2プロテオーム内の抗原階層は、以前に知られていたコロナウイルスの場合よりも、より均等に抗原に広がっている。
小さな血液サンプルと巨大なペプチドプールで高速でデータセットを生成するには、個々 のエピトープとペプチド-MHC 複合体を定義するデータは、これまでのところ、わずか数の研究室から来ている (8、16)。
データは、いくつかのエピトープが個人間で共通して認識され、異なる国での研究間で、そのようなヌクレオカプシド 81-120 内のエピトープなど、非常にエピトープが豊富な配列を示している。これらのエピトープは、特定のHLA IおよびHLA II対立遺伝子による提示の文脈でさらに定義し、特徴付ける必要がある。複数のHLA対立遺伝子によって共通に提示されることが判明したエピトープ（「プロミスキュアスエピトープ」と呼ばれることもある）は、ワクチン免疫原性の比較マッピングやT細胞免疫の診断テストの設計などの用途に特に有用であろう。
さらに、HLA対立遺伝子による優先的なペプチド提示の正確な理解は、特定のHLA多型を持つ集団におけるCOVID-19リスクの増減を明らかにする将来のデータセットを解読するために必要とされる。
SARS-CoV-2免疫における論争の的となっている領域は、遠縁のHCoVによる過去の感染からの交差反応性免疫記憶がどの程度存在するかということである。
今回のアウトブレイクが大きな影響を与えたのは、集団に免疫がない新規導入であることが原因の一つであるという当初の前提があった後、抗体研究では、少なくともいくつかの抗原に対して交差反応性があることが示された。
TCR認識のレベルでは、保存された配列の伸張を表すエピトープは、全体的な配列保存性が低いウイルス配列間でも交差反応性の認識をもたらすと予測される。これまでの研究では、異なる抗原に焦点を当てたり、T細胞認識の異なる尺度を使用したりしたことに起因して、やや異なる回答が得られている。
COVID-19以前の血液ドナーサンプルのかなりの割合が、SARS-CoV-2 SおよびMペプチドプールに対する交差反応性免疫を示している（4、9）。研究は、おそらく他のHCoVに曝露されたことがある非SARS-CoV-2免疫の人々の応答を引き出すことができるORF1領域内の交差反応性エピトープの存在を強調している(16)。
驚くべきことに、SARS-CoV-1に対する免疫メモリーを持つ人は、SARS-CoV-2に対して良好な交差反応性反応を示す(16)。以上のことから、関連するコロナウイルスへの曝露により、一部の人々が交差反応性のT細胞レパートリーを持つという証拠は強いものである。
重要なのは、このことがどの程度まで病気からの防御に影響を与えるかということである。例えば、風邪のHCoVへの曝露によって定期的に増加していると推定される学童期の子供たちの感受性の低下を支える要因となるのか？
患者コホートからの一般的な観察では、感染者の大多数は抗体とT細胞反応を起こし、その大きさはしばしば相関関係があり、ある時点までは、重症化して長期化した疾患ほど反応が大きくなるということである(18)。
しかし、SARS-CoV-2感染では、軽度の感染では検出可能な抗体がなくてもT細胞免疫が誘発されたためか、あるいはT細胞の記憶がまだ強固である時期に抗体反応が一過性ですでに衰えてしまったためか、T細胞とB細胞の認識の測定値が結合しなくなることもある。
これらのデータから明らかなように、抗体反応を持たない（実際には正式にPCR+と定義されたことはないかもしれないが）人の中には、強力で特異的なT細胞免疫を示す人もいる（4, 7）。
このパターンは、SARS-CoV-1やMERSの経験から予測されている(5, 6)。このように、T細胞免疫の測定が抗体よりもCOVID-19における適応免疫のより永続的で信頼性の高いマーカーであるとすれば、QuantiFERON-TB Gold検査で結核診断のために行われているように、市販のT細胞検査キットの医療サービスへの展開を実現することは貴重なことである。注意点は、相関関係としてスパイク抗体のエビデンスがある一方で、T細胞についてはまだこのエビデンスが待たれているということである。
表1を見ると、SARS-CoV-2反応性T細胞は圧倒的にTh1であり、時に多機能IFN-γ、IL-2、TNF-αプロファイルを持つことが一致していることがわかる。
重症の未病のICU患者ではIFN-γが減少し、Th2プロファイルへのシフトが見られたので、これは有益なプロファイルである可能性がある(2)。
現在、多くのワクチンプラットフォームが研究されており、それぞれが異なるニュアンスのサイトカイン分極を持っている。最も防御的なワクチンは、有害であると予測されるTh2応答の刺激を回避しながら、防御的なサイトカインプロファイル（これが何であるかさえ分かれば）を最もよく達成できるワクチンである可能性があることは周知の事実である。
重症度のバイオマーカーとして「サイトカインストーム」に注目が集まっているが、関与するサイトカインを精査すると、このサイトカインのバーストはT細胞よりもむしろ自然細胞に由来する可能性が高いように思われる。
まとめると、2020年1月以降の進歩は目覚ましいものがあるが、まだまだ学ぶべきことは多い。T細胞は防御的であり、防御的であるとすれば、どのような抗原やサイトカインエフェクタープログラムに注目すべきか？
すべてのT細胞応答は有益なものなのか、それとも免疫病理学に寄与するものもあり、避けるべきものもあるのか。抗体が一過性のものであり、T細胞の記憶がより耐久性のあるものであることが本当に事実であるならば（しかし、どの程度耐久性があるのだろうか？
短期・中期的には、これらのT細胞ツールキットと知識のすべてを、異なるワクチンプラットフォーム、免疫原性、有効性、安全性の強固な比較評価のために活用できるようにする必要がある。
戦いの次の部分に入ると、疲労、関節痛、呼吸困難などの多様な症状を特徴とする慢性的ないわゆる「ロング・コービッド」症例によって引き起こされる感染症の慢性的な余波に苦しんでいる人が何千人もいる(19)。T細胞免疫学のより詳細な理解は、この病態を解読する上で貴重なものとなるだろう。
パンデミックが始まった当初、誰が感染し、どれだけの人が保護されたかを理解するためには、抗体データというゲームチェンジャーが必要であるというのが重要なマントラであった。この困難な感染症についてより多くのことが分かってきた今、T細胞のデータも本当に必要なのだと認める時が来たのである。