Respiratory mucosal immunity against SARS-CoV-2 after mRNA vaccination

Abstract

SARS-CoV-2 mRNA vaccination induces robust humoral and cellular immunity in the circulation; however, it is currently unknown whether it elicits effective immune responses in the respiratory tract, particularly against variants of concern (VOCs), including Omicron. We compared the SARS-CoV-2 S–specific total and neutralizing antibody responses, and B and T cell immunity, in the bronchoalveolar lavage fluid (BAL) and blood of COVID-19–vaccinated individuals and hospitalized patients. Vaccinated individuals had significantly lower levels of neutralizing antibody against D614G, Delta (B.1.617.2), and Omicron BA.1.1 in the BAL compared with COVID-19 convalescents despite robust S-specific antibody responses in the blood. Furthermore, mRNA vaccination induced circulating S-specific B and T cell immunity, but in contrast to COVID-19 convalescents, these responses were absent in the BAL of vaccinated individuals. Using a mouse immunization model, we demonstrated that systemic mRNA vaccination alone induced weak respiratory mucosal neutralizing antibody responses, especially against SARS-CoV-2 Omicron BA.1.1 in mice; however, a combination of systemic mRNA vaccination plus mucosal adenovirus-S immunization induced strong neutralizing antibody responses not only against the ancestral virus but also the Omicron BA.1.1 variant. Together, our study supports the contention that the current COVID-19 vaccines are highly effective against severe disease development, likely through recruiting circulating B and T cell responses during reinfection, but offer limited protection against breakthrough infection, especially by the Omicron sublineage. Hence, mucosal booster vaccination is needed to establish robust sterilizing immunity in the respiratory tract against SARS-CoV-2, including infection by the Omicron sublineage and future VOCs.

Inducing long lasting B cell and T cell immunity against multiple variants of SARS-CoV-2 through mutant bacteriophage Qβ – receptor binding domain conjugate

“…Relative weak mucosal response induced by the current mRNA vaccines may be one of the contributing factor to their low effectiveness in prevention of infection, especially against Omicron. [28] Our results demonstrated that subcutaneous administration of mQβ-RBD can induce potent mucosal responses including induction of IgA antibodies in BAL. The BAL antibody subtype distribution pattern induced by our construct was similar to those observed in other studies based on nanoparticle platforms.…”

“…A recent study found that in the bronchoalveolar lavage fluid (BAL) of people vaccinated by 2 or 3 doses of the mRNA vaccine, levels of neutralizing antibodies against D614G, Delta and Omicron variants in the BAL were significantly lower than those of convalescent patients despite robust antibody responses in blood induced by vaccines. [28] Thus, new vaccines that can induce broadly neutralizing, persistent, and comprehensive immunity are urgently needed to enhance the protection against SARS-CoV-2.…”

A rational strategy for the maintenance of antiviral immunity to new SARS-CoV-2 strains

“…Задавшись целью изучить мукозальный иммунитет к новым штаммам SARS-CoV-2 у человека, J. Tang и соавт. [69] оценивали S-специфические суммарные и вируснейтрализующие антитела, а также В-и Т-клеточный иммунный ответ в бронхоальвеолярных лаважах и в крови вакцинированных мРНК-вакцинами и у переболевших COVID-19. Обнаружено, что у вакцинированных пациентов уровни нейтрализующих антител против вариантов В (D614G), Дельта (B.1.617.2) и Омикрон BA.1.1 в бронхоальвеолярном лаваже были существенно ниже, по сравнению с аналогичными у переболевших COVID-19, несмотря на сопоставимую вируснейтрализующую активность крови [69].…”

“…[69] оценивали S-специфические суммарные и вируснейтрализующие антитела, а также В-и Т-клеточный иммунный ответ в бронхоальвеолярных лаважах и в крови вакцинированных мРНК-вакцинами и у переболевших COVID-19. Обнаружено, что у вакцинированных пациентов уровни нейтрализующих антител против вариантов В (D614G), Дельта (B.1.617.2) и Омикрон BA.1.1 в бронхоальвеолярном лаваже были существенно ниже, по сравнению с аналогичными у переболевших COVID-19, несмотря на сопоставимую вируснейтрализующую активность крови [69]. При мечательно, что вакцинация мРНК-вакцинами индуцировала циркулирующий S-специфический www.clinpractice.ru В-и Т-клеточный иммунитет, но в отличие от реконвалесцентов COVID-19 эти ответы отсутствовали в бронхоальвеолярном лаваже вакцинированных лиц.…”

“…Ком бинация системной вакцинации мРНК с эндоназальной иммунизацией псевдотипированным S-аденовирусом индуцировала выработку мукозальных вируснейтрализующих антител не только против штамма Дельта, но и против Омикрон BA.1.1, и многократно снижала вирусную нагрузку у экспериментальных животных. Таким образом, в рациональной стратегии поддержания противовирусного иммунитета к новым штаммам SARS-CoV-2 клю чевую роль, по всей вероятности, займет именно эндоназальная/ингаляционная вакцинация, создаю щая стерилизующий иммунитет в дыхательных путях против SARS-CoV-2, включая последние варианты Омикрона и новые потенциально опасные штаммы [69].…”