Humorale Immunantworten nach der BNT162b2-Impfung bestehen überwiegend aus den Antikörpern der Immunglobulin (Ig) G1- und IgG3-Unterklassen. Wie bereits bei Erwachsenen beschrieben, steigen die IgG4-Spiegel, die spezifisch für S1 und das Rezeptorbindungsdomäne sind, ein Jahr nach der zweiten BNT162b2-Impfung bei Kindern im Alter von 5 bis 11 Jahren signifikant an. Das Verständnis der mRNA-Impfstoff-spezifischen IgG4-Antworten in allen Altersgruppen ist entscheidend, da in den kommenden Jahren mehr mRNA-Impfstoffe eine Zulassung erhalten werden.
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Die neue Technologie der mRNA-basierten Impfung hat sich als eines der wichtigsten Werkzeuge im Kampf gegen die SARS-CoV-2-Pandemie erwiesen, da sie eine sichere und effektive Massenimpfung ermöglicht, Millionen von Leben rettet und die Möglichkeit eröffnet, umfassende zukünftige Therapeutika zu entwickeln. Die starke Assoziation von SARS-CoV-2-Spike-spezifischen Antikörpern mit dem Schutz gegen COVID-19 und das detaillierte Wissen, das die Forschungsgemeinschaft über humorale Immunantworten nach wiederholter mRNA-Impfung gesammelt hat, wurden kürzlich ausführlich überprüft. Währenddessen müssen einige durch die mRNA-Impfung induzierte Merkmale, darunter die ungewöhnliche Induktion von Immunoglobulin (Ig) G4-Antikörpern, noch weiter untersucht werden.
Im Allgemeinen besteht die schützende humorale Reaktion nach 2 Dosen BNT162b2 oder mRNA-1273 überwiegend aus IgG1- und IgG3-Subklassenantikörpern, die beide in der Lage sind, Effektor-Funktionen wie antikörperabhängige Zytotoxizität, Phagozytose und Komplementaktivierung über ihre fragmentkristallisierbare (Fc) Region zu vermitteln. Realwelt-Daten sowie passive und aktive Immunisierungsstudien bei Mäusen deuten darauf hin, dass die Bindung der Fc-Region an Fc-Gamma-Rezeptoren erforderlich ist, um einen durch Impfstoffe induzierten, antikörpervermittelten Schutz gegen Infektionen mit antigene verschiedene SARS-CoV-2-Varianten von Belang, einschließlich Omikron-Stämmen, zu gewährleisten. Zuvor wurde berichtet, dass 5- bis 11-jährige Kinder, die mit einer dreifach niedrigeren Impfdosis (BNT162b2, 10 µg) geimpft wurden, 2-4 Wochen nach der zweiten Impfung eine geringere Antikörpergesamtmagnitude im Vergleich zu Erwachsenen aufwiesen. In derselben Studie ergab die Analyse der Fc-Rezeptor-Bindungseigenschaften durch Luminex, dass Kinder ähnliche Spiegel an Fc-Rezeptor-bindenden Antikörpern im Vergleich zu Erwachsenen aufwiesen. Dieses Ergebnis deutet auf eine qualitativ überlegene Fc-Antikörperfunktionalität hin, die möglicherweise zum Schutz vor Varianten von Belang und zur Abschwächung von COVID-19 in dieser jüngeren Altersgruppe beitragen könnte.
Irrgang et al. waren die ersten, die einen erhöhten Anteil an SARS-CoV-2-Spike-spezifischen IgG4 bei Erwachsenen berichteten, der nach der zweiten Dosis begann und nach der dritten mRNA-Impfstoffdosis weiter anstieg, was zu bis zu 19,27 % der gesamten spezifischen IgG-Spiegel führte. Außerdem beobachteten sie eine reduzierte Fähigkeit von spike-spezifischen Antikörpern, die antikörperabhängige zelluläre Phagozytose und die Komplementablagerung zu vermitteln, zusammen mit erheblichen Frequenzen von IgG4-wechselnden B-Zellen. Bei Erwachsenen scheint dieser mRNA-spezifische Effekt bei infektionserfahrenen Individuen ausgeprägter zu sein. Es wurde nicht nach homologer Impfung mit adenovirus-basierten und Modified Vaccinia virus Ankara (MVA)-basierten SARS-CoV-2-Impfstoffen beobachtet und in geringerem Maße nach heterologer Immunisierung mit adenovirus- und MVA-basierten gefolgt von mRNA-basierten Impfstoffen. Nach der dritten mRNA-Impfung berichteten diese Studien auch von einer atypischen Induktion von IgG2-Antikörpern, die normalerweise nicht durch Proteine, sondern durch Polysaccharidantigene induziert werden und bekanntlich eine geringere Affinität zu Fc-Rezeptoren haben.
Um die Induktion von IgG4 nach der BNT162b2-Impfung bei Kindern im Alter von 5 bis 11 Jahren zu bestimmen, messten wir SARS-CoV-2-Spike-Subunit 1 (S1)-spezifische und Rezeptor-bindende Domäne (RBD)-spezifische IgG-Subklassen mithilfe eines bead-basierten Multiplex-Immunoassays bei 14 gesunden Kindern [Medianalter, 8,5 (Interquartilsbereich [IQR], 6,4–10,0) Jahre; 6 (43 %) Mädchen, 8 (57 %) Jungen; für Details siehe Tabelle, Supplemental Digital Content 1,
https://links.lww.com/INF/F656] aus der gut charakterisierten Geburtskohortenstudie PRINCE (Prenatale Identifikation der Gesundheit von Kindern).Alle Eltern und Studienteilnehmer unterzeichneten Einwilligungsformulare, und das Studienschema wurde vom Ethikkomitee der Hamburger Ärztekammer unter den Lizenznummern PV3694 und PV7571 (10376-BO-ff) genehmigt. Die Kinder wurden mit 2 Dosen des BNT162b2-Impfstoffs (10 µg, Corminaty, BioNTech/Pfizer) geimpft, mit einem Medianintervall von 27,5 (IQR, 27–28) Tagen zwischen den Dosen. Blut wurde am Tag der ersten Dosis (V1D0) sowie 5 Wochen [V2D35; Median, 35,5 (IQR, 30–45) Tage] und 1 Jahr [V2M12; 350,5 (IQR, 344–364) Tage] nach der zweiten Dosis entnommen. Keiner der Teilnehmer hatte mehr als milde postvakzine Reaktionen. Bei 2 Kindern mit einer Vorgeschichte von mildem COVID-19 bestätigte die Evaluierung der humoralen und zellvermittelten Immunantworten eine frühere SARS-CoV-2-Infektion. Mit dem Auftreten der Omikron-Variante waren alle Kinder infiziert, jedoch mit keinen oder nur milden Symptomen zum Zeitpunkt der langfristigen Nachverfolgung (V2M12) und zeigten entsprechende positive hybride Immunantworten (für weitere Informationen siehe Abbildungen, Supplemental Digital Content 2-3,
https://links.lww.com/INF/F657; https://links.lww.com/INF/F658).
Um S1- und RBD-spezifische IgG-Subklassenlevel zu messen, wurden die Plasmaproben im Verhältnis 1:200 verdünnt und mithilfe eines bead-basierten Multiplex-Assays unter Verwendung des MILLIPLEX SARS-CoV-2 Antigen Panel 1 IgG Kits (Merck KGaA, Darmstadt, Deutschland) gemäß den Herstelleranweisungen analysiert. Die Detektionsantikörper wurden durch PE-konjugierte Antikörper ersetzt, die spezifisch für IgG1-4 sind (SouthernBiotech, Birmingham, AL), und in einer Konzentration von 0,65 µg/ml in 80 µL/Wells hinzugefügt. Die Proben wurden mit einem Bio-Plex 200-System analysiert. Der statistische Vergleich zwischen den Zeitpunkten wurde mit dem Kruskal-Wallis-Rangtest zur Gleichheit der Populationen durchgeführt, gefolgt vom Dunn-Test, Bonferroni-korrigiert für Mehrfachvergleiche, unter Verwendung der STATA-Statistiksoftware (Release 18, StataCorp, College Station, TX). GraphPad Prism 9 (San Diego, CA) wurde zur Visualisierung verwendet.
Impfung wurde von den IgG1- und IgG3-Unterklassen dominiert, die im Laufe der Zeit anschließend abnahmen. Im Gegensatz dazu waren die IgG2- und IgG4-Spiegel 5 Wochen nach der zweiten Impfung relativ niedrig und nahmen bis zur späten Nachuntersuchung sowohl für S1 als auch für RBD an Häufigkeit zu (Abb. 1A und B), wie auch in unserer Erwachsenenkohorte beobachtet. Insbesondere nahmen die spezifischen IgG4-Antikörperspiegel gegen S1 und RBD ein Jahr nach der zweiten Impfung im Vergleich zu den Ausgangswerten signifikant zu (Abb. 1C und D). Wie von Buhre et al8 für Erwachsene berichtet, beobachteten wir höhere IgG4-Spiegel bei infektionsnaiven Kindern zum Zeitpunkt der ersten Impfung im Vergleich zu zuvor infizierten Personen, obwohl die geringe Teilnehmerzahl statistische Berechnungen erschwerte.
Es bleibt unklar, wie die spezifischen Subklassenkinetiken mit verzögerter IgG2- und IgG4-Induktion durch mRNA-Impfungen, hier erstmals bei Kindern beschrieben, die langfristige Immunität beeinflussen. Eine Studie von de Jong et al. führte Immunphenotypisierung und Sequenzierung von peripheren mononukleären Blutzellen bei jungen Kindern und Erwachsenen durch, um den sequenziellen IgG-Subklassenwechsel zu untersuchen. Ihre Ergebnisse deuten darauf hin, dass mit zunehmendem Alter eine Ansammlung spezifischer IgG2- und IgG4-exprimierender Gedächtnis-B-Zellen auftritt, die mit steigenden Ebenen somatischer Hypermutation assoziiert ist und möglicherweise einen Marker für eine effiziente Generation von Gedächtnisantworten darstellt. Wir hoffen, dass unsere Beobachtung weitere Studien zu sowohl Ähnlichkeiten als auch Unterschieden in den Immunantworten bei Erwachsenen und Kindern anstoßen wird, beispielsweise im Hinblick auf den Wechsel von IgG-Subklassen und die Funktionalität von impfinduzierten Antikörpern.
IgG4, als die am wenigsten verbreitete IgG-Subklasse bei Menschen, weist einige einzigartige strukturelle und funktionale Merkmale auf, die dazu führen, dass sie als „blockierende“ und „entzündungshemmende“ Antikörper beschrieben werden, die nicht in der Lage sind, antikörperabhängige immunologische Effektorzellen zu aktivieren. Darüber hinaus ist IgG4 die einzige Subklasse, die einen Austausch der Fragment-Antigen-Bindungsarme durchführen kann, was sie bispezifisch für die Antigenbindung und funktionell monovalent macht, was entweder vorteilhaft oder schädlich sein kann, wie kürzlich diskutiert. Darüber hinaus kann die unterschiedlich starke Glykosylierung zwischen verschiedenen IgG-Molekülen die Antikörperfunktionen, wie die Aktivierung des Fcγ-Rezeptors und die Aktivierung des Komplements, beeinflussen und erfordert weitere Untersuchungen in der pädiatrischen Vakzinologie. Es wurde vorgeschlagen, dass persistierende Reaktionen im Keimzentrum in den Lymphknoten, die spezifisch für Lipidnanopartikel oder Spike-Antigen sind oder frei zirkulierendes Spike-Antigen in der Priming-Phase der Immunantwort nach mRNA-Impfungen sind, den IgG4-Klassenwechsel antreiben könnten. Eine mögliche Erklärung ist die wichtige Rolle der T-follikulären Helferzellen (TFH), die bei der Etablierung der langfristigen Immunität, die durch diesen neuen Impftyp ausgelöst wird, beteiligt sind. TFH-Zellen werden auch als an der Regulierung des IgG4-Klassenwechsels und der Pathogenese von IgG4-assoziierten Erkrankungen beteiligt beschrieben. Zu den in diesem Prozess als wichtig erachteten Faktoren gehören die Lokalisation der TFH in Bezug auf das Keimzentrum, deren Differenzierung, Funktionalität und altersbedingte Abschwächung von Entzündungen sowie deren Kontrolle durch Zytokin-Signale, T-Zell-Antigenrezeptorstimulation und Costimulation. Das Verständnis der Rolle und des Zusammenspiels dieser regulatorischen Faktoren wird entscheidend sein, um sichere und effektive Impfstoffe für alle Altersgruppen in der Zukunft zu entwickeln.
Zusammenfassend berichten wir über erhöhte Spike-spezifische IgG4-Spiegel bei Kindern ein Jahr nach der BNT162b2-Impfung, ähnlich dem Effekt, der bei Erwachsenen beobachtet wurde. Während unsere Studie keine Vorhersagen zu Effekten auf Bevölkerungsebene aufgrund der kleinen Kohorten-Größe zulässt, gibt sie Einblicke in die longitudinalen Dynamiken der Spike-spezifischen IgG-Subklassenzusammensetzung bei Kindern. IgG4-Antworten sollten in Gesundheit und Krankheit, insbesondere im Kontext der mRNA-Impfung, mehr Beachtung finden. Das Verständnis des ungewöhnlichen Mechanismus, der die IgG4-Produktion auslöst, ist entscheidend, da derzeit weitere mRNA-Impfstoffe in Entwicklung sind, die bald auf dem globalen Markt erhältlich sein könnten
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