Immune memory after vaccination Vaccination against severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) has proven highly effective at preventing severe COVID-19. However, the evolution of viral variants, and waning antibody levels over time, raise questions regarding the longevity of vaccine-induced immune protection. Goel et al . examined B and T lymphocyte responses in individuals who received SARS-CoV-2 messenger RNA vaccines. They performed a 6-month longitudinal study of individuals who never had SARS-CoV-2 infection compared with people who had recovered from SARS-CoV-2. Humoral and cellular immune memory was observed in vaccinated individuals, as were functional immune responses against the Alpha (B.1.1.7), Beta (B.1.351), and Delta (B.1.617.2) viral variants. Analysis of T cell activity suggested that robust cellular immune memory may prevent hospitalization by limiting the development of severe disease. —PNK

Key differences in both antibody and memory B cell responses to mRNA vaccination were identified on the basis of prior SARS-CoV-2 exposure.

SARS-CoV-2 mRNA vaccines have shown remarkable clinical efficacy, but questions remain about the nature and kinetics of T cell priming. We performed longitudinal antigen-specific T cell analyses on healthy SARS-CoV-2-naive and recovered individuals prior to and following mRNA prime and boost vaccination. Vaccination induced rapid antigen-specific CD4+ T cell responses in naive subjects after the first dose, whereas CD8+ T cell responses developed gradually and were variable in magnitude. Vaccine-induced Th1 and Tfh cell responses following the first dose correlated with post-boost CD8+ T cells and neutralizing antibodies, respectively. Integrated analysis revealed coordinated immune responses with distinct trajectories in SARS-CoV-2-naive and recovered individuals. Last, whereas booster vaccination improved T cell responses in SARS-CoV-2-naive subjects, the second dose had little effect in SARS-CoV-2-recovered individuals. These findings highlight the role of rapidly primed CD4+ T cells in coordinating responses to the second vaccine dose in SARS-CoV-2-naive individuals.

SARS-CoV-2 mRNA vaccines have shown remarkable efficacy, especially in preventing severe illness and hospitalization. However, the emergence of several variants of concern and reports of declining antibody levels have raised uncertainty about the durability of immune memory following vaccination. In this study, we longitudinally profiled both antibody and cellular immune responses in SARS-CoV-2 naïve and recovered individuals from pre-vaccine baseline to 6 months post-mRNA vaccination. Antibody and neutralizing titers decayed from peak levels but remained detectable in all subjects at 6 months post-vaccination. Functional memory B cell responses, including those specific for the receptor binding domain (RBD) of the Alpha (B.1.1.7), Beta (B.1.351), and Delta (B.1.617.2) variants, were also efficiently generated by mRNA vaccination and continued to increase in frequency between 3 and 6 months post-vaccination. Notably, most memory B cells induced by mRNA vaccines were capable of cross-binding variants of concern, and B cell receptor sequencing revealed significantly more hypermutation in these RBD variant-binding clones compared to clones that exclusively bound wild-type RBD. Moreover, the percent of variant cross-binding memory B cells was higher in vaccinees than individuals who recovered from mild COVID-19. mRNA vaccination also generated antigen-specific CD8+ T cells and durable memory CD4+ T cells in most individuals, with early CD4+ T cell responses correlating with humoral immunity at later timepoints. These findings demonstrate robust, multi-component humoral and cellular immune memory to SARS-CoV-2 and current variants of concern for at least 6 months after mRNA vaccination. Finally, we observed that boosting of pre-existing immunity with mRNA vaccination in SARS-CoV-2 recovered individuals primarily increased antibody responses in the short-term without significantly altering antibody decay rates or long-term B and T cell memory. Together, this study provides insights into the generation and evolution of vaccine-induced immunity to SARS-CoV-2, including variants of concern, and has implications for future booster strategies.

Summary The SARS-CoV-2 mRNA vaccines have shown remarkable clinical efficacy, but questions remain about the nature and kinetics of T cell priming. We performed longitudinal antigen-specific T cell analyses in healthy individuals following mRNA vaccination. Vaccination induced rapid near-maximal antigen-specific CD4 + T cell responses in all subjects after the first vaccine dose. CD8 + T cell responses developed gradually after the first and second dose and were variable. Vaccine-induced T cells had central memory characteristics and included both Tfh and Th1 subsets, similar to natural infection. Th1 and Tfh responses following the first dose predicted post-boost CD8 + T cell and neutralizing antibody levels, respectively. Integrated analysis of 26 antigen-specific T cell and humoral responses revealed coordinated features of the immune response to vaccination. Lastly, whereas booster vaccination improved CD4 + and CD8 + T cell responses in SARS-CoV-2 naïve subjects, the second vaccine dose had little effect on T cell responses in SARS-CoV-2 recovered individuals. Thus, longitudinal analysis revealed robust T cell responses to mRNA vaccination and highlighted early induction of antigen-specific CD4 + T cells. Graphical Abstract

Abstract Despite a clear role in protective immunity, the durability and quality of antibody and memory B cell responses induced by mRNA vaccination, particularly by a 3 rd dose of vaccine, remains unclear. Here, we examined antibody and memory B cell responses in a cohort of individuals sampled longitudinally for ∼9-10 months after the primary 2-dose mRNA vaccine series, as well as for ∼3 months after a 3 rd mRNA vaccine dose. Notably, antibody decay slowed significantly between 6- and 9-months post-primary vaccination, essentially stabilizing at the time of the 3 rd dose. Antibody quality also continued to improve for at least 9 months after primary 2-dose vaccination. Spike- and RBD-specific memory B cells were stable through 9 months post-vaccination with no evidence of decline over time, and ∼40-50% of RBD-specific memory B cells were capable of simultaneously recognizing the Alpha, Beta, Delta, and Omicron variants. Omicron-binding memory B cells induced by the first 2 doses of mRNA vaccine were boosted significantly by a 3rd dose and the magnitude of this boosting was similar to memory B cells specific for other variants. Pre-3 rd dose memory B cell frequencies correlated with the increase in neutralizing antibody titers after the 3 rd dose. In contrast, pre-3 rd dose antibody titers inversely correlated with the fold-change of antibody boosting, suggesting that high levels of circulating antibodies may limit reactivation of immunological memory and constrain further antibody boosting by mRNA vaccines. These data provide a deeper understanding of how the quantity and quality of antibody and memory B cell responses change over time and number of antigen exposures. These data also provide insight into potential immune dynamics following recall responses to additional vaccine doses or post-vaccination infections. Graphical Summary