SARS-CoV-2 mRNA-based vaccines are about 95% effective in preventing COVID-191–5. The dynamics of antibody-secreting plasmablasts and germinal centre B cells induced by these vaccines in humans remain unclear. Here we examined antigen-specific B cell responses in peripheral blood (n = 41) and draining lymph nodes in 14 individuals who had received 2 doses of BNT162b2, an mRNA-based vaccine that encodes the full-length SARS-CoV-2 spike (S) gene1. Circulating IgG- and IgA-secreting plasmablasts that target the S protein peaked one week after the second immunization and then declined, becoming undetectable three weeks later. These plasmablast responses preceded maximal levels of serum anti-S binding and neutralizing antibodies to an early circulating SARS-CoV-2 strain as well as emerging variants, especially in individuals who had previously been infected with SARS-CoV-2 (who produced the most robust serological responses). By examining fine needle aspirates of draining axillary lymph nodes, we identified germinal centre B cells that bound S protein in all participants who were sampled after primary immunization. High frequencies of S-binding germinal centre B cells and plasmablasts were sustained in these draining lymph nodes for at least 12 weeks after the booster immunization. S-binding monoclonal antibodies derived from germinal centre B cells predominantly targeted the receptor-binding domain of the S protein, and fewer clones bound to the N-terminal domain or to epitopes shared with the S proteins of the human betacoronaviruses OC43 and HKU1. These latter cross-reactive B cell clones had higher levels of somatic hypermutation as compared to those that recognized only the SARS-CoV-2 S protein, which suggests a memory B cell origin. Our studies demonstrate that SARS-CoV-2 mRNA-based vaccination of humans induces a persistent germinal centre B cell response, which enables the generation of robust humoral immunity. Analysis of antigen-specific B cells in lymph nodes of individuals vaccinated with BNT162b2 reveals lasting germinal centre responses, explaining the robust humoral immunity induced by SARS-CoV-2 mRNA-based vaccines.

Long-lived bone marrow plasma cells (BMPCs) are a persistent and essential source of protective antibodies1–7. Individuals who have recovered from COVID-19 have a substantially lower risk of reinfection with SARS-CoV-28–10. Nonetheless, it has been reported that levels of anti-SARS-CoV-2 serum antibodies decrease rapidly in the first few months after infection, raising concerns that long-lived BMPCs may not be generated and humoral immunity against SARS-CoV-2 may be short-lived11–13. Here we show that in convalescent individuals who had experienced mild SARS-CoV-2 infections (n = 77), levels of serum anti-SARS-CoV-2 spike protein (S) antibodies declined rapidly in the first 4 months after infection and then more gradually over the following 7 months, remaining detectable at least 11 months after infection. Anti-S antibody titres correlated with the frequency of S-specific plasma cells in bone marrow aspirates from 18 individuals who had recovered from COVID-19 at 7 to 8 months after infection. S-specific BMPCs were not detected in aspirates from 11 healthy individuals with no history of SARS-CoV-2 infection. We show that S-binding BMPCs are quiescent, which suggests that they are part of a stable compartment. Consistently, circulating resting memory B cells directed against SARS-CoV-2 S were detected in the convalescent individuals. Overall, our results indicate that mild infection with SARS-CoV-2 induces robust antigen-specific, long-lived humoral immune memory in humans. SARS-CoV-2 infection induces long-lived bone marrow plasma cells that correlate with anti-SARS-CoV-2 spike protein antibody titres in individuals who have recovered from COVID-19.

Patients with chronic inflammatory disease (CID) treated with immunosuppressive medications have increased risk for severe COVID-19. Although mRNA-based SARS-CoV-2 vaccination provides protection in immunocompetent persons, immunogenicity in immunosuppressed patients with CID is unclear.To determine the immunogenicity of mRNA-based SARS-CoV-2 vaccines in patients with CID.Prospective observational cohort study.Two U.S. CID referral centers.Volunteer sample of adults with confirmed CID eligible for early COVID-19 vaccination, including hospital employees of any age and patients older than 65 years. Immunocompetent participants were recruited separately from hospital employees. All participants received 2 doses of mRNA vaccine against SARS-CoV-2 between 10 December 2020 and 20 March 2021. Participants were assessed within 2 weeks before vaccination and 20 days after final vaccination.Anti-SARS-CoV-2 spike (S) IgG+ binding in all participants, and neutralizing antibody titers and circulating S-specific plasmablasts in a subset to assess humoral response after vaccination.Most of the 133 participants with CID (88.7%) and all 53 immunocompetent participants developed antibodies in response to mRNA-based SARS-CoV-2 vaccination, although some with CID developed numerically lower titers of anti-S IgG. Anti-S IgG antibody titers after vaccination were lower in participants with CID receiving glucocorticoids (n = 17) than in those not receiving them; the geometric mean of anti-S IgG antibodies was 357 (95% CI, 96 to 1324) for participants receiving prednisone versus 2190 (CI, 1598 to 3002) for those not receiving it. Anti-S IgG antibody titers were also lower in those receiving B-cell depletion therapy (BCDT) (n = 10). Measures of immunogenicity differed numerically between those who were and those who were not receiving antimetabolites (n = 48), tumor necrosis factor inhibitors (n = 39), and Janus kinase inhibitors (n = 11); however, 95% CIs were wide and overlapped. Neutralization titers seemed generally consistent with anti-S IgG results. Results were not adjusted for differences in baseline clinical factors, including other immunosuppressant therapies.Small sample that lacked demographic diversity, and residual confounding.Compared with nonusers, patients with CID treated with glucocorticoids and BCDT seem to have lower SARS-CoV-2 vaccine-induced antibody responses. These preliminary findings require confirmation in a larger study.The Leona M. and Harry B. Helmsley Charitable Trust, Marcus Program in Precision Medicine Innovation, National Center for Advancing Translational Sciences, and National Institute of Arthritis and Musculoskeletal and Skin Diseases.

Germinal centres (GC) are lymphoid structures in which B cells acquire affinity-enhancing somatic hypermutations (SHM), with surviving clones differentiating into memory B cells (MBCs) and long-lived bone marrow plasma cells1–5 (BMPCs). SARS-CoV-2 mRNA vaccination induces a persistent GC response that lasts for at least six months in humans6–8. The fate of responding GC B cells as well as the functional consequences of such persistence remain unknown. Here, we detected SARS-CoV-2 spike protein-specific MBCs in 42 individuals who had received two doses of the SARS-CoV-2 mRNA vaccine BNT162b2 six month earlier. Spike-specific IgG-secreting BMPCs were detected in 9 out of 11 participants. Using a combined approach of sequencing the B cell receptors of responding blood plasmablasts and MBCs, lymph node GC B cells and plasma cells and BMPCs from eight individuals and expression of the corresponding monoclonal antibodies, we tracked the evolution of 1,540 spike-specific B cell clones. On average, early blood spike-specific plasmablasts exhibited the lowest SHM frequencies. By contrast, SHM frequencies of spike-specific GC B cells increased by 3.5-fold within six months after vaccination. Spike-specific MBCs and BMPCs accumulated high levels of SHM, which corresponded with enhanced anti-spike antibody avidity in blood and enhanced affinity as well as neutralization capacity of BMPC-derived monoclonal antibodies. We report how the notable persistence of the GC reaction induced by SARS-CoV-2 mRNA vaccination in humans culminates in affinity-matured long-term antibody responses that potently neutralize the virus. Sequencing of B cell receptors and expression of the corresponding monoclonal antibodies is used to characterize the evolution of the long-term B cell response to SARS-CoV-2 mRNA vaccination.

Influenza viruses remain a major public health threat. Seasonal influenza vaccination in humans primarily stimulates pre-existing memory B cells, which differentiate into a transient wave of circulating antibody-secreting plasmablasts1–3. This recall response contributes to ‘original antigenic sin’—the selective increase of antibody species elicited by previous exposures to influenza virus antigens4. It remains unclear whether such vaccination can also induce germinal centre reactions in the draining lymph nodes, where diversification and maturation of recruited B cells can occur5. Here we used ultrasound-guided fine needle aspiration to serially sample the draining lymph nodes and investigate the dynamics and specificity of germinal centre B cell responses after influenza vaccination in humans. Germinal centre B cells that bind to influenza vaccine could be detected as early as one week after vaccination. In three out of eight participants, we detected vaccine-binding germinal centre B cells up to nine weeks after vaccination. Between 12% and 88% of the responding germinal centre B cell clones overlapped with B cells detected among early circulating plasmablasts. These shared B cell clones had high frequencies of somatic hypermutation and encoded broadly cross-reactive monoclonal antibodies. By contrast, vaccine-induced B cell clones detected only in the germinal centre compartment exhibited significantly lower frequencies of somatic hypermutation and predominantly encoded strain-specific monoclonal antibodies, which suggests a naive B cell origin. Some of these strain-specific monoclonal antibodies recognized epitopes that were not targeted by the early plasmablast response. Thus, influenza virus vaccination in humans can elicit a germinal centre reaction that recruits B cell clones that can target new epitopes, thereby broadening the spectrum of vaccine-induced protective antibodies. The human germinal centre response to influenza virus vaccination is fuelled by the continued recruitment of naive B cells as well as pre-existing memory B cells.

Summary

 SARS-CoV-2 mRNA vaccines induce robust anti-spike (S) antibody and CD4⁺ T cell responses. It is not yet clear whether vaccine-induced follicular helper CD4⁺ T (T_FH) cell responses contribute to this outstanding immunogenicity. Using fine-needle aspiration of draining axillary lymph nodes from individuals who received the BNT162b2 mRNA vaccine, we evaluated the T cell receptor sequences and phenotype of lymph node T_FH. Mining of the responding T_FH T cell receptor repertoire revealed a strikingly immunodominant HLA-DPB1^∗04-restricted response to S_167–180 in individuals with this allele, which is among the most common HLA alleles in humans. Paired blood and lymph node specimens show that while circulating S-specific T_FH cells peak one week after the second immunization, S-specific T_FH persist at nearly constant frequencies for at least six months. Collectively, our results underscore the key role that robust T_FH cell responses play in establishing long-term immunity by this efficacious human vaccine.

Summary SARS-CoV-2 mRNA vaccines induce robust anti-spike (S) antibody and CD4+ T cell responses. It is not yet clear whether vaccine-induced follicular helper CD4+ T (TFH) cell responses contribute to this outstanding immunogenicity. Using fine needle aspiration of draining axillary lymph nodes from individuals who received the BNT162b2 mRNA vaccine, we show that frequency of TFH correlates with that of S-binding germinal center B cells. Mining of the responding TFH T cell receptor repertoire revealed a strikingly immunodominant HLADPB1* 04-restricted response to S167-180 in individuals with this allele, which is among the most common HLA alleles in humans. Paired blood and lymph node specimens show that while circulating S-specific TFH cells peak one week after the second immunization, S-specific TFH persist at nearly constant frequencies for at least six months. Collectively, our results underscore the key role that robust TFH cell responses play in establishing long-term immunity by this efficacious human vaccine.

Germinal centres (GC) are lymphoid structures where vaccine-responding B cells acquire affinity-enhancing somatic hypermutations (SHM), with surviving clones differentiating into memory B cells (MBCs) and long-lived bone marrow plasma cells (BMPCs)

The differentiation and specificity of human CD4+ T follicular helper cells (TFH cells) after influenza vaccination have been poorly defined. Here we profiled blood and draining lymph node (LN) samples from human volunteers for over 2 years after two influenza vaccines were administered 1 year apart to define the evolution of the CD4+ TFH cell response. The first vaccination induced an increase in the frequency of circulating TFH (cTFH) and LN TFH cells at week 1 postvaccination. This increase was transient for cTFH cells, whereas the LN TFH cells further expanded during week 2 and remained elevated in frequency for at least 3 months. We observed several distinct subsets of TFH cells in the LN, including pre-TFH cells, memory TFH cells, germinal center (GC) TFH cells and interleukin-10+ TFH cell subsets beginning at baseline and at all time points postvaccination. The shift toward a GC TFH cell phenotype occurred with faster kinetics after the second vaccine compared to the first vaccine. We identified several influenza-specific TFH cell clonal lineages, including multiple responses targeting internal influenza virus proteins, and found that each TFH cell state was attainable within a clonal lineage. Thus, human TFH cells form a durable and dynamic multitissue network. Schattgen et al. profiled the subsets and clonality of CD4+ TFH cells in the blood and lymph nodes of human volunteers who received two influenza vaccines 1 year apart to characterize their dynamics and clonal evolution over 2 years.