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Nature immunology | 系统疫苗学分析揭示抗体持久性的预测因子和机制

Nature immunology | 系统疫苗学分析揭示抗体持久性的预测因子和机制
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本研究通过系统疫苗学分析,揭示了血小板和细胞粘附相关转录特征在预测多种疫苗抗体持久性中的潜力,并进一步发现TPO激活巨核细胞可增强疫苗抗体持久性,为疫苗设计提供新的分子机制和预测标志物。

 

文献概述

本文《System vaccinology analysis of predictors and mechanisms of antibody durability to multiple vaccines in humans》,发表于《Nature immunology》杂志,回顾并总结了多种疫苗诱导的抗体持久性机制,特别是在H5N1禽流感疫苗中,AS03佐剂显著增强了抗体反应的持久性。研究团队通过多组学分析,识别出血小板和细胞粘附相关的转录特征,可用于预测抗体反应的持久性,并在小鼠和非人灵长类模型中进一步验证了TPO激活巨核细胞对骨髓浆细胞存活和抗体产生的重要作用。研究还利用机器学习方法,建立分类器,可跨多个疫苗预测抗体持久性,突显该机制的保守性,为未来疫苗佐剂和免疫增强策略提供了理论基础。

背景知识

在疫苗研究中,如何诱导长期保护性免疫仍是关键挑战之一。尽管已知佐剂如AS03可增强抗体反应,但其具体分子机制尚不完全明确。血小板由骨髓中的巨核细胞产生,传统观点认为血小板仅参与止血,但近年研究提示其在免疫调节中也发挥作用。本研究通过系统分析,首次揭示了血小板相关转录特征与抗体持久性之间的联系,并通过动物模型和体外实验验证了TPO介导的巨核细胞激活可促进浆细胞存活。该机制在多种疫苗中具有保守性,但不适用于黄热病疫苗YF-17D,后者诱导的抗体反应通常持久。此外,研究还发现,不同疫苗诱导的转录模块中,细胞粘附相关基因如CTTN、CDHR5、MYLK,以及血小板高表达基因如SELP、PROS1、PF4等与抗体持久性显著相关。这些发现为疫苗设计提供了新的生物标志物和潜在干预靶点,也为佐剂作用机制提供了新的视角。

 

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研究方法与实验

研究团队进行了一项随机对照临床试验,50名健康成年人以2:1比例接受两剂H5N1疫苗,其中34人接受AS03佐剂,16人未佐剂。在接种前及接种后不同时间点(1天、3天、7天、21天、28天等)采集外周血单个核细胞(PBMC)样本,进行转录组、流式细胞术、SPR等分析。此外,研究团队还利用CITE-seq技术分析持久与衰减抗体应答者的PBMC细胞转录组和蛋白表达谱,并使用机器学习方法构建预测模型。小鼠实验中,通过TPO激活巨核细胞,观察其对疫苗诱导抗体持久性的影响,并通过体外共培养实验研究巨核细胞与浆细胞之间的细胞相互作用机制。

关键结论与观点

  • AS03佐剂显著增强H5N1疫苗诱导的抗体滴度、亲和力和广谱中和活性。
  • 在接种后第7天,持久抗体应答者中血小板及细胞粘附相关转录模块显著上调。
  • 血小板是该转录特征的主要来源,其表达水平与抗体持久性呈正相关。
  • 在小鼠模型中,TPO激活巨核细胞可显著提高抗刺突蛋白抗体滴度,并延长其持久性。
  • 体外共培养实验表明,巨核细胞与浆细胞的直接接触促进其存活,并依赖于APRIL、MIF/CD74轴及整合素β1/β2。
  • 机器学习模型可跨多个疫苗(包括新冠mRNA疫苗、脑膜炎球菌疫苗、疟疾疫苗等)有效预测抗体持久性。
  • 该机制在黄热病疫苗YF-17D中不适用,因其诱导的抗体反应本身非常持久。

研究意义与展望

本研究首次揭示了血小板及巨核细胞在调节疫苗诱导抗体持久性中的作用,为疫苗佐剂设计提供了新的分子靶点。未来可通过靶向血小板相关通路或巨核细胞活化来增强疫苗诱导的长期免疫应答。此外,该转录特征可用于疫苗临床试验中的早期预测,从而优化疫苗开发策略。研究团队还建议,进一步探索该机制在其他疫苗或疾病模型中的适用性,以验证其广泛性和特异性,并评估其在不同人群中的表现。

 

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结语

本研究通过多组学分析和系统疫苗学方法,揭示了血小板及细胞粘附相关转录特征在预测疫苗诱导抗体持久性中的关键作用。研究发现,巨核细胞激活通过TPO增强浆细胞存活,从而延长抗体反应。该机制在多种疫苗中具有一定的保守性,但在YF-17D疫苗中不显著,可能与其天然诱导长期免疫有关。此外,机器学习模型可基于第7天的转录数据有效预测抗体持久性,为疫苗临床试验提供新的生物标志物和干预策略。这些成果为未来疫苗设计和佐剂开发提供了重要的理论依据,也提示血小板在免疫调节中的潜在功能,值得进一步研究其在其他免疫应答中的作用。

 

文献来源:
Mario Cortese, Thomas Hagan, Nadine Rouphael, Hana Golding, and Bali Pulendran. System vaccinology analysis of predictors and mechanisms of antibody durability to multiple vaccines in humans. Nature immunology.
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