Sigma佐剂系统（SAS）诱导的先天免疫记忆：挑战特异性调控机制与造血干细胞表观遗传重塑研究

本综述系统揭示了Sigma佐剂系统（SAS）通过重编程造血干细胞（HSPCs）表观遗传景观，建立长期先天免疫记忆的机制。研究发现SAS训练可增强中性粒细胞胞外诱捕网（NETs）形成能力，但会抑制巨噬细胞促炎因子（如TNF）产生，并在二次免疫挑战中呈现抗原特异性应答差异。该研究为疫苗佐剂的精准设计提供了重要理论依据。

　　

2.1 SAS诱导持续性中枢训练免疫

研究通过皮下注射Sigma佐剂系统（SAS）处理小鼠，发现其可导致体重显著增加（图S1A）。在治疗后2周和4周，骨髓来源巨噬细胞（BMMs）在伯氏疏螺旋体刺激下肿瘤坏死因子（TNF）产量显著降低（图1A），表明SAS能长期调控髓系细胞的促炎输出能力。

表型分析显示SAS处理引起造血干细胞和祖细胞（HSPCs）群体的时序性变化：1周后谱系阴性（Lin^-）细胞频率增加，但多能祖细胞（LKS）和受限祖细胞（LK）频率反而下降（图1B-C）。在LKS群体中，未偏倚的多能祖细胞（MPPs）频率上升（图1D）。至2周时，髓系偏倚MPPs（LKS Flt3^-CD150^-CD48⁺）增加，下游的粒细胞-巨噬细胞祖细胞（GMPs）和巨核细胞-红细胞祖细胞（MEPs）也显著扩增（图1E）。4周后仍可观察到髓系MPPs的持续增加和淋巴偏倚MPPs的减少（图1D）。外周血分析显示2周时单核细胞频率升高（图1G），但4周后免疫细胞频率差异消失，仅红细胞输出持续降低（图S1D）。

2.1.1 长期SAS训练HSPC转录组分析

通过批量RNA测序发现422个差异表达基因（DEGs），其中58个上调、364个下调（图2A）。通路分析显示免疫相关通路（"白细胞介导免疫"、"体液免疫应答"）上调，而表观遗传过程（"染色体组织"、"组蛋白修饰"）和基础代谢通路下调（图2B）。关键上调基因包括髓系标志物（Elane, Prtn3, Ctsg）、Fc受体（Fcer1a, Fcgr2b）和代谢基因（Far2, Hdc）；下调基因则涉及表观遗传酶（Ash2l, Dnmt3b, Kdm2b）和免疫相关基因（Cd69, Lck）。

基因集富集分析（GSEA）显示表观遗传过程和糖酵解负向富集，而线粒体呼吸和干扰素应答通路正向富集（图2C-D）。转录因子 motif 分析发现下调基因富集SP/KLF家族转录因子，上调基因则受RUNX和C/EBP家族调控（图2E-F），表明训练免疫表型由特定转录因子网络驱动。

2.1.2 单细胞分辨率解析SAS诱导的HSPC转录组变化

单细胞RNA测序揭示10个细胞群体（图3A），包括干细胞、免疫祖细胞和非免疫祖细胞。差异表达分析发现"细胞因子刺激应答"通路同时存在正负向富集（图3B-C）。训练免疫特征在免疫细胞中显著，表现为表观遗传通路负富集而氧化磷酸化正富集。关键上调基因包括抗原呈递机制相关基因、糖酵解调节因子Pfn1、组蛋白H3f3b和髓系转录因子Cebpb。

通过对比BCG和AS01处理的人源化NOG小鼠数据，发现PFN1在AS01处理后上调，PLAC8在两种处理中均上调（图3E-F），证实这些基因在MPLA佐剂训练中的保守性。

2.1.3 转录组整合揭示增强的中性粒细胞免疫

整合分析显示下调基因广泛分布于各群体，包括适应性免疫基因（Cd69, Lck）和代谢调节基因（图4A）。上调基因主要集中于髓系祖细胞，特别是中性粒细胞祖细胞（图4B），其中中性粒细胞丝氨酸蛋白酶（Elane, Ctsg, Prtn3）显著上调。功能实验证实SAS处理的小鼠骨髓中性粒细胞（BMNs）在PMA和伯氏疏螺旋体刺激下产生更多胞外诱捕网（NETs）（图4C-D），表明训练免疫增强了中性粒细胞的抗菌功能。

2.1.4 SAS预处理差异调节疫苗免疫应答

在卵清蛋白（OVA）免疫模型中，SAS预处理小鼠在初次免疫后表现出更高的抗OVA IgG滴度（图5B），但加强免疫后这种增强效应消失（图5D）。当使用SAS作为免疫佐剂时，预处理小鼠在初次免疫后出现持续性体重下降（图5C），且加强免疫后抗体反应反而低于对照组（图5D），表明多次SAS暴露会产生剂量限制效应。

2.1.5 SAS训练诱导炎症挑战的差异应答

在DSS诱导的结肠炎模型中，SAS训练未提供保护作用（图S4A-B）。但在伯氏疏螺旋体感染模型中，SAS预处理小鼠心脏组织中巨噬细胞标志物Adgre1和Tnf表达显著升高（图6A-B），虽然细菌负荷无差异（图6C）。体外训练实验进一步证实SAS处理的巨噬细胞无法建立针对伯氏疏螺旋体的记忆反应（图6D）。

对比植物多酚Phloroglucinol的训练效应，发现两者共同上调抗原处理基因（B2m, H2-K1），但差异调节长链非编码RNA Gm42418和激酶Camk1d（图6H-I）。在人类细胞中，AS01和BCG均上调CAMK2D表达（图6J），提示钙调蛋白激酶家族在训练免疫中的关键调节作用。

3 讨论

本研究系统阐明了SAS通过重编程HSPC表观遗传景观建立长期先天免疫记忆的机制。研究发现SAS训练引起HSPC群体动态变化和转录组重塑，其特征是髓系分化偏倚和代谢重组。值得注意的是，训练效果具有挑战特异性：增强中性粒细胞NETosis功能但抑制巨噬细胞促炎反应，在二次免疫应答中呈现抗原依赖性调控。

转录因子网络分析揭示SP/KLF家族下调而RUNX/C/EBP家族上调的核心调控机制。比较研究特别指出Camk1d的表达方向可能决定训练免疫的表型结局——其在Phloroglucinol训练中上调带来保护作用，而在SAS训练中下调可能导致免疫应答抑制。

该研究突破了训练免疫的"非特异性保护"传统认知，揭示了免疫记忆的挑战特异性调控特性，为疫苗佐剂的精准设计和免疫编程策略提供了重要理论基础。