rBCG-LTAK63通过诱导自噬和昼夜节律基因调控来增强对结核病的防护作用

《Frontiers in Immunology》：rBCG-LTAK63 enhances protection against tuberculosis by inducing autophagy and circadian gene regulation

结核病（TB）仍是全球公共卫生挑战，现有BCG疫苗对成人效果有限，且治疗周期长且副作用明显。本研究开发了一种表达解毒的E. coli热不稳定毒素（LTAK63）的重组BCG疫苗（rBCG-LTAK63），通过系统生物学和RNA测序分析其保护机制。结果显示，rBCG-LTAK63免疫小鼠早期激活cAMP相关通路，上调应激反应、自噬和昼夜节律基因，增强先天与适应性免疫应答，使感染后30天肺部细菌载量减少2 log，病理损伤显著降低。机制研究表明，LTAK63通过cAMP/PKA/HIF-1α信号通路调控免疫，促进Th1/Th17细胞分化，抑制Gr1+髓系细胞浸润，从而平衡免疫反应并减轻炎症。该研究为下一代结核病疫苗设计提供了分子机制支持。

　　 tuberculosis作为一种全球性的公共卫生问题，仍然对人类健康构成严重威胁。每年有超过1000万人感染，导致约130万人死亡。目前，BCG疫苗在婴幼儿中显示出一定的保护作用，但在成人中效果有限，特别是在HIV感染高发地区，肺结核的发病率较高。因此，迫切需要开发一种更有效、更持久且更安全的结核病疫苗。近年来，研究者们尝试通过多种策略来改善现有疫苗，包括调整免疫反应模式、引入新的免疫调节分子以及利用基因工程手段增强疫苗的保护效果。

本研究聚焦于一种新型重组BCG疫苗（rBCG-LTAK63），其通过表达一种经过脱毒处理的**大肠杆菌热不稳定毒素**（LTAK63），在小鼠模型中表现出更高的保护效果和更少的肺部病理反应。通过系统生物学和RNA测序技术，研究者们揭示了该疫苗增强保护作用的分子机制。结果显示，rBCG-LTAK63在免疫后早期激活了与环磷酸腺苷（cAMP）相关的通路，进而影响了宿主的免疫应答，包括促进先天免疫反应和增强Th1/Th17适应性免疫反应。这种机制不仅有助于快速清除病原体，还能够调控炎症反应，减少免疫病理反应，从而提高疫苗的保护效果。

在免疫过程中，rBCG-LTAK63能够诱导肺部和淋巴结中特定基因的表达变化，这些基因主要与细胞应激反应、自噬和昼夜节律调节有关。这些基因的表达在免疫后7天和90天均被观察到，并且在感染后仍能维持一定的表达水平。值得注意的是，这些基因的表达模式在rBCG-LTAK63免疫组与BCG免疫组之间存在显著差异，表明该疫苗能够更有效地激活与保护相关的基因模块。此外，研究还发现，rBCG-LTAK63能够显著减少免疫反应中的炎症细胞迁移，如中性粒细胞和巨噬细胞，从而降低感染后的组织损伤。

在感染挑战后，rBCG-LTAK63免疫的小鼠表现出更快的干扰素-γ（IFN-γ）反应，这与保护效果的增强密切相关。同时，肺部细菌负荷显著降低，表明该疫苗能够有效抑制结核分枝杆菌（Mtb）的增殖。此外，肺部组织的病理变化也得到改善，显示出较低的炎症程度。这些结果表明，rBCG-LTAK63通过调控宿主的免疫应答，不仅能够增强抗感染能力，还能减少免疫反应对宿主组织的损伤。

进一步的研究表明，rBCG-LTAK63诱导的cAMP水平在体外和体内均显著升高，这种升高可能通过激活蛋白激酶A（PKA）促进自噬和昼夜节律相关基因的表达。例如，**Per1**基因的表达在rBCG-LTAK63免疫组中被显著上调，而在感染组中则被下调。这表明，Per1可能在调控免疫反应和减少免疫病理方面发挥关键作用。同时，研究还发现，**Ccr2**基因的表达在rBCG-LTAK63免疫组中受到抑制，这可能与减少中性粒细胞的招募有关，从而降低感染后的炎症反应。

此外，研究还探讨了昼夜节律基因对免疫反应的影响。通过使用药物抑制Per蛋白的核转位，研究者发现这种抑制能够改变Th1/Th17细胞的平衡，减少Th1细胞的数量，但同时增加Th17细胞的比例。这一结果提示，Per蛋白可能在调节Th1/Th17细胞分化过程中起重要作用。同时，抑制Per蛋白还导致中性粒细胞的招募增加，这与rBCG-LTAK63免疫组中观察到的中性粒细胞减少现象形成对比，进一步支持了rBCG-LTAK63在调控免疫反应中的作用。

研究还通过转录组学分析揭示了rBCG-LTAK63对多种免疫相关通路的调控作用，包括Th1和Th17细胞的激活、自噬的诱导以及炎症反应的调控。这些通路的协同作用，使得rBCG-LTAK63能够在免疫后快速诱导保护性免疫反应，并在感染后持续发挥作用，从而有效清除病原体并减少免疫病理反应。这些发现不仅有助于理解疫苗如何通过调节宿主免疫应答来增强保护效果，也为下一代结核病疫苗的设计提供了重要的理论依据。

尽管研究结果令人鼓舞，但仍存在一些局限性。例如，实验中采用的是鼻内感染模型，而结核病的金标准感染模型是低剂量气雾感染，这更接近自然感染过程。因此，未来的研究需要进一步验证rBCG-LTAK63在气雾感染模型中的效果。此外，研究中未使用Per1基因敲除模型来验证其在cAMP水平、免疫反应和保护作用中的具体作用，这可能影响对Per1功能的全面理解。另外，由于结核病感染不会提供对再感染的保护，因此疫苗相关的生物标志物的建立仍需依赖于正在开发的新型疫苗。最后，尽管研究主要关注rBCG-LTAK63在免疫反应中的作用，但其调控的昼夜节律相关基因在免疫系统中的影响仍需在人类中进一步验证。

综上所述，rBCG-LTAK63通过激活cAMP通路和调控自噬及昼夜节律相关基因，显著增强了宿主的免疫应答，并减少了感染后的病理反应。这种机制不仅有助于提高疫苗的保护效果，还为未来疫苗的开发提供了新的思路。通过深入研究这些分子机制，科学家们可以进一步优化疫苗设计，使其在临床应用中更加安全和有效。未来的研究应关注这些机制在人类中的适用性，并探索其在不同疫苗中的通用性，以推动结核病疫苗的创新和发展。