《Cell Stem Cell》人体免疫类器官研究锁定 Th1 细胞与疫苗反应关键关联

为解决流感疫苗效果差异及保护机制不明等问题，加利福尼亚大学欧文分校的研究人员研究人体免疫类器官对流感疫苗的反应，发现 Th1 细胞与 IIV 疫苗反应相关。该研究对优化流感疫苗研发意义重大，推荐科研读者阅读。

　　

在医学领域，疫苗堪称是对抗病原体的 “秘密武器”，它极大地降低了因病原体引发的疾病发病率和死亡率，是公共卫生领域的一项伟大成就。然而，这个 “秘密武器” 背后却隐藏着诸多谜题。就拿流感疫苗来说，虽然它已经在全球广泛使用，但每年仍有不少人 “中招” 流感。目前市面上的流感疫苗种类繁多，像活减毒流感疫苗（LAIV）、灭活流感疫苗（IIV）、亚单位疫苗等，可这些疫苗的保护效果却参差不齐，有些年份甚至只能保护不到 60% 的接种者，在某些情况下，保护效力还会低至 10% 。

为什么会这样呢？原来，我们对疫苗发挥保护作用的机制了解得还不够透彻。以往研发疫苗大多依赖经验，而且在寻找疫苗发挥保护作用的相关指标（也就是 “保护相关性”，简称 CoPs）方面，进展也比较缓慢。另外，人体免疫系统就像一个神秘而复杂的 “小宇宙”，每个人的免疫反应都存在很大差异，这也给研究疫苗的效果增加了难度。大多数研究都是通过分析外周免疫细胞来评估疫苗反应，但血液并不能完全反映淋巴组织中免疫反应的真实情况，就好比通过看冰山一角，很难想象整座冰山的全貌一样。

为了揭开这些谜题，来自加利福尼亚大学欧文分校的研究人员在《Cell Stem Cell》期刊上发表了一篇名为 “Systems immunology analysis of human immune organoids identifies host - specific correlates of protection to different influenza vaccines” 的论文。他们通过研究发现，人体淋巴组织中的细胞组成存在很大差异，而且这种差异不能完全用年龄、性别等因素来解释。同时，他们还找到了一些关键的免疫细胞特征，比如 Th1 细胞（辅助性 T 细胞 1 型）的频率，它可以作为预测和衡量 IIV 疫苗效果的重要指标。这一发现就像是在黑暗中找到了一盏明灯，为未来流感疫苗的研发和改进指明了方向。

研究人员为了开展这项研究，运用了多种技术方法。他们采用了免疫类器官方法，利用从 100 名不同个体获取的扁桃体组织构建类器官，以此来模拟人体的免疫反应。还借助了系统免疫学分析手段，综合分析细胞和体液免疫特征。此外，运用计算建模方法，建立统计模型来预测流感中和抗体（nAb）反应，并通过机器学习算法寻找影响疫苗反应的关键细胞特征15。

下面我们具体来看看他们的研究结果：

1. 体外淋巴组织细胞组成高度异质

研究人员的首要目标是探究黏膜和淋巴组织对疫苗的反应如何受到宿主和抗原特征的影响。为此，他们从 100 名接受扁桃体切除术的健康人那里收集了组织和人口统计数据，建立了一个多样化的供体队列。通过流式细胞术等方法，研究人员发现不同个体的体外组织组成存在很大差异。比如，先天免疫细胞，像 1 型和 2 型传统树突状细胞（cDC1s、cDC2s）和浆细胞样树突状细胞（pDCs）的数量，在个体之间的差异可达 41 倍、19 倍和 184 倍之多；许多淋巴细胞群体，如 CD4 和 CD8 T 细胞、B 细胞亚群，也有 2 - 20 倍的差异。而且，供体年龄与许多先天免疫细胞和 T 细胞的比例显著相关，不过，年龄并不能完全解释这种差异，不同年龄组内和组间仍存在很大的变异性，这表明存在与年龄无关的异质性因素。为了进一步了解免疫史的差异，研究人员还检测了血浆中的循环抗体，发现随着年龄增长，流感血凝素（HA）特异性免疫球蛋白 G（IgG）和 IgA 的水平和广度增加，而 IgM 抗体在 6 - 10 岁的供体中最高23。

2. 疫苗类型和季节影响扁桃体类器官的疫苗反应

此前研究人员发现，不同类型的流感疫苗（如 IIV 和 LAIV）在成年扁桃体类器官中会诱导不同的免疫反应。这次，他们进一步研究了不同抗原类型和季节性配方对不同年龄段供体的细胞反应动力学、强度和质量的影响。研究人员用多种流感抗原刺激 100 名供体的扁桃体类器官，这些抗原涵盖了多个疫苗季节的不同类型疫苗，包括 LAIVs、IIVs、佐剂 IIV、亚单位疫苗以及野生型 H1N1 病毒。研究发现，不同抗原类型在同一时间点以及同一抗原在不同时间点，都会引起显著不同的免疫反应。例如，活抗原（LAIVs 和 A/Cal 2009）在第 7 天会诱导强烈的 Th1 细胞分化，并且在培养期剩余时间内保持较高水平，还能引发更高频率的记忆 CD8 细胞；而非活抗原（IIVs 和亚单位疫苗）刺激的 T 细胞则主要呈现 Th2 表型。在 B 细胞反应方面，活抗原对类器官的刺激作用最强，不同类型疫苗诱导的 B 细胞动力学有所不同，而佐剂 IIV（FluAD 21/22）能促进早期 B 细胞激活和前生发中心（pre - GC）B 细胞形成。此外，研究还发现，LAIVs 在诱导中和抗体反应和抗体广度方面表现更优，而且疫苗季节也会影响抗体多样性46。

3. 对不同疫苗类型的中和反应与共同和独特的细胞特征相关

鉴于供体的基线免疫组成存在差异，且对不同流感抗原的免疫反应也不同，研究人员想弄清楚这些因素之间的相互作用是如何影响疫苗反应的，并寻找潜在的保护相关性指标。他们根据 nAb 反应将供体分为高反应者和低反应者，通过分析发现，对一种疫苗反应高的供体，对其他疫苗也更可能有高反应。通过相关性分析，研究人员确定了一些与流感疫苗反应相关的 B 细胞分化特征，比如 HA + 浆母细胞（PBs）与 nAb 呈正相关，而 HA + pre - GC B 细胞与 nAb 呈负相关。此外，他们还发现了其他与不同疫苗格式成功的 nAb 反应相关的 B 细胞和 T 细胞亚群，如暗区（DZ）GC B 细胞与 IIV 反应相关，CD138 + PBs 与 LAIV 反应相关，在后期时间点，Th1 和 CD8 T 细胞等抗病毒亚群也与 nAb 反应相关78。

4. 高基线 Th1 频率预测对灭活疫苗的 nAb 反应

年龄是已知的影响疫苗反应的因素，但研究人员发现，所有社会人口统计学变量加起来只能解释类器官免疫反应中 16% 的差异。为了找到能解释剩余差异的重要细胞特征，他们利用机器学习方法构建模型。结果发现，对于 IIV 疫苗，模型在区分高 nAb 反应者和低 nAb 反应者方面表现较好（AUROC 为 0.96）。通过对模型输出的分析，研究人员发现 Th1 细胞是预测 IIV 诱导的 nAb 反应的关键细胞特征之一，高频率的 Th1 细胞既是 IIV 抗原刺激后 nAb 反应增强的预测指标，也是相关指标910。

5. Th1 细胞通过增强早期 B 细胞激活促进体液免疫反应

基于之前的研究，研究人员推测 Th1 细胞可能在支持有效的抗体反应中发挥重要作用。通过实验，他们发现高 IIV 反应者的类器官分泌更多 Th1 相关细胞因子。为了验证 Th1 细胞的功能，他们选择性地耗尽 Th1 细胞，结果发现这会导致 IIV 刺激的培养物中早期 B 细胞激活减少，流感特异性抗体产生减少，中和功能减弱，而 LAIV 刺激的培养物中 PB 分化不受 Th1 细胞影响。此外，研究人员还发现，Th1 细胞可能通过细胞因子驱动的机制影响抗体反应，虽然补充 IL - 12 和 IFNγ 能增强 B 细胞激活，但并不能显著提高抗体的强度和功能1112。

6. Th1 基因特征预测体内对流感疫苗接种的 IIV 反应

研究人员重新分析了公开的基因表达数据，以探究 Th1 细胞是否是体内疫苗反应的临床相关预测指标。他们构建了一个八基因的 Th1 代表性特征，并发现高疫苗反应者中该基因特征的转录活性显著上调。通过对不同年龄、性别和 Th1 富集分数的受试者分析，发现除了 30 岁及以上的女性外，Th1 基因特征与疫苗反应呈正相关。此外，他们还发现高、低疫苗反应者在 Th1 基因特征的共表达上存在差异1314。

总的来说，这项研究揭示了宿主和抗原特征在影响人类疫苗反应方面的复杂关系。研究人员通过对扁桃体类器官的研究，发现了淋巴组织细胞组成的多样性，以及抗原类型对免疫反应的重要影响。同时，他们确定了 Th1 细胞频率作为 IIV 疫苗反应的预测和相关指标，为理解疫苗效力的免疫机制提供了新的视角。这一研究成果对于未来流感疫苗的设计和优化具有重要意义，有望帮助我们开发出更有效的流感疫苗，提高疫苗的保护效力。此外，通过确定关键的免疫细胞特征，还可能实现个性化的疫苗接种策略，根据不同人群的免疫特点选择最合适的疫苗，从而在人群层面提高整体的疫苗接种效果，让疫苗这个 “秘密武器” 发挥更大的威力。不过，研究人员也指出，该研究使用的扁桃体类器官模型存在一定局限性，如静态培养条件无法完全模拟体内感染时的免疫变化，而且 LAIV 在体内的给药途径与研究中的方式不同，这些因素可能会影响研究结果的准确性，未来还需要进一步研究来完善。