本文作者：Seven Rab  转载留言即可

疫苗是人类预防病原微生物感染致病的重要武器，它通过刺激人体主动产生适应性免疫来提供感染前的保护屏障。另外，治疗性疫苗也可以通过中和抗体来提供感染后的治疗效果。传统意义上，疫苗接种后可使机体对特定的病原体产生免疫力，但近些年来人们发现疫苗可以对他们原本不打算抵御的病原体提供保护。

多项研究表明，在初次感染或接种疫苗后产生的适应性免疫应答并非只是适应性免疫细胞（如B细胞和T细胞）的特点，髓系细胞和NK细胞等天然免疫细胞也可以受到影响。卡介苗（BCG）、麻疹、口服脊髓灰质炎疫苗降低婴幼儿死亡率的原因不仅仅有赖于对目标病原的特异性作用。并且，卡介苗的这种额外作用引起了广泛关注，目前正在对卡介苗进行试验，以查看其是否可以提供针对COVID-19的临时保护[1]。

近日，Cell Host & Microbe在线发表题为“BCG Vaccination in Humans Elicits Trained Immunity via the Hematopoietic Progenitor Compartment”的论述。研究结果称健康的人类接种卡介苗诱导了与骨髓中造血干细胞和祖细胞（HSPC）内的髓样细胞发育和功能相关的持续转录程序。

该研究使用人类体内疫苗接种模型来评估健康个体进行卡介苗接种是否会导致骨髓内造血干细胞和祖细胞（HSPC）以及外周血单核细胞（PBMC）的表观遗传、转录和功能的变化。

图1 图示概要 

首先，健康志愿者接种卡介苗90天后进行白念珠菌的再刺激，发现了多种细胞因子的释放，即验证了卡介苗诱导异源先天免疫的能力。特别是炎性细胞因子IL-1β在白念珠菌再刺激后显著上调。

并且，虽然骨髓和外周血中的细胞类型并未发生变化，但是卡介苗接种在HSPC的水平诱导了与髓样和粒细胞谱系相关的转录本的上调，即疫苗可能使健康个体发生了髓样发育偏向。

卡介苗接种后90天会上调与中性粒细胞和单核吞噬细胞发育和功能相关的转录组网络。

为了验证检测差异表达基因（DEG）时发现的HSPC中的髓样偏斜情况，在BCG疫苗接种之前和之后90天对HSPC中上调的DEG进行了无偏基因本体论富集分析（GOEA），确定了以下增强的途径：“粒细胞激活”、“中性粒细胞介导的免疫”和“对外部刺激反应的积极调节”等。

随后，基因水平的分析表明，与中性粒细胞的发育和功能有关的重要基因如SERPINA1，S100A12，S100A9，半乳糖凝集素3（LGALS3）和溶菌酶（LYZ）的表达有上调。加之其他证据得出猜想：接种BCG的疫苗会使髓系趋向于粒系。

图2 BCG疫苗诱导髓系命运启动

HNF1α和HNF1β可以调节BCG接种后九十天介导的人体HSPC先天免疫训练

一些基因可以导致与人类先天免疫记忆和髓样细胞命运相关的基因的表达以及循环中性粒细胞的增加，为了揭示其中保护诱导调控基因网络的因素，研究针对与不同的顺式调控转录因子结合基序相关的基因集，分析HSPC从D0到D90的表达倍数变化并进行基因集富集分析（GSEA）。

GSEA预测出两个具有最强显著性的转录因子，即HNF1α和HNF1β，它们在肝脏和髓样细胞中均有表达。数据揭示了HNF1α和HNF1β是接种卡介苗90天后静息的HSPC中参与卡介苗诱导的先天免疫记忆形成的关键调节剂。

图3 基因集富集分析 

卡介苗诱导外周CD14 +单核细胞持续的表观遗传学变化

基于既往研究，研究者假设先天免疫记忆的诱导是反映在PBMC内的主要效应细胞类型，即CD14+单核细胞的表观基因组内。为了验证这一猜想，通过使用ATAC测序手段来分析转座酶可及染色质的方法，评估了接种前后CD14+单核细胞的染色质可及性差异，发现了多种炎性相关基因的DNA可及性增加，如COL22A1、CXCL6、RBP4。然后，又在CD14+单核细胞的表观基因组中寻找与HSPC相关的转录组变化。

有趣的是，在与HSPC转录组内基因上调的更多开放区域相关的启动子区域中，研究再次确定了CXCL6，CLEC17A，PTGIR和STAT6从HSPC转录组到CD14+单核细胞表观基因组是保守的。反之亦然，在CD14+单核细胞的表观基因组中，关闭了与髓样发育和谱系启动相关的基因座，例如CEBPG，TNFRSF12A和CXCR4，以及与细胞增殖相关的基因座如CDK4和CDK6。

总之，这些分析表明卡介苗在HSPC中诱导的转录组变化，在表观遗传上主要针对的是PBMC衍生的效应细胞，即CD14+单核细胞。至少部分是通过调节炎症相关基因的DNA可及性来完成的。这使得CD14+单核细胞持续的免疫训练表型可以超越单个细胞寿命之外。

图4 外周血单核细胞表观遗传改变

讨论总结

该研究证明了人类体内的卡介苗接种可诱导健康个体的HSPC中持续的转录组变化，这种变化伴随着固有免疫细胞对异源刺激的持续响应。卡介苗接种与HSPC转录程序重新向骨髓生成转变有关。

在新生儿随机接种卡介苗的临床试验中，接种卡介苗几天后嗜中性粒细胞计数升高，PBMC对离体细菌和真菌无关刺激的反应性增强，均证实了这种变化的生理相关性。这些发现为确定临床疫苗开发的目标和免疫训练的治疗靶标提供了新思路。

参考资料：

[1]  https://www.the-scientist.com/news-opinion/an-old-tb-vaccine-finds-new-life-in-coronavirus-trials-67504

[2]  Cirovic B, Bree L C J D, Groh L, et al. BCG Vaccination inHumans Elicits Trained Immunity via the Hematopoietic ProgenitorCompartment[J]. Cell Host & Microbe, 2020, 28(2).